本发明属于金属材料加工领域，涉及一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法和应用。所述锻造方法包含中温锻、差温锻和热锻的结合。本发明提出了一种降低7xxx系铝合金锻件方向敏感性的锻造方法，能使合金高向获得大量细晶且提升锻件中心部位的流变性能，提高厚板各向均匀性，提高综合性能，锻件方向敏感性被降低。本发明所设计的工艺特别适于制造90mm以上的大厚截面规格铝合金材料。
1.一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，其特征在于：采用中温锻、差温锻和热锻相结合的锻造方法调控锻件组织，所述锻造包括下述步骤：步骤一锻件加热保温
将毛坯加热至A℃，保温至毛坯的心部和表面温度温差小于5℃，然后降温至B℃，在B℃保温使得毛坯的心部和表面温度温差小于5℃，得到待锻造件；
所述A的取值为440‑480；所述B的取值为320‑360；
对待锻造件进行中温锻；中温锻时控制始锻温度为B℃，锻件由200mm锻压至130mm；得到1号中间锻件；
对步骤二所得1号中间锻件进行加热，加热至C℃，保温至心部和表面温度温差小于5℃；得到2号中间锻件；所述C的取值为440‑480；
对步骤三所得2号中间锻件进行热锻和差温锻处理；所述热锻和差温锻处理为：在C℃开始热锻；热锻过程中对锻件表面喷淋冷却剂至表面温度达到D℃，且锻件心部的温度大于锻件表面的温度；终锻温度大于等于D℃；锻完进行空冷；得到产品；所述D的取值为360‑
2.根据权利要求1所述的一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，其特征在于：在A℃的保温时间为1.5h‑2.5h。
3.根据权利要求1所述的一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，其特征在于：在B℃的保温时间为1.5h‑2.5h。
4.根据权利要求1所述的一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，其特征在于：在C℃的保温时间为1.5h‑2.5h。
5.根据权利要求1所述的一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，其特征在于：步骤一中，将毛坯加热至460℃，保温2h，再放至340℃，保温2h；
步骤二中，中温锻的始锻温度为340℃，锻件由200mm锻压至130mm；
步骤四中，热锻始锻温度为460℃，锻件由130mm锻至90mm，且热锻过程中上下表面喷涂冷却剂，至表面温度达到380 ℃，使中心部位温度相对较高，终锻温度不低于380℃，锻完进行空冷。
6.根据权利要求1所述的一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，其特征在于：产品进行热处理和时效处理，得到T6态的成品或T74态的成品；所述热处理参数为在460℃‑480℃保温1.5h‑2.5h，水淬；T6时效制度为在110℃‑130℃保温30h‑38h；T74时效制度为在110℃‑130℃保温4h‑10h，然后升温至150℃‑170℃保温8h‑12h。
7.根据权利要求1‑6任意一项所述的一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，其特征在于：当锻造的对象为7085铝合金时，锻造后经T6时效；得到产品；
产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的抗拉强度之差小于等于5MPa；
产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的屈服强度之差小于等于10MPa；
产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的延伸率之差小于等于3.5%。
8.根据权利要求1‑6任意一项所述的一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，其特征在于：当锻造的对象为7A85铝合金时，锻造后经T6时效；得到产品；
产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的抗拉强度之差小于等于20MPa；
产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的屈服强度之差小于等于12MPa；
产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的延伸率之差小于等于2%。
9.根据权利要求1‑6任意一项所述的一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，其特征在于：当锻造的对象为7085铝合金时，锻造后经T74时效；得到产品；
产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的抗拉强度之差小于等于20MPa；
产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的屈服强度之差小于等于12MPa；
产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的延伸率之差小于等于4%。
10.根据权利要求1‑6任意一项所述的一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法的应用，其特征在于：所述方法适于制造90mm厚以上大厚截面规格铝合金材料。
一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于金属材料加工领域，涉及一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法和应用。
