一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法，第一級(jí)時(shí)效制度為100℃-110℃保溫20h-24h，然后以1-5℃/min的加熱速率升溫至170-220℃保溫30-180min進(jìn)行第二級(jí)時(shí)效，二級(jí)時(shí)效后進(jìn)行淬火處理，再時(shí)效制度為120℃保溫24h峰時(shí)效。本發(fā)明利用晶界優(yōu)先析出機(jī)制，首先通過(guò)欠時(shí)效的預(yù)時(shí)效處理，在保證晶界仍析出η相的前提下，使晶內(nèi)析出具有一定比例的細(xì)小彌散GP區(qū)以及η′相，接著以一定升溫速率升溫至回歸溫度并保溫，進(jìn)行高溫回歸處理。本發(fā)明通過(guò)第一級(jí)預(yù)時(shí)效溫度與第二級(jí)時(shí)效加熱速率控制相結(jié)合的方法，提高了材料的力學(xué)和腐蝕性能，減小Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件常規(guī)三級(jí)時(shí)效處理導(dǎo)致的厚向微觀組織不均勻性，適合厚截面Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金構(gòu)件的熱處理。
【專利說(shuō)明】—種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CINA于1974年針對(duì)Al-Zn-Mg-Cu合金提出三級(jí)過(guò)時(shí)效(回歸再時(shí)效)工藝，經(jīng)三級(jí)過(guò)時(shí)效處理后，合金晶內(nèi)、晶界組織分別與T6、T7態(tài)相似，使合金在保證較高強(qiáng)度的同時(shí)擁有良好的抗應(yīng)力腐蝕性能。常規(guī)三級(jí)過(guò)時(shí)效處理要求較高的第二級(jí)時(shí)效溫度和極短的時(shí)效時(shí)間，導(dǎo)致厚截面構(gòu)件心部的預(yù)析出第二相回溶不充分，造成厚度方向析出組織的不均勻性，因此限制了鋁合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效熱處理性能，若降低第二級(jí)時(shí)效溫度或者延長(zhǎng)第二級(jí)時(shí)效時(shí)間，則又造成預(yù)析出相回溶效果不理想或者嚴(yán)重粗化的問(wèn)題。
[0003]Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件是具有代表性的航空高性能鋁合金制品，該類(lèi)制品力學(xué)和腐蝕性能均勻性的突破對(duì)滿足我國(guó)大飛機(jī)工程急需的超強(qiáng)高韌鋁合金大尺寸厚截面構(gòu)件起著關(guān)鍵作用。Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的性能均勻性的研究應(yīng)綜合考慮以下兩個(gè)方面:(I)保證厚截面構(gòu)件依然擁有較高的力學(xué)性能和抗腐蝕性能；(2)降低性能的各向異性，特別是減小厚向性能的不均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有的常規(guī)三級(jí)過(guò)時(shí)效熱處理的缺陷和不足，本發(fā)明從預(yù)時(shí)效和第二級(jí)時(shí)效加熱速率的優(yōu)化匹配出發(fā) ，利用晶界優(yōu)先析出機(jī)制，首先通過(guò)欠時(shí)效的預(yù)時(shí)效處理，在保證晶界仍析出粗大n相的前提下，使晶內(nèi)析出較Τ6峰時(shí)效態(tài)更為細(xì)小彌散的非平衡相，接著以慢速升溫速率升溫并至第二級(jí)溫度保溫，進(jìn)行高溫回歸處理，達(dá)到控制晶內(nèi)、晶界析出相尺寸以及其在厚截面構(gòu)件高向的優(yōu)化分布，保證厚截面鋁合金制品的力學(xué)和腐蝕性能，并有效提高Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的高向性能均勻性。
[0005]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效時(shí)效工藝，包括以下步驟:
[0006]步驟一:對(duì)待處理的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件進(jìn)行固溶處理后按照低于峰值強(qiáng)化效果的欠時(shí)效進(jìn)行第一級(jí)時(shí)效處理；
[0007]步驟二:將經(jīng)第一級(jí)時(shí)效處理后的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件直接慢速加熱至170-220°C后再保溫30-180min進(jìn)行第二級(jí)時(shí)效處理，第二級(jí)時(shí)效后進(jìn)行淬火；
[0008]步驟三:將經(jīng)第二步處理后的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件再按照峰時(shí)效進(jìn)行第三級(jí)時(shí)效處理，然后隨爐冷或者出爐空冷。
[0009]所述的一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法,所述步驟一中第一級(jí)時(shí)效處理為在60°C -110°C保溫20-24h。
[0010]所述的一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法,所述步驟二中的慢速加熱的速率為1-5°C /min。
[0011]所述的一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法,所述步驟二中第二級(jí)時(shí)效后的淬火處理為20°C _25°C的室溫水淬火或直接爐冷至第三級(jí)時(shí)效處理的溫度。
[0012]所述的一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法，所述第三級(jí)時(shí)效處理為在120°C保溫24h。
[0013]發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，第二級(jí)加熱速率對(duì)后續(xù)熱處理組織的影響強(qiáng)烈依賴于第一級(jí)時(shí)效析出組織。峰時(shí)效處理的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金預(yù)時(shí)效組織為η'相與一部分Π平衡相，較低的第二級(jí)時(shí)效加熱速率將導(dǎo)致預(yù)時(shí)效析出相的粗化，使第二相的回溶體積分?jǐn)?shù)減小，第三級(jí)時(shí)效析出動(dòng)力不足且晶內(nèi)析出相粗大，嚴(yán)重降低Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的力學(xué)性能。為解決均勻性提高而性能下降之間的矛盾，本發(fā)明提出欠時(shí)效預(yù)處理與第二級(jí)慢速加熱時(shí)效相結(jié)合的三級(jí)過(guò)時(shí)效制度。其原理是利用晶界優(yōu)先析出機(jī)制，通過(guò)第一級(jí)欠時(shí)效處理在晶內(nèi)形成細(xì)小彌散分布的相和GP區(qū)的優(yōu)化組合，同時(shí)保證晶界析出粗大的η平衡相。第二級(jí)慢速加熱中晶內(nèi)相回溶分?jǐn)?shù)增大且粗化有限，而晶界析出相的離散和粗化不受影響，從而保證Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件力學(xué)和腐蝕性能，并提高組織及性能的均勻性。
