CN107447172A - 铝合金板材的热处理方法 - Google Patents

铝合金板材的热处理方法 Download PDF

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徐卫国
周波
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    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
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Abstract

一种铝合金板材的热处理方法，属于铝合金热处理技术领域。步骤：将铝合金板材投入加热炉进行固溶处理，并且控制固溶处理的温度和控制固溶处理的时间，固溶处理结束后进行水淬并且控制水淬的水温，得到待预变形处理板材；将待预变形处理板材在室温下轧制预变形，并且控制变形量，得到待时效处理板材；将待时效处理板材进行时效处理，并且控制时效处理的温度和时间，得到成品铝合金板材。由于将铝合金板材依次经固溶处理、轧制预变形以及时效处理，因而其高温力学性能为：高温抗拉强度达到174.3‑285.3MPa，延伸率达到6.7‑10.2%，能满足诸如航空航天、武器装备及新能源之类的领域的使用要求。

Description

铝合金板材的热处理方法
技术领域
本发明属于铝合金热处理技术领域，具体涉及一种铝合金板材的热处理方法。
背景技术
Al-Zn合金由于具有强度高、耐腐蚀性能好、淬火敏感性小等特点，被广泛应用于航空航天、武器装备、新能源等尖端领域。随着其应用范围的扩展，对铝合金的高温性能、断裂韧性等方面也提出了较高要求。
中国专利公告号CN101570838B推荐有“一种铝合金热处理方法”，其是将铝合金型材加热至450-500℃，保持1-2h，而后随炉冷却至350-300℃，再以25℃/S的速度降温至室温，接着升温至280-300℃，保持2-3h，再随炉冷却至室温。该专利方案的积极意义在于：消除铝合金型材的内部应力，提高尺寸稳定性和塑性并减少变形、翘曲（说明书第0014段）。
中国专利公开了CN104419882A提供有“一种铝合金型材的热处理方法”，其是先对铝合金在520-580℃下固溶15-240min，固溶处理后进行三级时效处理：在180-240℃下高温预时效处理15-25min，使铝合金的硬度达到T6峰值时效硬度的60-90%；在130-170℃下低温时效处理24-2400h；最后在180-240℃进行高温再时效处理2-10h。该专利的宗旨是：在不降低其拉伸性能前提下提高铝合金的抗晶间腐蚀能力，具体可参见该专利的说明书第0032段。
并非限于上面例举的专利均未给出通过热处理提高铝合金的高温力学性能的启示，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明的任务在于提供一种铝合金板材的热处理方法，由该方法处理的铝合金板材得以体现理想的高温力学性能而藉以满足诸如航空航天、武器装备、新能源之类的领域的使用要求。
本发明的任务是这样来完成的，一种铝合金板材的热处理方法，包括以下步骤：
A)固溶处理，将铝合金板材投入加热炉进行固溶处理，并且控制固溶处理的温度和控制固溶处理的时间，固溶处理结束后进行水淬并且控制水淬的水温，得到待预变形处理板材；
B)轧制预变形，将由步骤A）得到的待预变形处理板材在室温下轧制预变形，并且控制变形量，得到待时效处理板材；
C）时效处理，将由步骤B）得到的待时效处理板材进行时效处理，并且控制时效处理的温度和时间，得到成品铝合金板材。
在本发明的一个具体的实施例中，步骤A）和C）中所述的铝合金为Al-Zn系铝合金。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述的Al-Zn系铝合金的化学元素及其质量%含量为：Zn 7%~8%，Mg 1.3%~2.0%，Cu 1.3~2.0%，Cr 0.02%~0.04%，Zr 0.08%~0.15%，Si≤0.08%，Mn 0.02%~0.05%，Fe ≤0.08%，Ti 0.04%~0.08%，Al余量。
在本发明的又一个具体的实施例中，步骤A）中所述的控制固溶处理的温度是将固溶处理的温度控制为450-470℃，所述的固溶处理的时间是将固溶处理的时间控制为2-3h。
在本发明的再一个具体的实施例中，步骤A）中所述的控制水淬的水温是将水温控制为40-60℃。
在本发明的还有一个具体的实施例中，步骤B）中所述的控制变形量是将变形量控制为10-30%。
在本发明的更而一个具体的实施例中，步骤C）中所述的控制时效处理的温度和时间是将时效处理的温度和时间分别控制为120-180℃和16-24h。
本发明提供的技术方案由于将铝合金板材依次经固溶处理、轧制预变形以及时效处理，因而其高温力学性能为：高温抗拉强度达到174.3-285.3MPa，延伸率达到6.7-10.2%，能满足诸如航空航天、武器装备及新能源之类的领域的使用要求。
具体实施方式
实施例1：
A)固溶处理，将铝合金板材投入加热炉进行固溶处理，固溶处理的温度为450℃，固溶处理的时间为3h，固溶处理结束后进行水淬，水淬的水温为45℃，得到待预变形处理板材；
B)轧制预变形（即预变形轧制），将由步骤A）得到的待预变形处理板材在室温下由轧制设备轧制预变形，变形量控制为25%，得到待时效处理板材；
C）时效处理，将由步骤B）得到的待时效处理板材进行时效处理，时效处理的温度控制为160℃，时效处理的时间控制为18h，得到成品铝合金板材，即得到热处理的铝合金板材。在本实施中，步骤Ａ）和Ｃ)所述的铝合金为Ａl-Ｚn系铝合金，该Ａl-Ｚn系铝合金的化学元素及其质量%含量为：Zn 7%，Mg 2%，Cu 1.3%，Cr 0.04%，Zr 0.08%，Si≤0.08%，Mn 0.02%，Fe ≤0.08%，Ti0.06%，Al余量。
