CN103540880B - 一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，其特征在于：该方法是在Al-Zn-Mg-Cu系铝合金T6、T74、T73、T76、T77、T78或T79人工时效工艺前增加预时效，预时效制度的加热温度为80℃～115℃，时效时间为4～96小时。该方法适用的铝合金化学成分及重量百分比为：Zn5.0～12.0%，Mg1.2～3.2%，Cu1.0～3.0%，Zr0.04～0.30%或Cr0.10～0.40%，Si≤0.50%，Fe≤0.50%，Ti≤0.10%，其它杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，余量为Al。该方法适用于生产航空航天、船舶及汽车用铝合金厚板、薄板、锻件和挤压材。
Description
技术领域
本发明是一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，属于金属材料工程技术领域。采用本方法生产的新型铝合金制品具有优异的强度及韧性。
背景技术
近年来，本领域发展了一些超高强Al-Zn-Mg-Cu系铝合金如7055，7449、7068及7085等；亦发展了一些提高材料强韧性能的工艺方法如T6、T73、T74、T76、T77、T78及T79热处理工艺等。
T77、T78及T79等热处理工艺的设计思路是采用较浅的过时效，以保证材料高强度水平。T77时效工艺通过较高温短时的二级时效控制GP区的转变及回溶，提高材料韧性及耐蚀性能，随后急冷建立材料亚稳态，在经过三级时效进一步析出GP区，保证材料高强度水平；T78及T79时效工艺与T77时效工艺设计思路相近，均采用较浅时效控制材料强度的降低。
现代机械设计更注重低能耗及高寿命，为满足飞行器、汽车及船舶等运输机械长航时、高寿命及经济性的需求，高性能材料的需求越来越高。作为飞行器主要结构材料的铝合金，一般用量占整机重量的30%以上，最高可达到接近80%。所以，对Al-Zn-Mg-Cu系材料强度及强韧综合性能的要求越来越高。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，其目的是进一步提高Al-Zn-Mg-Cu系材料强度及强韧综合性能。
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金为高强铝合金，合金以沉淀强化为主，固溶后组织析出规律为：过饱和固溶体→GP区→η’→η。GP区与基体共格；η’相与基体半共格；η相为平衡相。根据形成条件不同，GP区在室温下即可形成；120℃以上，GP区开始向η’相转变；143℃以上，η’相向η相转变，而小于临界尺寸的GP区回溶基体。
本发明技术方案依据上述原理，研究长时时效对析出相的种类及形态的影响，研究表明120℃以下GP区充分析出，随着温度升高其尺寸亦增大，达到溶质原子与平衡。
本发明技术方案的内容是：
该种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，其特征在于：该方法是在Al-Zn-Mg-Cu系铝合金T6、T74、T73、T76、T77、T78或T79人工时效工艺前增加预时效，预时效制度的加热温度为80℃～115℃，时效时间为4～96小时。
预时效与之后进行的T6、T74、T73、T76、T77、T78或T79人工时效第一级时效温度低10～35℃。
预时效采用连续或阶梯式加热保温的方式完成。
预时效制度的加热温度为80℃～89℃，时效时间为4～96小时。
预时效制度的加热温度为90℃～99℃，时效时间为20～60小时。
预时效制度的加热温度为100℃～115℃，时效时间为4～24小时。
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的化学成分及重量百分比为：Zn5.0～12.0%，Mg1.2～3.2%，Cu1.0～3.0%，Zr0.04～0.30%或Cr0.10～0.40%，Si≤0.50%，Fe≤0.50%，Ti≤0.10%，其它杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，余量为Al。
本发明技术方案采用115℃以下长时时效，最长达96小时，使GP区充分析出，获得均匀弥散分布的GP区；在随后进行的人工时效T6、T73、T74、T76、T77、T78及T79过程中，将有部分相对较小尺寸的GP区保留下来，或较小尺寸的GP区延迟向η’相和η相的转变。从而提高材料峰值时效强度或过时效强度韧度综合性能。
本发明涉及的工艺技术适用于生产航空航天、船舶及汽车用厚板、薄板、锻件和挤压材。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