[0014]采用本發(fā)明的欠時(shí)效并慢速二級(jí)時(shí)效加熱保溫后再時(shí)效的三級(jí)過(guò)時(shí)效熱處理制度，Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的電導(dǎo)率(%IACS)高于傳統(tǒng)三級(jí)熱處理，其力學(xué)性能與傳統(tǒng)三級(jí)熱處理相當(dāng)。
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]對(duì)比例與實(shí)施例.均采用30mm厚固溶預(yù)拉伸態(tài)Al_8.02Zn_2.03Mg-2.llCu-0.12Zr鋁合金板材，固溶熱處理工藝為470°C -480°C下單級(jí)保溫或者雙級(jí)保溫l_2h，固溶后室溫水淬火，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間<10s。然后將對(duì)比例和實(shí)施例樣品分別進(jìn)行不同的時(shí)效處理，處理結(jié)束后對(duì)所有進(jìn)行實(shí)施例和對(duì)比例樣品進(jìn)行電導(dǎo)率、硬度以及拉伸力學(xué)性能檢測(cè)，性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表I和表2。
[0018]對(duì)比例I:
[0019]試樣采用單級(jí)(120°C /24)峰時(shí)效方式進(jìn)行時(shí)效。時(shí)效結(jié)束后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。隨后對(duì)峰時(shí)效樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0020]對(duì)比例2:
[0021]試樣采用雙級(jí)(120°C /6h+160°C /24h)過(guò)時(shí)效方式進(jìn)行時(shí)效。時(shí)效結(jié)束后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。隨后對(duì)雙級(jí)時(shí)效樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]對(duì)65°C /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在1°C /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用20°C _25°C室溫水淬火，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。
[0024]實(shí)施例2:[0025]對(duì)65°C /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在3°C /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用20°C _25°C室溫水淬火，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。對(duì)樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0026]實(shí)施例3:
[0027]對(duì)65°C /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在5°C /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用20°C _25°C室溫水淬火，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。
[0028]實(shí)施例4:
[0029]對(duì)65 V /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在100 V /min的加熱條件下，進(jìn)行1900C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用20°C _25°C室溫水淬火，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C/24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。對(duì)樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0030]實(shí)施例5:
[0031]對(duì)90°C/24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品,在1°C/min的加熱條件下,進(jìn)行190°C/50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用20°C _25°C室溫水淬火，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。
[0032]實(shí)施例6:
[0033]對(duì)90°C /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在3°C /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采 用20°C _25°C室溫水淬火，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。對(duì)樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0034]實(shí)施例7:
[0035]對(duì)90°C /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在5°C /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用20°C _25°C室溫水淬火，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。
[0036]實(shí)施例8:
[0037]對(duì)90 V /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在100 V /min的加熱條件下，進(jìn)行1900C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用20°C _25°C室溫水淬火，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C/24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。對(duì)樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0038]實(shí)施例9:
