專利名稱：一種適用于噴射成形7000系鋁合金的均勻化熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于噴射成形7000系鋁合金的均勻化熱處理方法。
背景技術(shù)：
超高強(qiáng)鋁合金為7000系鋁合金，是時(shí)效強(qiáng)化型鋁合金。強(qiáng)化相主要來(lái)源于合金時(shí) 效熱處理過(guò)程中析出的MgZnjH，且強(qiáng)化相的體積分?jǐn)?shù)與合金的強(qiáng)度性能呈正比的關(guān)系。因 此，只有通過(guò)合理的熱處理工藝以及優(yōu)化合金的成分設(shè)計(jì)，使合金中形成大量的強(qiáng)化相才 能達(dá)到強(qiáng)化的目的。為了得到大量的強(qiáng)化相，可以通過(guò)改善熱處理工藝，使合金在固溶淬火后得到最 大的過(guò)飽和度，并采用合理的時(shí)效工藝，增加時(shí)效階段析出相的數(shù)量，改善析出相的分布， 從而達(dá)到增加強(qiáng)化的效果。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)超高強(qiáng)鋁合金熱處理工藝的研究從未 停止過(guò)。最初，對(duì)7000系鋁合金一般采用T6峰時(shí)效的熱處理制度，可以獲得較高的極限抗 拉強(qiáng)度和一定的耐腐蝕性能，以7075-T6峰時(shí)效狀態(tài)合金為代表。伴隨著該合金在實(shí)際應(yīng) 用中出現(xiàn)的事故，研究發(fā)現(xiàn)，7075-T6峰時(shí)效狀態(tài)合金雖然具有較高的強(qiáng)度，但由于合金內(nèi) 部晶界上連續(xù)粗大析出相的存在，合金的抗應(yīng)力腐蝕性能較差。20世紀(jì)60年代，一種新型 的熱處理方法產(chǎn)生了，即雙級(jí)過(guò)時(shí)效熱處理方法，通過(guò)這種新型的時(shí)效處理方法可以將合 金內(nèi)部晶界上的連續(xù)粗大析出相變成間斷的粗大析出相，該方法的應(yīng)用大大提高了合金的 抗應(yīng)力腐蝕性能，但合金的強(qiáng)度性能有所下降。20世紀(jì)70-80年代以色列飛機(jī)公司率先提 出的7000系鋁合金RRA三級(jí)時(shí)效熱處理工藝，并由美國(guó)鋁業(yè)公司(Alcoa)開(kāi)發(fā)出了實(shí)用化 的7000系鋁合金T77三級(jí)時(shí)效熱處理工藝。RRA三級(jí)時(shí)效熱處理工藝是在傳統(tǒng)的峰時(shí)效熱 處理后加一段時(shí)間的高溫?zé)崽幚?，使晶?nèi)強(qiáng)化相重溶、晶界上的連續(xù)析出相轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù) 析出相，然后再回到低溫進(jìn)行峰時(shí)效熱處理。研究表明，T77狀態(tài)下的7000系鋁合金既能 夠保持接近T6狀態(tài)下的強(qiáng)度性能、又能夠擁有接近T73狀態(tài)下的其它綜合性能。另一方面，為了得到大量的強(qiáng)化相，合金成分設(shè)計(jì)不斷得到優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò) 提高主合金元素的含量，能提高合金的性能，但當(dāng)主合金元素總含量超過(guò)一定界限時(shí)，由于 傳統(tǒng)制坯工藝凝固冷卻速度的限制，合金中會(huì)形成大量的粗大一次析出相，且鑄錠存在明 顯的宏觀偏析。并且這些一次析出相很難通過(guò)后續(xù)的固溶處理回溶到基體中。這不僅不會(huì) 進(jìn)一步提高最終合金中時(shí)效強(qiáng)化相的體積分?jǐn)?shù)，而且還會(huì)惡化材料的各項(xiàng)性能。因此，在采 用傳統(tǒng)鑄錠冶金及變形加工工藝生產(chǎn)7000系鋁合金時(shí)，一般控制合金中的主合金元素總 含量最高不超過(guò)12%-13%，這限制了 7000系鋁合金的極限抗拉強(qiáng)度。噴射成形技術(shù)的出 現(xiàn)突破了合金中主合金元素含量的限制，能制備高合金化程度的7000系鋁合金。噴射成形 技術(shù)是從傳統(tǒng)的快速凝固粉末冶金RS/PM工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種快速凝固近終成形 材料制坯技術(shù)。其基本原理是利用惰性氣體將合金熔體霧化成大量細(xì)小的液滴，然后沉積 到接收基板上，通過(guò)控制接收基板的形狀和運(yùn)動(dòng)方式可以得到不同形狀的沉積坯件。