一種高鋅含鈧鋁合金的固溶熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金熱處理技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種高鋅含鈧鋁合金的固溶熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高強度高韌性Al-Zn-Mg-Cu鋁合金具有密度低、強度高、熱加工性能好等優(yōu)點,是航空航天領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料。隨著航空航天、交通運輸?shù)裙I(yè)技術(shù)的發(fā)展,對結(jié)構(gòu)材料的要求逐漸提高。通過微合金化可以有效抑制Al-Zn-Mg-Cu鋁合金再結(jié)晶和晶粒長大、保持變形回復組織。
[0003]鈧是到目前為止所發(fā)現(xiàn)的對優(yōu)化鋁合金性能最為有效的合金元素,鈧可提高Al-Zn-Mg-Cu鋁合金的強度、塑性、耐蝕和焊接等性能。另外,Zn含量對屈服強度有很大的影響,隨著Zn含量的增加,合金強度顯著上升,但是隨著Zn含量的增加,合金的成型性難度顯著加大。
[0004]目前我國主要研宄高鋅合金的成型工藝,對其性能和熱處理技術(shù)的認識還不夠深入和系統(tǒng),缺乏有效的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)積累,因此亟待對高鋅含鈧鋁合金的熱處理工藝開展系統(tǒng)深入的研宄。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本發(fā)明提供一種高鋅含鈧鋁合金的固溶熱處理方法,目的是
通過設計優(yōu)化的固溶熱處理工藝制度,使高鋅含鈧鋁合金獲得超高強度的同時具有足夠的塑性。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案按照以下步驟進行:
首先將高鋅含鈧鋁合金在390~430°C下保溫3~5h,然后升溫至455~475°C保溫3~5h后,在1s內(nèi)將其轉(zhuǎn)移到室溫條件下的水中淬火5min,再進行單級時效熱處理:在120°C溫度下保溫23.5-24.5h,最后空冷至室溫,得到經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金。
[0007]所述高鋅含鈧鋁合金的化學成分按質(zhì)量百分比為:Zn 8?9%,Mg 2.5?3.5%,Cu 2.3 ?3.5%,Zr 0.05-0.25%,Sc 的質(zhì)量分數(shù)為 0.01-0.10%,其余組分為 Al。
[0008]所述的經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金抗拉強度達728~761MPa,屈服強度為553~602MPa,延伸率為 11.11—14.89%,硬度為 123~153Hv。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的特點和有益效果是:
本發(fā)明通過控制固溶溫度和固溶時間的方法,研宄了固溶溫度和固溶時間對,高鋅含鈧鋁合金力學性能及微觀組織的影響。
[0010]通常情況,合金在不發(fā)生過燒的狀態(tài)下,固溶溫度越高,回溶的合金元素濃度也就越大,也就提高了合金的固溶程度,淬火后的過飽和固溶體的濃度也就越高,使合金時效析出的相變驅(qū)動力增大,析出相增加,時效后產(chǎn)生的析出相細小、彌散沿晶界分布,阻礙位錯運動,從而可以提高合金的強度;而影響固溶處理的主要因素有固溶溫度、保溫時間和冷卻速度,其中固溶溫度的影響最大,而保溫時間也對合金強度有較大的影響,合金第二相粒子有足夠的時間溶入基體中,在隨后的淬火中形成過飽和固溶體,從而在時效過程中析出更多的強化相,因此強度提高,然而固溶處理時的加熱,除了發(fā)生強化相溶解外,也可能發(fā)生再結(jié)晶和晶粒長大過程,因此固溶溫度不宜過高,保溫時間不宜過長。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明采用了雙級固溶處理的技術(shù)方案,本發(fā)明采用了雙級固溶處理的技術(shù)方案,使該合金在390~430°C°C溫度下保溫3~5小時,然后升溫至455~475°C保溫3~5小時后立即取出水淬,再進行單級時效熱處理,在120°C溫度下保溫24±0.5小時。其中的第一級固溶處理屬于低溫預處理,這種處理使Mg、Zn、Cu等原子均勻細小的分布在晶界處,達到抑制第二級固溶處理后再結(jié)晶晶粒長大的目的。而單級固溶處理由于固溶溫度較高,原子來不及均勻擴散就發(fā)生了自身的長大,導致抑制再結(jié)晶晶粒長大的效果減弱,如附圖圖1所示。因此雙級固溶較單級固溶可以顯著提高合金的力學性能,使合金中粗大的非平衡相得以充分溶解和均勻化、固溶體過飽和度增加與晶界共晶相應力集中趨勢減小,晶界為斷續(xù)狀分布的晶界析出相。
