一種7系鋁合金材料及其制備處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種7系鋁合金材料及其制備處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 7XXX系（Al-Zn-Mg-Cu)合金具有高的室溫強(qiáng)度和良好的綜合性能，是世界各國(guó) 航空、航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域不可或缺的結(jié)構(gòu)材料。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，7XXX系鋁合金已 先后成功開(kāi)發(fā)出了 7075,7X50,7055等系列合金，得到了廣泛的應(yīng)用。隨著新一代飛機(jī)的 發(fā)展，上述7XXX系高強(qiáng)鋁合金由于存在淬火敏感性高的問(wèn)題，都難以滿足當(dāng)今對(duì)超大厚 度（120 mm以上）航空鋁合金鍛件、預(yù)拉伸板制品提出的緊迫需求。為此，美國(guó)鋁業(yè)公 司（ALCOA)于2003年在國(guó)際上率先推出了具有高強(qiáng)韌性和低淬火敏感性的7085合金 (Α1-7·5Ζη -l.5Mg-L6Cu-0.12Zr)，據(jù)報(bào)道，7085-T7 狀態(tài)合金預(yù)拉伸超厚板（152 mm) 的芯部強(qiáng)度與表層強(qiáng)度差顯著減小，與同厚度7050-T7狀態(tài)合金預(yù)拉伸超厚板相比，制品 的芯部強(qiáng)度提高了 15%，抗應(yīng)力腐蝕性能和斷裂韌性KIC值則基本相當(dāng)，特別適合于現(xiàn)代飛 機(jī)上大厚度整體式結(jié)構(gòu)件的制造，現(xiàn)已在空客A380客機(jī)中用于制造翼梁和翼肋等主承力 結(jié)構(gòu)件。但由于7085鋁合金中主強(qiáng)化元素 Mg的含量相對(duì)過(guò)低，制約了合金強(qiáng)度的進(jìn)一步 提高。為此，本研究在美鋁7085合金的基礎(chǔ)上，針對(duì)7085合金強(qiáng)度性能尚顯不足的問(wèn)題， 通過(guò)適當(dāng)提高合金中主強(qiáng)化元素 Mg的含量，并進(jìn)一步降低合金中淬火敏感性元素 Cu的 含量，探索研究了一種新型的Al-7. 5Zn -1.7Mg-1.4Cu-0. 12Zr合金。對(duì)于發(fā)展7XXX系 鋁合金來(lái)說(shuō)，合金的抗應(yīng)力腐蝕性能是衡量其綜合性能的重要指標(biāo)之一，往往對(duì)合金能否 實(shí)際應(yīng)用也起到?jīng)Q定性作用。
[0003] 研究7XXX系鋁合金的應(yīng)力腐蝕具有現(xiàn)實(shí)意義，十分必要，這方面的研究工作一直 備受關(guān)注。有研究表明，不同熱處理工藝可改變?cè)撓岛辖鸬奈⒂^組織結(jié)構(gòu)，從而最終影響合 金的力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕性能。峰時(shí)效狀態(tài)（T6)的合金有很高的強(qiáng)度，但對(duì)應(yīng)力腐蝕 開(kāi)裂敏感；雙級(jí)過(guò)時(shí)效處理（T7)可以改善抗應(yīng)力腐蝕性能，但會(huì)使強(qiáng)度損失較大，與T6 強(qiáng)度相比降低了 8%~20%。7XXX系鋁合金的強(qiáng)度與抗應(yīng)力腐蝕性能之間的沖突是制約其 進(jìn)一步拓展應(yīng)用的一大障礙。為此，國(guó)外開(kāi)發(fā)了以T77為代表的回歸再時(shí)效（RRA)等三 級(jí)時(shí)效處理工藝，既可提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能，又能保持合金的強(qiáng)度。但有關(guān)該類三級(jí) 時(shí)效工藝的具體參數(shù)目前尚未公開(kāi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種7系鋁合金材料及其制備處理工藝，已解 決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種7系鋁合金材料，合金的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： Al-7. 5Zn-l. 7Mg-l. 4Cu-〇. 12Zr, 0. 02Fe, 0.0 lSi〇
[0006] -種7系鋁合金材料的制備處理工藝，合金鑄錠經(jīng)均勻化熱處理后，熱擠壓成 截面為102 mm X 25 mm的板帶，固溶制度采用475°C /50~120 min，水淬；隨后分 別進(jìn)行時(shí)效處理：T6單級(jí)峰值時(shí)效120°C /24 h、雙級(jí)過(guò)時(shí)效T76, T74, T73，110°C /6 h +160°C /6 ~16 h 或三級(jí)時(shí)效 T6+170°C /90 min+T6。
[0007] 本發(fā)明的有益效果：新型合金在不同時(shí)效狀態(tài)下，其強(qiáng)度和應(yīng)力腐蝕性能存在明 顯的差異。T6狀態(tài)下，晶內(nèi)析出相彌散細(xì)小，晶界析出相呈連續(xù)分布，合金的強(qiáng)度最高，抗 應(yīng)力腐蝕性能最差；經(jīng)T7雙級(jí)過(guò)時(shí)效處理后，晶界析出相粗化呈離散分布，出現(xiàn)明顯寬化 的晶間無(wú)析出帶，合金的抗應(yīng)力腐蝕性能得到明顯提高，但其強(qiáng)度損失較多。三級(jí)時(shí)效處理 后，合金的組織綜合了 T6態(tài)和T7態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，使合金既有高的強(qiáng)度又有良好的抗應(yīng)力腐蝕性 能，合金的極限抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和電導(dǎo)率分別達(dá)到580,570 MPa，16. 7%和23. 3 MS · m - 1 〇
【具體實(shí)施方式】
