一種噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時效熱處理工藝的製作方法

2023-05-05 07:15:31 1

一種噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時效熱處理工藝的製作方法
【專利摘要】一種噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時效熱處理工藝，包括以下步驟：噴射成形工藝製備合金坯錠，經常規固溶處理後進行不充分預時效，即未達到T6處理水平，預時效後隨爐升溫至回歸溫度進行回歸處理，然後進行淬火處理或隨爐冷卻至再時效溫度，再時效處理按T6處理工藝參數進行。本發明針對現有噴射態Al-Zn-Mg-Cu合金峰值時效、過時效以及傳統回歸再時效處理的缺陷和不足，基於合金回歸再時效後，晶內出現尺寸較大析出相的現象，提出一種新回歸再時效處理工藝，縮短預時效處理時間，降低能耗，節約時間，節省成本，在噴射態Al-Zn-Mg-Cu合金抗腐蝕性能大幅提升的基礎上，進一步提高合金的強度。
【專利說明】—種噴射態A卜Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時效熱處理工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬於鋁合金的熱處理方法，特別涉及一種噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時效熱處理工藝。
【背景技術】
[0002]Al-Zn-Mg-Cu系合金是可熱處理強化的高強鋁合金，廣泛應用與航空航天領域。一直以來，該合金採用傳統的鑄造、連續鑄造等工藝製備，合金強度低於680MPa。直至上世紀90年代末，噴射成形技術被成功用於Al-Zn-Mg-Cu系合金的製備，由於噴射成形製備的合金在固溶度、晶粒度等方面都優於傳統鑄造工藝，因此獲得了強度在730MPa以上的合金坯料，由此開闢出Al-Zn-Mg-Cu系合金材料製備的新階段。加之Al-Zn-Mg-Cu系合金可熱處理強化，利用T6峰值時效處理可提高合金的強度，卻降低了合金的抗腐蝕性能。為改善合金的抗腐蝕性能，人們通過T73等過時效處理工藝，但卻損失了合金的強度。為解決強度和抗腐蝕性能之間的矛盾，Cina提出回歸再時效的三級時效處理工藝(US3856584)，該工藝是在T6峰值時效處理後加短時間的高溫回歸處理，然後再進行T6峰值時效處理，經過一次完整的回歸再時效處理後，合金即可獲得較高的強度，而且抗腐蝕性能得以改善。由於工藝的局限，回歸再時效後合金晶界析出相雖斷續分布，較大程度改善了合金的抗腐蝕性能，但晶內尺寸較大析出相的數量較多，使合金強度不高於T6峰值時效處理水平，一定程度上限制了合金的強度。