[0012]本發(fā)明提供的鋁合金的固溶熱處理方法提高了一種高鋅含鈧鋁合金的性能,使該合金的硬度、抗拉強度、屈服強度、延伸率都顯著提高,因此擴大了該種鋁合金在工業(yè)領(lǐng)域的應用范圍。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例1中經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的金相組織圖;
圖2為本發(fā)明實施例1~3中在不同的第一級保溫時間下固溶熱處理后的高鋅含鈧鋁合金力學性能變化曲線圖;
圖3為本發(fā)明實施例1~3中在不同的第一級保溫時間下固溶熱處理后的硬度變化曲線圖;
圖4為本發(fā)明實施例4~6中在不同的第一級固溶溫度下固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的力學性能變化曲線圖;
圖5為本發(fā)明實施例4~6中在不同的第一級固溶溫度下固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的硬度變化曲線圖;
圖6為本發(fā)明實施例7~9中在不同的第二級保溫時間下經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的力學性能變化曲線圖;
圖7為本發(fā)明實施例7~9中在不同的第二級保溫時間下經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的硬度變化曲線圖;
圖8為本發(fā)明實施例10~12中在不同的第二級固溶溫度下經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的力學性能變化曲線圖;
圖9為本發(fā)明實施例10~12中在不同的第二級固溶溫度下經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的硬度變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明實施例中所用的高鋅含鈧鋁合金為自制鑄錠,經(jīng)過均質(zhì)后擠壓成直徑為1mm的圓棒,化學成分按質(zhì)量百分比為:Zn 8.5%,Mg 3.0%, Cu 3.0%,Zr 0.15%,Sc的質(zhì)量分數(shù)為0.05%,其余組分為Al,其抗拉強度和屈服強度為492.9MPa和352.4MPa,延伸率是 9.74%,硬度是 110.7HVo
[0015]實施例中的硬度試樣為直徑1mm的圓棒,高度為5mm,檢測設備為452-SVD型自動轉(zhuǎn)塔數(shù)顯維氏硬度計;拉伸試樣根據(jù)GB/G228-2002《金屬材料拉伸試驗方法》加工制定,每個實施例中取三組試樣,每組試樣取三個硬度試樣和三個拉伸試樣,且尺寸相同,拉伸檢測設備為SANS CMT-5105型微機控制電子萬能拉伸實驗機。
[0016]實施例1
首先將高鋅含鈧鋁合金在410°C下保溫3h,然后升溫至475°C保溫4h后,在1s內(nèi)將其轉(zhuǎn)移到室溫條件下的水中淬火5min,再進行單級時效熱處理:在120°C溫度下保溫24.5h,最后空冷至室溫,經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的金相組織圖如圖1所示,從圖1中可以看出合金中析出了大量細小、彌散的粒子,經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的力學性能圖如圖2所示,硬度如圖3所示,從圖中可以看出經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金抗拉強度達728MPa、屈服強度達561MPa、延伸率達14.63%,硬度達123Hv,與固溶熱處理前相比,力學性能得到顯著提升。
[0017]實施例2
首先將高鋅含鈧鋁合金在410°C下保溫4h,然后升溫至475°C保溫4h后,在1s內(nèi)將其轉(zhuǎn)移到室溫條件下的水中淬火5min,再進行單級時效熱處理:在120°C溫度下保溫24.5h,最后空冷至室溫,經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金的力學性能圖如圖2所示,硬度如圖3所示,從圖中可以看出經(jīng)固溶熱處理的高鋅含鈧鋁合金抗拉強度達741MPa、屈服強度達572MPa、延伸率達13.88%,硬度達137Hv,與固溶熱處理前相比,力學性能得到顯著提升。
[0018]實施例3
首先將高鋅含鈧鋁合金在41