采用 噴射成形技術(shù)制備高合金化的7000系鋁合金時(shí)，由于凝固速度較快，合金中的晶粒被顯著 細(xì)化、各種宏觀和微觀偏析受到抑制，可有效控制沉積坯件凝固過(guò)程中內(nèi)部產(chǎn)生熱裂的傾向，同時(shí)由于凝固速度加快使沉積坯件中各種合金元素的過(guò)飽和度提高、后續(xù)熱處理過(guò)程 中各種沉淀相的析出更加充分，有利于使材料獲得更佳的力學(xué)性能。在2003年3月14日北京有色金屬研究總院申請(qǐng)名為“一種超高強(qiáng)度高韌性鋁合 金材料及其制備方法”專利申請(qǐng)并授予專利權(quán)(專利號(hào)為03119605. 5)。在該專利中，詳細(xì) 記載了關(guān)于噴射成形方法和所使用的設(shè)備的問(wèn)題。噴射成形方法為(1)按合金成分，配制 預(yù)制合金錠；(2)升溫將合金預(yù)制錠熔化后，采用惰性氣體并通過(guò)霧化噴嘴進(jìn)行霧化，霧化 噴嘴以1 5Hz的頻率高速掃描，霧化氣體為高純惰性氣體，霧化壓力為0. 5 1. OMPa ； (3) 在氣霧化的同時(shí)，將霧化液沉積在接收裝置上，即得到所需的鋁合金材料。噴射成形設(shè)備采 用非真空噴射成形設(shè)備，該非真空噴射成形設(shè)備包括有感應(yīng)加熱熔爐、感應(yīng)加熱或電阻加 熱的中間包、導(dǎo)流管、氣流霧化噴嘴，接收罐體，在接收罐體中安裝接收裝置。因此，噴射成 形技術(shù)是一個(gè)很成熟的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)一種適用于噴射成形7000系鋁合金的熱處理方法。在7000系鋁合金的實(shí)際制坯過(guò)程中，不可避免地還要生成一些一次凝固析出相 (包括T相、S相、MgZn2相等)，部分尺寸粗大的一次凝固析出相即使經(jīng)過(guò)后續(xù)的熱變形加 工破碎和固溶熱處理仍難以實(shí)現(xiàn)完全回溶，殘留在最終狀態(tài)合金中成為開(kāi)裂源、對(duì)合金的 綜合性能將造成負(fù)面影響。因此，對(duì)噴射成形坯錠進(jìn)行均勻化處理是有必要的。均勻化處 理的目的是使噴射成形坯錠組織在不發(fā)生晶粒長(zhǎng)大的前提下，使一次析出相充分回溶，經(jīng) 過(guò)后續(xù)擠壓、固溶工藝，最后在時(shí)效處理過(guò)程中析出相均勻、細(xì)小。噴射成形7000系鋁合 金均勻化處理的最大難點(diǎn)是需要選擇適當(dāng)?shù)木鶆蚧療崽幚碇贫龋捎趪娚涑尚纬邚?qiáng)鋁合 金沉積態(tài)的組織特征為晶粒尺寸約20-30 ym的等軸晶均勻分布；晶界分布著大量尺寸約 1-5 y m—次析出相。因此，需選擇合理的均勻化溫度及時(shí)間，保證晶粒不會(huì)明顯長(zhǎng)大的前提 下，使一次析出相最大限度的回溶。同時(shí)，還要考慮一次析出相的熔點(diǎn)，一次析出相中大部 分為低熔點(diǎn)共晶相，若均勻化溫度超過(guò)低熔點(diǎn)共晶相的熔點(diǎn)或固溶線時(shí)，就容易發(fā)生過(guò)燒， 導(dǎo)致材料的性能下降。因此，還需保證均勻化溫度不會(huì)過(guò)高，使材料發(fā)生過(guò)燒。本發(fā)明針對(duì)7000系噴射成形鋁合金進(jìn)行了大量的工作，獲取了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 研究結(jié)果表明，采用本發(fā)明方法對(duì)噴射成形坯錠進(jìn)行均勻化熱處理，可以保證晶粒在不發(fā) 生長(zhǎng)大的前提下，使噴射成形坯錠在高溫均勻化階段一次析出相充分回溶，經(jīng)過(guò)后續(xù)擠壓、 固溶工藝，最后在時(shí)效處理過(guò)程中析出相均勻、細(xì)小。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種噴射成形7000系鋁合金的均勻化熱處理方法，該發(fā)明方法為對(duì)噴射成形 7000系鋁合金坯錠在465-473°C進(jìn)行24_36h的均勻化熱處理。在本發(fā)明的噴射成形7000系鋁合金的均勻化熱處理方法中，所述的7000系鋁合 金為合金元素含量為10-20wt %的鋁合金，其中，合金元素為Zn、Mg、Cu和&。在本發(fā)明的噴射成形7000系鋁合金的均勻化熱處理方法中，所述的7000系鋁合 金的成分為 Zn 6 15wt%，Mg 1. 2 3. 0wt%, Cul. 0 3. lwt%, Zr 0 0. 2wt%，其余 為Al。一種新的技術(shù)方案，本發(fā)明的所述7000系鋁合金為噴射成形7000系鋁合金。
