一種Er、Zr復合微合金化Al-Zn-Mg-Cu合金的均勻化熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】一種Er、Zr復合微合金化Al-Zn-Mg-Cu合金的均勻化熱處理工藝，屬于金屬合金材料【技術領域】。合金成分為Zn 7.2～8.2％、Mg 2.0～3.0％、Cu 0.4～0.8％、Mn 0.2～0.5％、Er 0.1～0.15％、Zr 0.1～0.15％、不可避免雜質≤0.3，余量為Al的鋁合金鑄錠的均勻化處理工藝。單級均勻化處理工藝：450～490℃保溫2～48h；雙級均勻化處理工藝：于400℃保溫6～10h,再于470℃保溫24～48h。本發(fā)明可以消除合金鑄態(tài)組織的缺陷，提高合金組織均勻性和熱加工性能，同時能夠促進合金中Al3(Er,Zr)耐熱彌散相的析出和生長，有助于提高合金在熱加工過程的再結晶抗力以及抑制變形晶粒長大。
【專利說明】一種Er、Zr復合微合金化Al-Zn-Mg-Cu合金的均勻化熱處理工藝

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬合金材料【技術領域】，具體涉及到一種Al-Zn-Mg-Cu-Er-Zr合金的單級和雙級均勻化熱處理工藝。
技術背景
[0002]Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金具有密度低，強度高，韌性，熱加工性和耐腐蝕性能較好等特點，已廣泛應用于航空航天、船舶工業(yè)、交通運輸?shù)阮I域，成為主要結構材料之一。然而由于Al-Zn-Mg-Cu合金化程度較高，在凝固過程中存在著嚴重枝晶偏析、晶內和晶界化學成分及組織分布的不均勻，這些都會嚴重降低合金的塑性、惡化熱加工性能，使合金制品強度和塑性降低，各向異性和腐蝕敏感性增加。因此為了消除鑄錠組織缺陷對合金后續(xù)加工性能的影響，鑄錠熱變形前必須進行合理的均勻化熱處理。
[0003]均勻化熱處理是合金制備和應用的一個極其重要的工藝過程。合理的均勻化熱處理能達到以下效果:1)、消除合金鑄錠中各元素偏析，使得各元素均勻分布；2)、消除合金中低熔點共晶相，提高合金的熱加工性能；3)、球化合金中的難熔相和不熔相，提高合金后續(xù)加工性能；4)、析出細小彌散粒子，抑制變形合金再結晶和晶粒長大。因此針對此類含微合金化元素Er、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金，其適合的均勾化熱處理工藝不僅需消除合金鑄錠的成分偏析以及一次相，同時也需通過均勻化熱處理，析出細小彌散的Al3(Er，Zr)粒子來提高合金后續(xù)性能。本發(fā)明是在以上技術背景基礎，設計了該合金相應合適的單級和雙級均勻化熱處理工藝。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供適用于Al-Zn-Mg-Cu-Er-Zr合金(含Er、Zr的7xxx系銷合金)的單級均勻化和雙級均勻化熱處理工藝。所提供處理工藝不但能夠消除鑄錠的鑄造缺陷，提高Al-Zn-Mg-Cu-Er-Zr合金熱加工性，而且能夠促進熱穩(wěn)定相Al3 (Er, Zr)粒子的析出，有助于提高合金在熱加工過程的抗再結晶性能以及抑制變形晶粒長大。
[0005]本發(fā)明提供適用于Al-Zn-Mg-Cu-Er-Zr合金單級和雙級均勾化熱處理工藝，其工藝適合合金各組分為(重量百分比)Zn7.2?8.2、Mg2.0?3.0、Cu0.4?0.8、Mn0.2?0.5、Er0.1?0.15、Zr0.1?0.15、不可避免雜質彡0.3，余量為Al的鋁合金鑄錠，其成分優(yōu)選為:7.27% Zn,2.32% Mg,0.6% Cu,0.29% Mn,0.11% Er,0.13% Zr、雜質〈0.2%，余量為Al。
[0006]本發(fā)明所提供針對適用于Al-Zn-Mg-Cu-Er-Zr合金單級和雙級均勾化熱處理工藝，其工藝包括以下步驟:
[0007]I)、單級均勻化熱處理為:合金鑄錠分別升溫至450?490°C后保溫2?48h ;其優(yōu)化單級均勻化熱處理制度為在470°C保溫24?48h后空冷至室溫，如圖1a所示。
[0008]2)、雙級均勻化熱處理為:合金鑄錠升溫至400°C保溫6?10h，隨后繼續(xù)升溫至4701:保溫24?48卜后空冷至室溫，如圖訃所示。
[0009]本發(fā)明單級均勻化處理工藝能夠極大的消除鑄錠合金偏析，使得合金成分分布均勻，消除合金中的低熔點相并球化合金中的難熔相，能夠提高合金的后續(xù)的熱加工性能，同時此單級均勻化處理工藝能析出細小彌散的八、(此，21-)粒子。
[0010]本發(fā)明雙級均勻化處理工藝是在此單級工藝基礎上進一步的完善，其第一級在4001加熱保溫，有利于合金中此、21~等微合金元素的析出，促進了熱穩(wěn)定八匕但^，21-)相的高密度形核，還可以降低大尺寸鑄錠的內應力，減少鑄錠快速受熱時發(fā)生熱變形和熱開裂傾向；第二級在4701:加熱保溫24?48卜能夠保證消除鑄錠合金中缺陷，且較高的溫度能夠使得細小八13 (此，21-)相的生長到合適尺寸，有益于穩(wěn)定地釘扎合金變形組織，提高合金的熱穩(wěn)定性能。
[0011]本發(fā)明有以下有益效果:
