一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr鋁合金的均勻化熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] -種Al-Zn-Mg-化-Zr侶合金的均勻化熱處理方法，具體設(shè)及一種控制升溫過(guò)程的 A^^-Mg-化-Zr侶合金的=級(jí)均勻化熱處理工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] A^^-Mg-Cu系超高強(qiáng)侶合金具有高的比強(qiáng)度和硬度、良好的加工性能、較好的耐 蝕性和較高的初性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。近年來(lái)，為了降低成本，航空工業(yè) 中往往采用整體結(jié)構(gòu)件來(lái)代替由大量模鍛件或擠壓件組成的裝配件。運(yùn)為侶合金厚板在航 空工業(yè)中的應(yīng)用拓寬了市場(chǎng)，同時(shí)也對(duì)大規(guī)格侶合金鑄錠的生產(chǎn)技術(shù)水平提出了更高的要 求。Al-Zn-Mg-Cu侶合金由于合金化程度高，在凝固過(guò)程中枝晶偏析嚴(yán)重，鑄態(tài)晶界存在非 平衡的粗大共晶組織，晶內(nèi)和晶界化學(xué)成分和組織分布不均勻。合金基體中殘留較多的粗 大結(jié)晶相，會(huì)消耗Zn, Mg, Cu等主合金元素導(dǎo)致時(shí)效強(qiáng)度降低。同時(shí)粗大相阻礙了基體的變 形過(guò)程，在粗大相上易出現(xiàn)應(yīng)力集中，對(duì)裂紋擴(kuò)展過(guò)程具有加速作用。因此，均勻化熱處理 成為合金變形前必需的熱處理工序。
[0003] 均勻化處理能消除非平衡低烙點(diǎn)相和枝晶偏析，使合金元素在固溶體中均勻分 布，減小顯微組織中粗大相的含量。同時(shí)，合金中Zr的添加會(huì)使合金在均勻化過(guò)程中析出與 基體共格的亞穩(wěn)Ah&相。AbZr相能在合金固溶后有效釘扎晶界，阻止晶界和亞晶界的遷 移，保留社制變形產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和位錯(cuò)、細(xì)化晶粒、強(qiáng)化基體。同時(shí)，細(xì)小彌散的413^￡得 再結(jié)晶分?jǐn)?shù)降低，大角度晶界數(shù)減少，減少n相形核的有利位置，降低了合金的澤火敏感性。 因此，優(yōu)化均勻化熱處理工藝W充分回溶粗大相，同時(shí)兼顧調(diào)控彌散相的均勻析出，對(duì)于改 善合金的顯微組織和綜合性能具有重要意義。
[0004] 通常，Al-Zn-Mg-Cu侶合金的均勻化熱處理可分為單級(jí)、雙級(jí)和多級(jí)均勻化工藝 等。傳統(tǒng)的單級(jí)均勻化熱處理工藝多為470°C保溫24-4化，經(jīng)該工藝處理的含Zr的7XXX系侶 合金顯微組織中非平衡共晶相回溶不充分，并且彌散相AhZr析出尺寸較為粗大。為此，國(guó) 內(nèi)外陸續(xù)開(kāi)展了雙級(jí)或多級(jí)均勻化熱處理方法研究。專利(CN 201210287347.X)發(fā)明了一 種適用于7XXX系侶合金的S級(jí)均勻化熱處理方法，（465-473)°C/23-25h+(480-485rC/ll-1化+(495-500)°C/15-25min，該均熱工藝并沒(méi)有考慮到彌散相的均勻析出，同時(shí)高溫短時(shí) 保溫處理，不僅在工業(yè)化實(shí)際生產(chǎn)中很難準(zhǔn)確控制，同時(shí)顯微組織也容易發(fā)生過(guò)燒。專利 (CN200710022272.1)提出了一種7XXX侶合金中消除粗大相的高壓均勻化熱處理方法。通過(guò) 高壓作用下侶合金烙化溫度升溫的特征，來(lái)采用更高溫度進(jìn)行均勻化熱處理，但該方法并 不適用于目前侶加工企業(yè)的現(xiàn)有裝備生產(chǎn)線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效縮短均勻化時(shí) 間，降低晶間殘余相含量，同時(shí)控制彌散相均勻析出，最終提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的綜合性能 的Al-Zn-Mg-化-Zr侶合金的均勻化熱處理方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007] 一種Al-Zn-Mg-化-Zr侶合金的均勻化熱處理方法，其特征在于其均勻化熱處理采 用控制升溫過(guò)程的=級(jí)均勻化熱處理工藝;包括：（1)低溫預(yù)析出，促進(jìn)彌散相A13&析出的 第一級(jí)均化熱處理過(guò)程；（2)保溫，提高組織過(guò)燒溫度的第二級(jí)均化熱處理過(guò)程；（3)長(zhǎng)時(shí)均 勻化保溫過(guò)程，消除高烙點(diǎn)AlsCuMg的第S級(jí)均化熱處理過(guò)程。