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一種新的技術(shù)方案，本發(fā)明的所述超高強(qiáng)鋁合金為合金元素含量為10_20襯％的 噴射成形7000系鋁合金。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于經(jīng)該發(fā)明方法處理的噴射成形7000系鋁合金，可以在不保證 發(fā)生晶粒長(zhǎng)大的前提下，使噴射成形坯錠在高溫均勻化階段一次析出相充分回溶，經(jīng)過(guò)后 續(xù)擠壓、固溶工藝，最后在時(shí)效處理過(guò)程中析出相均勻、細(xì)小。經(jīng)過(guò)該發(fā)明方法處理的噴射 成形鋁合金坯錠，析出相充分回溶，晶粒沒(méi)有明顯長(zhǎng)大，在后續(xù)擠壓階段析出的相可以在固 溶階段回溶，使得最后時(shí)效階段得到細(xì)小均勻的析出相。


圖1是噴射成形Al-9. 97Zn-2. 65Mg_l. 94Cu_0. 12% Zr合金微觀組織圖像。圖 2，圖 3 是噴射成形 Al-9. 97Zn-2. 65Mg_l. 94Cu_0. 12% Zr 合金在470°C保溫 24h 均勻化處理后合金的微觀組織圖像。圖4是噴射成形Al-11. 66Zn-l. 92Mg_3. OlCu合金微觀組織圖像。圖5，圖6是噴射成形Al-11. 66Zn-l. 92Mg_3. OlCu合金在470°C保溫36h均勻化 處理后合金的微觀組織圖像。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1對(duì)噴射成形Al-9. 97Zn-2. 65Mg_l. 94Cu_0. 12% &合金(合金元素含量為 14. 68% )采用本發(fā)明方法的均勻化熱處理制度進(jìn)行均勻化處理，具體工藝為在470°C保溫 24h。結(jié)果表明，如圖1、2、3所示，合金經(jīng)過(guò)均勻化后，晶界顯著變細(xì)，趨于光滑，晶粒尺寸沒(méi) 有明顯變化，未發(fā)生顯著長(zhǎng)大，一次析出相基本回溶，殘留析出相趨于球化。經(jīng)上述均勻化 處理的合金，在后續(xù)400°C熱擠壓，475°C固溶處理2小時(shí)，120°C時(shí)效16小時(shí)后可顯著提高 了合金的強(qiáng)度。實(shí)施例2對(duì)噴射成形Al-11. 66Zn-l. 92Mg_3. OlCu合金(合金元素含量為16. 59% )采用本 發(fā)明方法的均勻化熱處理制度進(jìn)行均勻化處理，具體工藝為在470°C保溫36h。結(jié)果表明， 如圖4、5、6所示，合金經(jīng)過(guò)均勻化后，晶粒尺寸沒(méi)有明顯變化，未發(fā)生顯著長(zhǎng)大，一次析出 相基本全部回溶。經(jīng)上述均勻化處理的合金，在后續(xù)400°C熱擠壓，475°C固溶處理2小時(shí)， 120°C時(shí)效16小時(shí)后可顯著提高了合金的強(qiáng)度。
權(quán)利要求
一種噴射成形7000系鋁合金的均勻化熱處理方法，該發(fā)明方法為對(duì)噴射成形7000系鋁合金坯錠在465-473℃進(jìn)行24-36h的均勻化熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射成形7000系鋁合金的均勻化熱處理方法，所述的7000 系鋁合金為合金元素含量為10-20襯％的鋁合金，其中，合金元素為Zn、Mg、Cu和&。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴射成形7000系鋁合金的均勻化熱處理方法，所述的7000 系鋁合金的成分為 Zn 6 15wt%，Mg 1.2 3.0wt%，Cul.0 3. lwt%,Zr 0 0. 2wt%， 其余為Al。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種噴射成形7000系鋁合金的均勻化熱處理方法，該發(fā)明方法為對(duì)噴射成形7000系鋁合金坯錠在465-473℃進(jìn)行24-36h的均勻化熱處理。本發(fā)明的特征在于經(jīng)該方法處理的7000系鋁合金，可以在不發(fā)生晶粒長(zhǎng)大的前提下，使噴射成形坯錠在高溫均勻化階段一次析出相充分回溶，經(jīng)過(guò)后續(xù)擠壓、固溶工藝，最后在時(shí)效處理過(guò)程中析出相均勻、細(xì)小。
文檔編號(hào)C22F1/053GK101876043SQ200910237708
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者劉紅偉, 左玉婷, 張永安, 朱寶宏, 李志輝, 李錫武, 熊柏青, 王 鋒 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院