生产合格的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金材料，该合金的化学成分及重量百分比为：Zn5.0～12.0%，Mg1.2～3.2%，Cu1.0～3.0%，Zr0.04～0.30%或Cr0.10～0.40%，Si≤0.50%，Fe≤0.50%，Ti≤0.10%，其它杂质单个≤0.05%，总量≤0.15%，余量为Al。
生产工艺步骤如下：
（1）参照7050铝合金完成熔铸、均匀化生产工序；
（2）参照7050铝合金完成锻造或挤压或轧制成型工序；
（3）参照7050铝合金完成淬火工序；
表1为采用本发明技术方案上述Al-Zn-Mg-Cu系铝合金进行增强韧时效的工艺参数
表1：
表2为另一种采用本发明技术方案上述Al-Zn-Mg-Cu系铝合金进行增强韧时效的工艺参数，其中，预时效采用阶梯式加热保温的方式完成。
表2：
表3为另一种采用本发明技术方案上述Al-Zn-Mg-Cu系铝合金进行增强韧时效的工艺参数，其中，预时效采用连续升温、保温的方式完成。合金在45℃～90℃温度区间加热总时间为15h～2400h；在91℃～180℃
温度区间加热总时间为4h～96h。
表3：
将上述Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中含Zr或Cr的两种合金材料分别命名为XHJ-5和XHJ-6，采用传统T6工艺进行时效处理，处理后的材料力学性能见表4。
表4：
表5为XHJ-5和XHJ-6合金材料采用本发明技术方案处理后获得的L向材料性能。
表5：
| 合金 | σb，MPa | σ0.2，MPa | δ5，% | γ，%IACS | |
| XHJ-6 | 750 | 731 | 10.2 | 32.0 | |
| XHJ-6 | 778 | 760 | 8.3 | 33.1 | |
| XHJ-6 | 760 | 752 | 8.3 | 34.2 | |
| XHJ-6 | 758 | 746 | 8.6 | 35.6 | |
| XHJ-6 | 754 | 751 | 7.6 | 34.9 | |
| XHJ-5 | 778 | 742 | 9.3 | 30.2 | |
| XHJ-5 | 779 | 748 | 8.9 | 31.2 | |
| XHJ-5 | 773 | 745 | 8.3 | 31.2 | |
| XHJ-5 | 776 | 752 | 10.2 | 31.3 | |
| XHJ-5 | 776 | 753 | 9.1 | 30.1 | |
| XHJ-5 | 743 | 721 | 10.1 | 36.0 | |
| XHJ-5 | 772 | 757 | 9.2 | 32.6 | |
| XHJ-5 | 738 | 721 | 9.5 | 35.9 | |
| XHJ-5 | 742 | 722 | 10.2 | 35.2 |
对比表5及表4试验数据可知，采用本发明技术方案处理的合金材料的强度明显提高。与现有技术相比，采用本发明技术方案处理的合金材料能够保证材料的高强韧匹配综合性能。
Claims (6)
1.一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，其特征在于：该方法是在Al-Zn-Mg-Cu系铝合金T6、T74、T73、T76、T77、T78或T79人工时效工艺前增加预时效，预时效制度的加热温度为80℃～115℃，预时效时间为4～96小时。
2.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，其特征在于：预时效制度采用连续或阶梯式加热保温的方式完成。
3.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，其特征在于：预时效制度的加热温度为80℃～89℃，预时效时间为4～96小时。
4.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，其特征在于：预时效制度的加热温度为90℃～99℃，预时效时间为20～60小时。
5.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，其特征在于：预时效制度的加热温度为100℃～115℃，预时效时间为4～24小时。
6.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增强韧时效方法，其特征在于：Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的化学成分及重量百分比为：Zn 5.0～12.0％，Mg 1.2～3.2％，Cu 1.0～3.0％，Zr 0.04～0.30％或Cr0.10～0.40％,Si≤0.50％,Fe≤0.50％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。
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