[0008] 合金的化學(xué)成分（％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：Al-7. 5Zn-l. 7Mg-l. 4Cu-0. 12Zr，雜質(zhì) 0. 02Fe，0.0 lSi。合金鑄錠經(jīng)均勻化熱處理后，熱擠壓成截面為102 mm X 25 mm 的板帶。固溶制度采用475°C/50~120 min，水淬；隨后分別進(jìn)行不同的時(shí)效處理：T6 單級(jí)峰值時(shí)效（120°C/24 h)、雙級(jí)過(guò)時(shí)效（T76，T74，T73，110°C/6 h +160°C/6 ~16 h) 和三級(jí)時(shí)效（T6+170°C /90 min+T6)。不同時(shí)效狀態(tài)下合金的拉伸力學(xué)性能在MTS-810 型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速度為1~2 mm.min - 1。參照GB/T12966291，采用7501型渦流 電導(dǎo)儀測(cè)試合金的電導(dǎo)率。采用慢應(yīng)變速率試驗(yàn)法（Slow strainrate testing,SSRT)來(lái)測(cè) 試和評(píng)價(jià)合金在不同熱處理狀態(tài)下的抗應(yīng)力腐蝕性能。SSRT試驗(yàn)參照HB7235-95進(jìn)行，試 驗(yàn)所采用的介質(zhì)為干燥空氣和3.5% NaCl溶液，在WDML-3型慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn) 行，應(yīng)變速率為〇. 5 X 10 - 6s - 1。顯微組織觀察在JEM-2010FX高分辨透射電鏡（TEM) 上進(jìn)行，工作電壓200 kV。TEM樣品用MTP-1雙噴電解減薄儀制取，電解液為含25%HN03 的甲醇溶液，溫度控制在一 30~一 20°C之間，電壓為15~20 V。
[0009] 不同時(shí)效狀態(tài)下新型合金的力學(xué)性能及電導(dǎo)率值列于表1。由表1可以看出，T6 狀態(tài)下合金的強(qiáng)度最高，但其電導(dǎo)率最低；采用T76，T74和T73雙級(jí)過(guò)時(shí)效處理可以顯著 提高合金的電導(dǎo)率，但是其強(qiáng)度損失較多，與Τ6狀態(tài)相比，下降了約8%~16% ;經(jīng)三級(jí)時(shí) 效處理后，與Τ6狀態(tài)相比，可明顯提高合金的電導(dǎo)率，強(qiáng)度損失較少，抗拉強(qiáng)度僅降低2%。
[0010] 電導(dǎo)率作為衡量7ΧΧΧ系合金的抗應(yīng)力腐蝕性能的一種標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)上得到廣泛 應(yīng)用，通常電導(dǎo)率越高，材料的抗應(yīng)力腐蝕性能越好。因此，從表1中電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果可以 初步推斷出，三級(jí)時(shí)效、Τ76, Τ74和Τ73這4種狀態(tài)下新型合金的抗應(yīng)力腐蝕性能較好，而 Τ6狀態(tài)下新型合金的抗應(yīng)力腐蝕性能最差。
[0011] 新型合金在不同時(shí)效狀態(tài)下，其強(qiáng)度和應(yīng)力腐蝕性能存在明顯的差異。T6狀態(tài)下， 晶內(nèi)析出相彌散細(xì)小，晶界析出相呈連續(xù)分布，合金的強(qiáng)度最高，抗應(yīng)力腐蝕性能最差；經(jīng) Τ7雙級(jí)過(guò)時(shí)效處理后，晶界析出相粗化呈離散分布，出現(xiàn)明顯寬化的晶間無(wú)析出帶，合金的 抗應(yīng)力腐蝕性能得到明顯提高，但其強(qiáng)度損失較多。三級(jí)時(shí)效處理后，合金的組織綜合了 Τ6態(tài)和Τ7態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，使合金既有高的強(qiáng)度又有良好的抗應(yīng)力腐蝕性能，合金的極限抗拉強(qiáng) 度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和電導(dǎo)率分別達(dá)到580, 570 MPa，16. 7%和23. 3 MS · m - 1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種7系鋁合金材料，其特征在于：合金的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： Al-7. 5Zn-l. 7Mg-l.4Cu-〇.12Zr,0. 02Fe,0. 01Si〇2. 如權(quán)利要求1所述的一種7系鋁合金材料的制備處理工藝，其特征在于：合金鑄 錠經(jīng)均勻化熱處理后，熱擠壓成截面為102mmX25mm的板帶，固溶制度采用 475°C/50~120min，水淬；隨后分別進(jìn)行時(shí)效處理：T6單級(jí)峰值時(shí)效120°C/24h、雙 級(jí)過(guò)時(shí)效T76,T74,T73,110°C/6h+160°C/6 ~16h或三級(jí)時(shí)效T6+170°C/90min+T6。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種7系鋁合金材料，其特征在于：合金的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:Al-7.5Zn-1.7Mg-1.4Cu-0.12Zr，0.02Fe，0.01Si。制備處理工藝，其特征在于：合金鑄錠經(jīng)均勻化熱處理后，熱擠壓成截面為102mm×25mm的板帶，固溶制度采用475℃/50～120min，水淬;隨后分別進(jìn)行時(shí)效處理:T6單級(jí)峰值時(shí)效120℃/24h、雙級(jí)過(guò)時(shí)效T76，T74，T73，110℃/6h+160℃/6～16h或三級(jí)時(shí)效T6+170℃/90min+T6。
【IPC分類】C22F1/053, C22C21/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105441749
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410519518
【發(fā)明人】黃曉藝
【申請(qǐng)人】黃曉藝
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2014年9月30日