背景技术
[0002] 7xxx系高强铝合金广泛用于航空航天，军工以及交通运输等领域。为减重需求，迫切需求大厚截面7xxx系铝合金锻件支撑大型复杂零件的整体制造，而大厚截面7xxx系合金锻件普遍采用高温锻造工艺，易存在“死区”，即中心部位流变性能不足，无法在锻造中产生足够的形变，导致合金锻件存在强方向敏感性，主要表现为伸长率各向异性指数超过50％，不同方向断裂韧度相差30％以上，同时高向应力腐蚀性能显著低于其他方向，在设计中限制了纵向和横向性能的优势，制约了综合减重效益的提高。
[0003] 检索发现：现有技术中已有单独采用温锻或差温锻造的方法来提高铝合金高向性能的先例，但其技术工艺尚无法满足日益增长的材料性能需求，对降低7系铝合金方向敏感性所作贡献不足。
发明内容
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种降低7xxx系铝合金锻件方向敏感性的锻造方法和应用，避免7xxx系铝合金在锻造过程中因为再结晶过程不充分以及“死区”流变性能不足导致性能上的各向异性，降低锻件方向敏感性。
[0005] 本发明所设计的工艺特别适于制造90mm厚以上大厚截面规格铝合金材料。
[0006] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，采用中温锻、差温锻和热锻相结合的锻造方法调控锻件组织，所述锻造包括下述步骤：
[0007] 步骤一锻件加热保温
[0008] 将毛坯加热至A℃，保温至毛坯的心部和表面温度温差小于5℃，然后降温至B℃，在B℃保温使得毛坯的心部和表面温度温差小于5℃，得到待锻造件；
[0009] 所述A的取值为440‑480，优选为455‑465；所述B的取值为320‑360、优选为335‑345；
[0010] 步骤二中温锻
[0011] 对待锻造件进行中温锻；中温锻时控制始锻温度为B℃，锻件由200mm锻压至130mm；，得到1号中间锻件；
[0012] 步骤三中温锻后加热保温
[0013] 对步骤二所得1号中间锻件进行加热，加热至C℃，保温至心部和表面温度温差小于5℃；得到2号中间锻件；所述C的取值为440‑480，优选为455‑465；
[0014] 步骤四热锻和差温锻
[0015] 对步骤三所得2号中间锻件进行热锻和差温锻处理；所述热锻和差温锻处理为：在C℃开始热锻；热锻过程中对锻件表面喷淋冷却剂至表面温度达到D℃，且锻件心部的温度大于锻件表面的温度；终锻温度大于等于D℃；锻完进行空冷；得到产品；所述D的取值为360‑400、优选为375‑385。
[0016] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，在A℃的保温时间为1.5h‑2.5h。对于超大件，可以适当延长该温度下的保温时间。
[0017] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，在B℃的保温时间为1.5h‑2.5h。对于超大件，可以适当延长该温度下的保温时间。
[0018] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，在C℃的保温时间为1.5h‑2.5h。对于超大件，可以适当延长该温度下的保温时间。
[0019] 作为优选方案，本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法，[0020] 步骤一中，将毛坯加热至460℃，保温2h，再放至340℃，保温2h；
[0021] 步骤二中，中温锻的始锻温度为340℃，锻件由200mm锻压至130mm；
[0022] 步骤三中，中温锻后加热至460℃，保温2h；
[0023] 步骤四中，热锻始锻温度为460℃，锻件由130mm锻至90mm，且热锻过程中上下表面喷涂冷却剂，至表面温度达到380℃，使中心部位温度相对较高，终锻温度不低于380℃，锻完进行空冷本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法；产品进行热处理和时效处理，得到T6态的成品或T74态的成品；所述热处理参数为在460℃‑480℃保温1.5h‑2.5h，水淬；T6时效制度为在110℃‑130℃保温30h‑38h；T74时效制度为在110℃‑130℃保温4h‑10h，然后升温至150℃‑170℃保温8h‑12h。
[0024] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法；当锻造的对象为7085铝合金时，锻造后经T6时效；得到产品；
[0025] 产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的抗拉强度之差小于等于5MPa；
[0026] 产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的屈服强度之差小于等于10MPa；
[0027] 产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的延伸率之差小于等于3.5％。
[0028] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法；当锻造的对象为7085铝合金时，锻造后经T6时效；得到产品；经C环应力腐蚀后，仅有轻微裂纹；所述C环应力腐蚀的条件为：压力290MPa、时间20d。
[0029] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法；当锻造的对象为7A85铝合金时，锻造后经T6时效；得到产品；
[0030] 产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的抗拉强度之差小于等于20MPa；