本实施例得到的铝合金板材在200℃±2℃、应变速率为6×10-5s-1下测试板材高温性能，其高温抗拉强度为261.61MPa，延伸率为6.7%。
实施例2：
A)固溶处理，将铝合金板材投入加热炉进行固溶处理，固溶处理的温度为470℃，固溶处理的时间为2h，固溶处理结束后进行水淬，水淬的水温为60℃，得到待预变形处理板材；
B)轧制预变形（即预变形轧制），将由步骤A）得到的待预变形处理板材在室温下由轧制设备轧制预变形，变形量控制为28%，得到待时效处理板材；
C）时效处理，将由步骤B）得到的待时效处理板材进行时效处理，时效处理的温度控制为120℃，时效处理的时间控制为24h，得到成品铝合金板材，即得到热处理的铝合金板材。在本实施中，步骤Ａ）和Ｃ)所述的铝合金为Ａl-Ｚn系铝合金，该Ａl-Ｚn系铝合金的化学元素及其质量%含量为：Zn 7.1%，Mg 1.3%，Cu 2%，Cr 0.03%，Zr 0.1%，Si≤0.08%，Mn0.03%，Fe ≤0.08%，Ti0.05%，Al余量。
本实施例得到的铝合金板材在200℃±2℃、应变速率为6×10-5s-1下测试板材高温性能，其高温抗拉强度为269.46MPa，延伸率为7.6%。
实施例3：
A)固溶处理，将铝合金板材投入加热炉进行固溶处理，固溶处理的温度为465℃，固溶处理的时间为2.2h，固溶处理结束后进行水淬，水淬的水温为50℃，得到待预变形处理板材；
B)轧制预变形（即预变形轧制），将由步骤A）得到的待预变形处理板材在室温下由轧制设备轧制预变形，变形量控制为20%，得到待时效处理板材；
C）时效处理，将由步骤B）得到的待时效处理板材进行时效处理，时效处理的温度控制为180℃，时效处理的时间控制为16h，得到成品铝合金板材，即得到热处理的铝合金板材。在本实施中，步骤Ａ）和Ｃ)所述的铝合金为Ａl-Ｚn系铝合金，该Ａl-Ｚn系铝合金的化学元素及其质量%含量为：Zn 8%，Mg 1.5%，Cu 1.4%，Cr 0.025%，Zr 0.15%，Si≤0.08%，Mn0.05%，Fe ≤0.08%，Ti0.08%，Al余量。
本实施例得到的铝合金板材在200℃±2℃、应变速率为6×10-5s-1下测试板材高温性能，其高温抗拉强度为285.3MPa，延伸率为8.8%。
实施例4：
A)固溶处理，将铝合金板材投入加热炉进行固溶处理，固溶处理的温度为455℃，固溶处理的时间为2.8h，固溶处理结束后进行水淬，水淬的水温为48℃，得到待预变形处理板材；
B)轧制预变形（即预变形轧制），将由步骤A）得到的待预变形处理板材在室温下由轧制设备轧制预变形，变形量控制为10%，得到待时效处理板材；
C）时效处理，将由步骤B）得到的待时效处理板材进行时效处理，时效处理的温度控制为140℃，时效处理的时间控制为22h，得到成品铝合金板材，即得到热处理的铝合金板材。在本实施中，步骤Ａ）和Ｃ)所述的铝合金为Ａl-Ｚn系铝合金，该Ａl-Ｚn系铝合金的化学元素及其质量%含量为：Zn 7.2%，Mg 1.7%，Cu 1.8%，Cr 0.02%，Zr 0.12%，Si≤0.08%，Mn0.04%，Fe ≤0.08%，Ti0.07%，Al余量。
本实施例得到的铝合金板材在200℃±2℃、应变速率为6×10-5s-1下测试板材高温性能，其高温抗拉强度为283.56MPa，延伸率为7.6%。
实施例5：
A)固溶处理，将铝合金板材投入加热炉进行固溶处理，固溶处理的温度为460℃，固溶处理的时间为2.5h，固溶处理结束后进行水淬，水淬的水温为55℃，得到待预变形处理板材；
B)轧制预变形（即预变形轧制），将由步骤A）得到的待预变形处理板材在室温下由轧制设备轧制预变形，变形量控制为18%，得到待时效处理板材；
C）时效处理，将由步骤B）得到的待时效处理板材进行时效处理，时效处理的温度控制为170℃，时效处理的时间控制为17h，得到成品铝合金板材，即得到热处理的铝合金板材。在本实施中，步骤Ａ）和Ｃ)所述的铝合金为Ａl-Ｚn系铝合金，该Ａl-Ｚn系铝合金的化学元素及其质量%含量为：Zn 7.8%，Mg 1.8%，Cu 1.6%，Cr 0.035%，Zr 0.11%，Si≤0.08%，Mn0.025%，Fe ≤0.08%，Ti0.75%，Al余量。
本实施例得到的铝合金板材在200℃±2℃、应变速率为6×10-5s-1下测试板材高温性能，其高温抗拉强度为283.76MPa，延伸率为7.5%。
实施例6：
A)固溶处理，将铝合金板材投入加热炉进行固溶处理，固溶处理的温度为462℃，固溶处理的时间为2.4h，固溶处理结束后进行水淬，水淬的水温为40℃，得到待预变形处理板材；
B)轧制预变形（即预变形轧制），将由步骤A）得到的待预变形处理板材在室温下由轧制设备轧制预变形，变形量控制为30%，得到待时效处理板材；
C）时效处理，将由步骤B）得到的待时效处理板材进行时效处理，时效处理的温度控制为130℃，时效处理的时间控制为23h，得到成品铝合金板材，即得到热处理的铝合金板材。在本实施中，步骤Ａ）和Ｃ)所述的铝合金为Ａl-Ｚn系铝合金，该Ａl-Ｚn系铝合金的化学元素及其质量%含量为：Zn 7.6%，Mg 1.4%，Cu 1.5%，Cr 0.038%，Zr 0.09%，Si≤0.08%，Mn0.035%，Fe ≤0.08%，Ti0.065%，Al余量。
本实施例得到的铝合金板材在200℃±2℃、应变速率为6×10-5s-1下测试板材高温性能，其高温抗拉强度为174.3MPa，延伸率为10.2%。
由上述六个实施例可以看出经过合适预变形及热处理工艺，铝合金的高温力学性能得到提高。