【發明內容】

[0003]發明目的:針對現有噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金峰值時效、過時效以及傳統回歸再時效熱處理技術的缺陷和不足，本
【發明者】基於噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金傳統回歸再時效後晶內尺寸較大析出相的數量較多，一定程度上限制合金強度的現象，提出一種新的回歸再時效處理工藝，該工藝周期短，生產能耗低，生產時間和生產成本得到節約，在大幅改善噴射態Al-Zn-Mg-Cu合金抗腐蝕性能的基礎上，進一步提升合金的強度。
[0004]技術方案:本發明技術方案為:預時效溫度為120°C，保溫時間為l_23h，預時效後隨爐升溫至回歸溫度進行回歸處理，回歸溫度為200°C，保溫lOmin，回歸處理後進行淬火處理或隨爐冷卻至再時效溫度，再時效處理按T6處理工藝參數進行，溫度為120°C，保溫24h。
[0005]發明人研究發現，對於噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金，傳統回歸再時效工藝在T6峰值時效處理作為預時效處理後，晶內析出相體積分數已達最大；高溫回歸使得晶內的尺寸較小析出相回溶至基體，另一些尺寸較大的強化相長大，晶界強化相斷開；再時效時，回溶至基體的溶質元素再次析出，一部分形成新的析出相，另一部分提供給在回歸過程中未被回溶且長大的析出相繼續長大，最終使得晶內強化析出相的數量和體積分數再次增加，使得合金再次強化。
[0006]而利用不充分時效做為預時效處理的回歸再時效處理(即本發明)在不充分預時效處理後，晶內強化相體積分數並不高，且析出相尺寸小；但是，在回歸處理過程中，由於晶內的析出相尺寸小，導致絕大多數析出相均被回溶至基體中，並且晶界析出相亦長成粗大和離散狀使合金的抗腐蝕能力提升；再時效時，析出相再次從基體中析出，且細小、彌散。加之回歸過程較為充分，在此期間長大的晶內析出相相對較少，因此再時效後合金晶內大尺寸析出相較少，避免了析出相粗化長大而損失強化效果的發生，並且強化析出相的數量和體積分數增加，合金的強度增強，達到甚至超過T6峰值時效與傳統回歸再時效處理水平。
[0007]優點及效果:與現有時效工藝相比，本發明的優點在於該回歸再時效工藝能使噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金在保持晶界析出相粗化、離散分布，並達到顯著過時效狀態的同時，使合金的晶內析出相達到甚至超過峰值時效析出狀態，獲得比T6峰值時效處理與傳統回歸再時效處理更高強度。
[0008]採用本發明的回歸再時效工藝處理過的試樣，其電導率、剝落腐蝕程度和晶間腐蝕程度均與傳統回歸再時效處理的試樣相當，與T73過時效處理的試樣接近，其強度超過T6峰值時效處裡和傳統回歸再時效處理後的試樣。可見，經本發明的回歸再時效工藝處理後的合金在保持抗腐蝕性能大幅度提升的前提下，合金的強度進一步得到提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發明工藝流程示意圖；
圖2是合金經過不同時效工藝處理後的拉伸性能和電導率；
圖3是合金經過不同時效工藝處理後的剝落腐蝕性能；
圖4是合金經過不同時效工藝處理後的晶間腐蝕性能。
[0010]【具體實施方式】:`
採用噴射成形工藝製備A1-5.48ΖΠ-2.21Mg-l.48Cu合金(質量分數)。噴射沉積製得的沉積坯件經熱擠壓加工製成Φ 20mm棒材，擠壓溫度為400°C，擠壓比30:1，擠壓速率1.5mm/
So
[0011]擠壓後的材料採用475°C保溫3h的固溶處理，然後水淬。通過120°C保溫l_23h不充分預時效，200°C保溫IOmin回歸處理和120°C保溫24h再時效進行本發明的回歸再時效處理，並與T6峰值時效出、T73過時效處理和傳統回歸再時效處理進行比較。除實施案例I回歸處理後採用隨爐冷卻外，其餘案例回歸處理後均採用淬火處理。
[0012]剝落腐蝕試驗按美國ASTM G34-2001標準進行，標準剝落腐蝕溶液中NaCl、KNO3和HNO3的濃度分別為4.0mol/L、0.5mol/L和0.lmol/L，溶劑為蒸餾水。實驗溫度恆定為25±2°C，腐蝕介質體積與腐蝕面面積之比為20mL/mm2，避免試樣與容器及試樣之間相互接觸。保溫箱浸泡，浸泡6h-24h內觀察試樣(不清洗)，然後繼續浸泡，48h後取出觀察。腐蝕後的評級代號:N腐蝕不嚴重，表面上有微腐蝕或脫色現象；P表面出現細小點蝕或爆皮；EA、EB、EC、ED分別代表剝落腐蝕逐漸加重。
[0013]晶間腐蝕試驗按照美國ASTM G110-1992標準進行。將樣品垂直懸掛腐蝕液(每升溶液含57g的NaCl和IOmL的H2O2)中，浸泡6h，實驗溫度保持在35±2°C，試樣腐蝕面積與腐蝕液容積比為20mm2/mL，避免試樣與容器及試樣之間相互接觸。腐蝕後的試樣用水洗淨吹乾。晶間腐蝕評價等級:最大深度不超過0.01mm為I級；深度在0.01mm至0.03mm為2級；介於0.03mm至0.1Omm為3級；0.1Omm至0.30mm之間為4級；超過0.30mm為5級。[0014]實施案例1:
試樣採用120°C保溫Ih預時效處理，然後200°C保溫IOmin回歸處理，最後120保溫24h再時效處理。時效結束後進 行拉伸測試和電導率測試，實驗結果如圖2所示；進行剝落腐蝕實驗，剝落腐蝕等級評定如圖3所示；進行晶間腐蝕實驗，晶間腐蝕深度及等級如圖4所示。
[0015]實施案例2:
試樣採用120°C保溫12h預時效處理，然後200°C保溫IOmin回歸處理，最後120保溫24h再時效處理。時效結束後進行拉伸測試和電導率測試，實驗結果如圖2所示；進行剝落腐蝕實驗，剝落腐蝕等級評定如圖3所示；進行晶間腐蝕實驗，晶間腐蝕深度及等級如圖4所示。
[0016]實施案例3:
試樣採用120°C保溫23h預時效處理，然後200°C保溫IOmin回歸處理，最後120保溫24h再時效處理。時效結束後進行拉伸測試和電導率測試，實驗結果如圖2所示；進行剝落腐蝕實驗，剝落腐蝕等級評定如圖3所示；進行晶間腐蝕實驗，晶間腐蝕深度及等級如圖4所示。
[0017]對比案例1:
試樣採用120°C保溫24h的T6峰值時效處理。時效結束後進行拉伸測試和電導率測試，實驗結果如圖2所示；進行剝落腐蝕實驗，剝落腐蝕等級評定如圖3所示；進行晶間腐蝕實驗，晶間腐蝕深度及等級如圖4所示。
[0018]對比案例2:
試樣採用120°C保溫8h，然後160°C保溫16h的T73過時效處理。時效結束後進行拉伸測試和電導率測試，實驗結果如圖2所示；進行剝落腐蝕實驗，剝落腐蝕等級評定如圖3所示；進行晶間腐蝕實驗，晶間腐蝕深度及等級如圖4所示。
[0019]對比案例3:
試樣採用120°C保溫24h，然後200°C保溫lOmin，最後120保溫24h的傳統回歸再時效。時效結束後進行拉伸測試和電導率測試，實驗結果如圖2所示；進行剝落腐蝕實驗，剝落腐蝕等級評定如圖3所示；進行晶間腐蝕實驗，晶間腐蝕深度及等級如圖4所示。
【權利要求】
1.一種噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金的回歸再時效熱處理工藝，其特徵在於:回歸再時效熱處理分為預時效、回歸處理和再時效三個部分，其中預時效部分為不充分時效處理，即未達到T6峰值時效處理水平。
2.如權利要求1所述的噴射態Al-Zn-Mg-Cu系合金，其特徵在於:製備工藝為噴射成形工藝。
3.如權利要求1所述的不充分時效處理，其特徵在於:時效溫度為120°C，保溫時間為l-23h。
4.如權利要求1所述的回歸處理，其特徵在於:溫度為200°C，保溫時間為lOmin。
5.如權利要求1所述的再時效，其特徵在於:時效工藝為T6峰值時效處理，其溫度為120°C，保溫時間為24h 。
【文檔編號】C22F1/053GK103498118SQ201310428612
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】蘇睿明, 曲迎東, 李榮德, 解騏鳴, 楊清, 尤俊華 申請人:瀋陽工業大學