[0031] 产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的屈服强度之差小于等于12MPa；
[0032] 产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的延伸率之差小于等于2％。
[0033] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法；当锻造的对象为7A85铝合金时，锻造后经T6时效；得到产品；经C环应力腐蚀后，仅有轻微裂纹；所述C环应力腐蚀的条件为：压力290MPa、时间20d。
[0034] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法；当锻造的对象为7085铝合金时，锻造后经T74时效；得到产品；
[0035] 产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的抗拉强度之差小于等于20MPa；
[0036] 产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的屈服强度之差小于等于12MPa；
[0037] 产品L、LT、ST三个方向中任意两方向的延伸率之差小于等于4％。
[0038] 本发明一种低方向敏感7xxx系铝合金的锻造方法；当锻造的对象为7085铝合金时，锻造后经T74时效；得到产品；经C环应力腐蚀后，无裂纹；所述C环应力腐蚀的条件为：压力290MPa、时间20d。
[0039] 原理和优势
[0040] 本发明在锻造过程中，采用先中温锻再热锻、差温锻的方式使得锻造出来的锻件组织及各向性能更加均匀；其次，本发明在热锻过程中降低温度后的锻件表面仍高于D℃(优选为大于380℃)，保证防止表面在后续处理中过度的再结晶导致表面材料性能降低。如不按照本发明工序顺序进行操作，最终产品各方向性能差值将会受到一定程度影响。
[0041] 本发明的优点：1.通过再结晶过程提高组织性能均匀度；2.提高心部性能的同时不降低表层性能；3.提高材料各部位的变形均匀性降低材料最终性能的方向敏感性；4.工艺组合操作简单，可以在工业生产中实现，有生产应用价值；5.除基本力学之外如腐蚀性能等方向敏感性降低尤其是高向腐蚀性能会相较其他工艺更好。
附图说明
[0042] 附图1为对比例3所得产品进行C环应力腐蚀前的实物图；
[0043] 附图2为实施例3所得产品进行C环应力腐蚀前的实物图；
[0044] 附图3为对比例3所得产品进行C环应力腐蚀后的实物图；
[0045] 附图4为实施例3所得产品进行C环应力腐蚀后的实物图。
具体实施方式
[0046] 以下结合对比例与实施例目的在于进一步说明本发明而非对本发明进行限制。
[0047] 室温拉伸实验以国标GB/T228‑2002为标准制作相关标准拉伸样，断裂韧性实验以GB/T21143—2014为标准制作相关三点弯曲试样，C环腐蚀实验以HB5259—83为标准制作C形环试样。
[0048] 对比例1‑1：毛坯为150×200×200mm的7085铝合金。毛坯加热至460℃，保温2h，之后在460℃下进行多道次热锻，从200mm锻压至90mm，随后空冷。
[0049] 对比例1‑2：毛坯为150×200×200mm的7085铝合金。毛坯加热至460℃，保温2h，再放至340℃，保温2h，在340℃进行预锻，从200mm锻压至130mm；之后锻件加热至460℃，保温2h，在460℃下进行热锻，从200mm锻压至90mm，随后空冷。
[0050] 实施例1：毛坯为150×200×200mm的7085铝合金。毛坯加热至460℃，保温2h，再放至340℃，保温2h，在340℃进行多道次预锻，从200mm锻压至130mm；之后锻件加热至460℃，保温2h，(此时会发生动态再结晶但不会长大，长大需更长时间保温)，在460℃下进行热锻，从130mm锻压至90mm，热锻过程中上下表面喷淋冷却液至表面温度达到380℃，锻完进行空冷。
[0051] 对比例2：毛坯为150×200×200mm的7A85铝合金。毛坯加热至460℃，保温2h，之后在460℃下进行多道次热锻，从200mm锻压至90mm，随后空冷。
[0052] 实施例2：毛坯为150×200×200mm的7A85铝合金。毛坯加热至460℃，保温2h，再放至340℃，保温2h，在340℃进行多道次预锻，从200mm锻压至130mm；之后锻件加热至460℃，保温2h，在460℃进行热锻，从130mm锻压至90mm，热锻过程中上下表面喷淋冷却液至表面温度达到380℃，锻完进行空冷。
[0053] 对比例3：毛坯为150×200×200mm的7085铝合金。毛坯加热至460℃，保温2h，之后在460℃下进行多道次热锻，从200mm锻压至90mm，随后空冷。
[0054] 实施例3：毛坯为150×200×200mm的7085铝合金。毛坯加热至460℃，保温2h，再放至340℃，保温2h，在340℃进行多道次预锻，从200mm锻压至130mm；之后锻件加热至460℃，保温2h，在460℃进行热锻，从130mm锻压至90mm，热锻过程中上下表面喷淋冷却液至表面温度达到380℃，锻完进行空冷。
[0055] 对比例和实施例处理过后最终板材尺寸为330×200×90mm，将对比例和实施例制备的材料热处理至T6或T74状态，热处理工艺参数为470℃/2h，水淬，对比例1、实施例1、对比例2、实施例2均采用T6时效制度，在120℃/34h时效；对比例3、实施例3均采用T74时效制度，在120℃/7h+160℃/10h进行双级时效。按照常规锻造工艺和发明工艺制备的材料三个方向性能对比如表1所示。
[0056] 表1对比例与实施例各方向性能对比
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