[0012]本發(fā)明所提供的單級和雙級均勻化熱處理工藝，不但可以消除合金鑄態(tài)組織的缺陷，提高合金的熱加工性能；而且能夠促進合金中八1(21% 21-)耐熱彌散相的析出和生長，有助于提高合金在熱加工過程的抗再結晶性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1熱處理工藝示意圖；
[0014]￡1為八'合金單級均勾化熱處理工藝示意圖(單級熱處理保溫溫度丁的范圍為450?490。〇，保溫時間七的范圍為2?4810
[0015]13為合金雙級均勻化熱處理工藝示意圖(第一級保溫溫度1\為4001，保溫時間\為6?10卜；第二級保溫溫度了 2為4701保溫時間為、為24?4810
[0016]圖2為實施例合金單級均勻化處理硬度變化曲線；
[0017]圖3為實施例合金雙級均勻化處理電導率變化曲線；
[0018]圖4為實施例單級均勻化處理合金中一次相面積分數(shù)變化曲線；
[0019]圖5熱處理樣品透射電鏡照片；
[0020]3為單級4701: /2411均勻化熱處理樣品透射電鏡照片
[0021]13為雙級4001: /611+4701 /2411均勻化熱處理樣品透射電鏡照片。

【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步描述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。
[0023]實施例1:對一種重量百分含量為:7.27% 211,2.32% 1^,0.6% 011,0.29% 111,0.11% ￡1-,0.13% 21'、雜質〈0^ 2%，余量為八1的鋁合金分別升溫至450?490X:保溫2?4811 后空冷至室溫；共進行了 30 組實驗(例:4501 /211,450^ /411,450^ /811,450^0 /16145000 /24^,450^ /481！，其余溫度類似)，取不同熱處理狀態(tài)樣品進行維氏硬度和相應的電導率測試，測試結果如圖2、圖3所示。同一溫度下樣品平均硬度隨保溫時間增加而增大隨后保持恒定，而對應的電導率隨保溫時間的增加而降低，隨后保持穩(wěn)定；經過4701: /24?48匕后單級均勻化處理后的樣品其硬度達到最大，相應的電導率最低。
[0024]對實施例1中經過不同狀態(tài)單級均勻化處理的樣品，通過掃描電鏡觀察各個樣品中的一次相，然后統(tǒng)計一次相所占的面積分數(shù)(每個狀態(tài)取20張照片的平均值)。所統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖4所示，同一溫度下樣品中一次相的面積分數(shù)隨保溫時間的增加而減小，隨后保持基本穩(wěn)定，整個結果顯示經過470°C /24h后單級均勻化處理后樣品中一次相面積分數(shù)達到最低值，隨后保持恒定。
[0025]實施例2:對與實施例1相同的合金鑄錠升溫至400°C保溫6?10h，隨后繼續(xù)升溫至470°C保溫24h后空冷至室溫；由于雙級均勻化處理也經過470°C /24h處理，其樣品中的鑄態(tài)組織缺陷與單級470°C /24h處理一樣會被消除，二者之間只有彌散相的差異；結合實施例1中470°C /24h單級均勻化熱處理樣品，分別通過透射電鏡觀察樣品兩樣品中的彌散析出相Al3 (Er, Zr)粒子的存在狀態(tài)，如圖5a和5b所不，從圖中可以看出熱處理后合金中均出現(xiàn)了彌散分布的Al3 (Er，Zr)粒子，而經過400°C /6h+470°C /24h雙級均勻化熱處理后樣品中Al3 (Er，Zr)粒子分布更加密集，兩種狀態(tài)處理的樣品中Al3 (Er，Zr)粒子的平均直徑分別為21.88和14.52nm，這些彌散粒子具有一定的耐熱性，有助于提高合金在后期熱加工過程的抗再結晶性能以及抑制變形晶粒長大。
【權利要求】
1.一種Er、Zr復合微合金化Al-Zn-Mg-Cu合金的均勾化熱處理工藝，其中合金成分:Zn 7.2 ?8.2%、Mg 2.0 ?3.0%、Cu 0.4 ?0.8%、Mn 0.2 ?0.5%、Er 0.1 ?0.15%,Zr 0.1?0.15%、不可避免雜質彡0.3，余量為Al的Er、Zr復合微合金化Al-Zn-Mg-Cu合金，采用單級均勻化或雙級均勻化處理工藝，其特征在于， 對該合金鑄錠進行單級均勻化熱處理:將合金鑄錠分別升溫至450?490°C后保溫2?48h后空冷至室溫； 或對該合金鑄錠進行雙級均勻化熱處理:將合金鑄錠于升溫至400°C后保溫6?1h后，繼續(xù)升溫至470°C保溫24?48h后空冷至室溫。
2.按照權利要求1的一種Er、Zr復合微合金化Al-Zn-Mg-Cu的均勻化熱處理工藝，其特征在于，其合金成分為(重量百分比)-J.27% Zn,2.32% Mg,0.6% Cu,0.29% Mn,0.11%Er,0.13% Zr、雜質〈0.2%，余量為 Al。
3.按照權利要求1的一種Er、Zr復合微合金化Al-Zn-Mg-Cu的均勻化熱處理工藝，其特征在于，單級均勻化熱處理制度為在470°C保溫24?48h ;雙級均勻化熱處理制度為在400°C保溫6?1h后再升溫至470°C保溫24?48h。
【文檔編號】C22F1/053GK104451291SQ201410676636
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權日:2014年11月21日
【發(fā)明者】聶祚仁, 吳浩, 文勝平, 高坤元, 黃暉, 吳曉藍, 王為 申請人:北京工業(yè)大學