Claims (7)

1.一种铝合金板材的热处理方法，其特征在于包括以下步骤：
A)固溶处理，将铝合金板材投入加热炉进行固溶处理，并且控制固溶处理的温度和控制固溶处理的时间，固溶处理结束后进行水淬并且控制水淬的水温，得到待预变形处理板材；
B)轧制预变形，将由步骤A）得到的待预变形处理板材在室温下轧制预变形，并且控制变形量，得到待时效处理板材；
C）时效处理，将由步骤B）得到的待时效处理板材进行时效处理，并且控制时效处理的温度和时间，得到成品铝合金板材。
2.根据权利要求1所述的铝合金板材的热处理方法，其特征在于步骤A）和C）中所述的铝合金为Al-Zn系铝合金。
3.根据权利要求2所述的铝合金板材的热处理方法，其特征在于所述的Al-Zn系铝合金的化学元素及其质量%含量为：Zn 7%~8%，Mg 1.3%~2.0%，Cu 1.3~2.0%，Cr 0.02%~0.04%，Zr0.08%~0.15%，Si≤0.08%，Mn 0.02%~0.05%，Fe ≤0.08%，Ti 0.04%~0.08%，Al余量。
4.根据权利要求1所述的铝合金板材的热处理方法，其特征在于步骤A）中所述的控制固溶处理的温度是将固溶处理的温度控制为450-470℃，所述的固溶处理的时间是将固溶处理的时间控制为2-3h。
5.根据权利要求1所述的铝合金板材的热处理方法，其特征在于步骤A）中所述的控制水淬的水温是将水温控制为40-60℃。
6.根据权利要求1所述的铝合金板材的热处理方法，其特征在于步骤B）中所述的控制变形量是将变形量控制为10-30%。
7.根据权利要求1所述的铝合金板材的热处理方法，其特征在于步骤C）中所述的控制时效处理的温度和时间是将时效处理的温度和时间分别控制为120-180℃和16-24h。
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