[000引本發(fā)明的一種Al-Zn-Mg-Cu-化侶合金的均勻化熱處理方法，其特征在于所述的第 一級(jí)均化熱處理過(guò)程是將Al-Zn-Mg-化-Zr侶合金鑄錠從室溫W5~IOOtVh的升溫速率，升 溫時(shí)間3-30h，升到溫度為300~450°C，保溫3~15h;其中優(yōu)選的技術(shù)方案為，升溫速率優(yōu)選 20-1001711，升溫時(shí)間優(yōu)選4-2011，優(yōu)選升到溫度為350-420°(：，保溫時(shí)間優(yōu)選5-1011。
[0009] 本發(fā)明的一種Al-Zn-Mg-Cu-化侶合金的均勻化熱處理方法，其特征在于所述的第 二級(jí)均化熱處理過(guò)程是再將Al-Zn-Mg-Cu-&侶合金鑄錠Wl~30°C/h的升溫速率，升溫時(shí) 間2-lOh，升到溫度為460~475°C，短時(shí)保溫0.5~IOh;其中優(yōu)選的技術(shù)方案為，升溫速率優(yōu) 選2-15 °C A，升溫時(shí)間優(yōu)選5-15h，升到溫度優(yōu)選為465-475 °C;保溫時(shí)間優(yōu)選為3-化。
[0010] 本發(fā)明的一種Al-Zn-Mg-Cu-化侶合金的均勻化熱處理方法，其特征在于所述的第 S級(jí)均化熱處理過(guò)程是再將Al-化-Mg-Cu-化侶合金鑄錠Wl~30°C A的升溫速率，升溫時(shí) 間1-lOh。升溫溫度到475~490°C，保溫12-6化;其中優(yōu)選的技術(shù)方案為，升溫速率優(yōu)選2-10 °C A，升溫時(shí)間優(yōu)選5-1 Oh，升溫溫度優(yōu)選475-485 °C，保溫時(shí)間優(yōu)選24-4化。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)及的一種控制升溫速率的Al-Zn-Mg-Cu-Zr侶合金的S 級(jí)均勻化熱處理工藝具有W下=個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：
[0012] (1)通過(guò)控制升溫過(guò)程，同時(shí)解決了彌散相析出和粗大相回溶的問(wèn)題，縮短了均勻 化時(shí)間，提高了熱效率。
[0013] (2)鑄錠結(jié)晶相可充分固溶于基體中，從而消除粗大相對(duì)侶合金疲勞性能，斷裂初 性等的不利影響。
[0014] (3)考慮到大鑄錠在工業(yè)熱處理爐內(nèi)受熱不均的問(wèn)題，采用增加二級(jí)短時(shí)保溫過(guò) 程W控制高溫加熱過(guò)程中的升溫過(guò)程，避免了工業(yè)爐中大規(guī)格鑄錠直接從第一級(jí)300~420 °C快速升溫至475-485°C時(shí)由于受熱不均導(dǎo)致的顯微組織過(guò)燒。
[001引本發(fā)明的一種Al-Zn-Mg-Cu-Zr侶合金的均勻化熱處理方法，適用于7050 W及含Zr 元素的其它合金的所有Al-Zn-Mg-化-Zr侶合金。其熱處理工藝通過(guò)控制升溫過(guò)程W進(jìn) 一步提高均勻化溫度，不但能夠?qū)崿F(xiàn)晶間殘余相最大程度回溶，同時(shí)能夠促進(jìn)彌散相均勻 析出，有助于抑制熱加工和熱處理過(guò)程中再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大，從而改善合金的顯微組織和 綜合性能?？捎行Ы鉀Q現(xiàn)有均熱工藝中彌散相和粗大相無(wú)法兼顧的技術(shù)缺陷，在合金強(qiáng)度 水平提高的同時(shí)，合金的斷裂初性和疲勞性能也得到提高。更為重要的是，本發(fā)明方法適用 于大鑄錠的工業(yè)化生產(chǎn)，并且具有很好的操作性，均熱時(shí)間降低，熱效率提高。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的一種Al-Zn-Mg-化-Zr侶合金的均勻化熱處理方法的工藝示意圖。