[0039]對(duì)105°C /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在1°C /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用爐冷至第三級(jí)時(shí)效溫度，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。
[0040]實(shí)施例10:
[0041]對(duì)105 V /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在3 V /min的加熱條件下，進(jìn)行1900C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用爐冷至第三級(jí)時(shí)效溫度，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C/24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。對(duì)樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0042]實(shí)施例11:
[0043]對(duì)105°C /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在5°C /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用爐冷至第三級(jí)時(shí)效溫度，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。
[0044]實(shí)施例12:
[0045]對(duì)105 V /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在100 V /min的加熱條件下，進(jìn)行1900C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用爐冷至第三級(jí)時(shí)效溫度，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C/24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。對(duì)樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0046]實(shí)施例13:
[0047]對(duì)120°C /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在1°C /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用爐冷至第三級(jí)時(shí)效溫度，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。
[0048]實(shí)施例14:
[0049]對(duì)120 V /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在3 V /min的加熱條件下，進(jìn)行1900C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用爐冷至第三級(jí)時(shí)效溫度，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C/24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。對(duì)樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
.[0050]實(shí)施例15:
[0051]對(duì)120°C /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在5°C /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用爐冷至第三級(jí)時(shí)效溫度，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C /24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。
[0052]實(shí)施例16:
[0053]對(duì)120 V /24h處理的一級(jí)時(shí)效樣品，在100 V /min的加熱條件下，進(jìn)行190°C /50min第二級(jí)時(shí)效處理，保溫結(jié)束后采用爐冷至第三級(jí)時(shí)效溫度，第三級(jí)時(shí)效工藝為:120°C/24h。三級(jí)時(shí)效后進(jìn)行硬度和電導(dǎo)率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表I所示。對(duì)樣品進(jìn)行室溫拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟一:對(duì)待處理的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件進(jìn)行固溶處理后按照低于峰值強(qiáng)化效果的欠時(shí)效進(jìn)行第一級(jí)時(shí)效處理；步驟二:將經(jīng)第一級(jí)時(shí)效處理后的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件直接慢速加熱至170-220°C后再保溫30-180min進(jìn)行第二級(jí)時(shí)效處理，第二級(jí)時(shí)效后進(jìn)行淬火；步驟三:將經(jīng)第二步處理后的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件再按照峰時(shí)效進(jìn)行第三級(jí)時(shí)效處理，然后隨爐冷或者出爐空冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法，其特征在于:所述步驟一中第一級(jí)時(shí)效處理為在60°C -110°C保溫20-24h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法，其特征在于:所述步驟二中的慢速加熱的速率為1_5°C /min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法,其特征在于:所述步驟二中第二級(jí)時(shí)效后的淬火處理為20°C _25°C的室溫水淬火或直接爐冷至第三級(jí)時(shí)效處理的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金厚截面構(gòu)件的三級(jí)時(shí)效方法，其特征在于:所述第三級(jí)時(shí)效處理為.在120°C保溫24h。
【文檔編號(hào)】C22F1/00GK103436826SQ201310325104
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】張新明, 馮迪, 鄧運(yùn)來(lái), 鄭玉林, 黎小榮, 李紅萍 申請(qǐng)人:中南大學(xué)