[0017] 圖2為450mm厚鑄錠采用本發(fā)明工藝400 °C/10h+470 °C/3h+480 °C/24h和采用雙級(jí) 均熱工藝470°C/48h不同均熱處理澤火后掃描電鏡下組織形貌;其中，（a)為400°C/1化+470 。(:/3h+480 °C /2地；（b)為400 °C /1 Oh+470 °C /4化。
[0018]圖3為520mm厚鑄錠的鑄態(tài)組織和慢速升溫至470°C保溫化時(shí)的DSC升溫曲線。
[0019] 圖4為520mm厚鑄錠采用本發(fā)明工藝400°C/10h+470°C/3h+480°C/24h和采用雙級(jí) 均熱工藝470°C/48h不同均熱處理澤火后掃描電鏡下組織形貌;其中，（a)為400°C/1化+470 。(:/3h+480 °C /2地；（b)為400 °C /1 Oh+470 °C /4化。
[0020] 圖5為600mm厚鑄錠采用本發(fā)明工藝400°C/1化+470°C/3h+480°C/3化和采用雙級(jí) 均熱工藝470°C/48h不同均熱處理澤火后掃描電鏡下組織形貌;其中，（a)為400°C/1化+470 。(:/3h+480 °C /3化；（b)為400 °C /1 Oh+470 °C /4化。
[0021] 圖6為采用不同升溫速率均熱工藝后彌散相AlsZr粒子的析出分布;其中，（a)為實(shí) 施例4; (b)為對(duì)比例2。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 一種Al-Zn-Mg-化-Zr侶合金的均勻化熱處理方法，具體工藝流程如圖1所示，其工 藝包括W下步驟：
[0023] (1)第一級(jí)，低溫預(yù)析出，促進(jìn)彌散相AlsZr析出：金屬表面溫度從室溫W5~100 °C A的平均升溫速率(升溫時(shí)間3-30h)升到300~450°C，保溫3~15h;其中優(yōu)選的技術(shù)方案 為，升溫速率優(yōu)選20-100°C/h(升溫時(shí)間優(yōu)選4-2化），加熱溫度優(yōu)選350-420°C，保溫時(shí)間優(yōu) 選5-lOh;
[0024] (2)第二級(jí)，短時(shí)保溫，提高組織過(guò)燒溫度:將步驟(1)處理的侶合金鑄錠的金屬表 面溫度Wl~30°C/h的平均升溫速率（升溫時(shí)間2-lOh)升到460~475°C，短時(shí)保溫0.5~ IOh;其中優(yōu)選的技術(shù)方案為，升溫速率優(yōu)選2-15 °C/M升溫時(shí)間優(yōu)選5-15h )，加熱溫度優(yōu)選 465-475 °C ;保溫時(shí)間優(yōu)選3-化。
[0025] (3)第S級(jí)，長(zhǎng)時(shí)均勻化保溫過(guò)程，消除高烙點(diǎn)AlsCuMg(S)相:將步驟(2)處理的侶 合金鑄錠金屬表面溫度Wl~30°C A的平均升溫速率(升溫時(shí)間I-IOh)升到475~490°C，并 保溫12-6化;其中優(yōu)選的技術(shù)方案為，升溫速率優(yōu)選2-10°CA(升溫時(shí)間優(yōu)選5-lOh)，加熱 溫度優(yōu)選475-485 °C，保溫時(shí)間優(yōu)選24-4化。
[00%] (4)完成步驟(3)后將鑄錠冷卻至室溫。
[0027] 下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】和對(duì)比方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不 限于W下實(shí)施例。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 侶合金成分W質(zhì)量百分比計(jì)為：Zn6.24wt. %，Mg2.06wt. %，Cu2.09wt. %，Ti< 0.06wt. %，ZrO. Iwt. % ,Fe < 0.08wt. %，Si < 0.03wt. %，余量為Al。半連續(xù)鑄造成450mm厚 規(guī)格鑄錠。
[0030] 對(duì)合金采用本發(fā)明方法的=級(jí)均勻化熱處理制度進(jìn)行均勻化處理，具體工藝為： 從室溫W55°CA的平均升溫速率(升溫時(shí)間6.化)升到400°C保溫lOh，然后繼續(xù)WlOtVh的 平均升溫速率(升溫時(shí)間化)升到470°C保溫化，然后再W2.5°C/h的平均升溫速率(升溫時(shí) 間地)升到480°C保溫12h、l她、2化和2地。
[0031] 實(shí)施例2
[0032] 侶合金成分W質(zhì)量