一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】一種提高Al?Zn?Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，是選擇硬度值HV為85?115的T4態(tài)Al?Zn?Mg合金，進(jìn)行二級(jí)人工時(shí)效；在保持合金延伸率不變化的同時(shí)，可以有效提高屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度，較T6處理態(tài)的屈服強(qiáng)度最高提高9.0％，抗拉強(qiáng)度最高提高10.7％，人工時(shí)效時(shí)間縮短至20h以內(nèi),能耗小，且操作簡(jiǎn)單。本發(fā)明利用原材料出廠時(shí)的T4態(tài)直接與雙級(jí)時(shí)效工藝配合，省去了在人工時(shí)效前的一道固溶工序，解決了常規(guī)時(shí)效時(shí)，固溶處理與人工時(shí)效之間停放時(shí)間長(zhǎng)短不好控制的問題；特別是采用硬度指標(biāo)，定量描述了合金進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效工藝前應(yīng)該達(dá)到的狀態(tài)或者是合金的預(yù)時(shí)效狀態(tài)，方便實(shí)際工業(yè)中的應(yīng)用。適于工業(yè)化應(yīng)用。
【專利說明】
一種提高AI -Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明公開了一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，屬于鋁合金熱處理
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] Al-Zn-Mg合金是一種可熱處理強(qiáng)化的中高強(qiáng)可焊合金，由于其良好的比強(qiáng)度，成 型性能，焊接性能等優(yōu)良特性而被作為承載結(jié)構(gòu)件材料廣泛運(yùn)用于各類軌道車輛建造中。 傳統(tǒng)的T6雙級(jí)時(shí)效熱處理工藝中，合金經(jīng)固溶處理后直接進(jìn)行例如100°C/8h+120°C/24h時(shí) 效處理。T5工藝，合金高溫?cái)D壓成型后自然時(shí)效40天進(jìn)行105°C/12h+150°C/8h雙級(jí)人工時(shí) 效。，一部分工藝對(duì)固溶處理與人工時(shí)效之間的轉(zhuǎn)移時(shí)間做了嚴(yán)格限定，并且時(shí)間很短（比 如低于30秒），這對(duì)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用而言無疑是不利的；而另一部分工藝雖然論證了在人工時(shí) 效前，進(jìn)行一定時(shí)間的自然時(shí)效預(yù)處理對(duì)機(jī)械性能有利，但是在對(duì)自然時(shí)效處理效果的衡 量標(biāo)準(zhǔn)方面不夠合理，僅僅簡(jiǎn)單的以自然時(shí)效多少小時(shí)或多少天來衡量，忽略了實(shí)際生產(chǎn) 中，因環(huán)境因素帶來的對(duì)自然時(shí)效響應(yīng)速率的影響，不夠嚴(yán)謹(jǐn)，從而可能導(dǎo)致不同批次熱處 理的材料出現(xiàn)性能不穩(wěn)定的狀況。
[0003] 傳統(tǒng)雙級(jí)時(shí)效熱處理工藝，人工時(shí)效時(shí)間普遍在20h以上，人工時(shí)效時(shí)間過長(zhǎng)，對(duì) 生產(chǎn)效率不利。此外，材料強(qiáng)度較T6處理態(tài)提高不明顯。
[0004] Al-Zn-Mg合金原材料出廠狀態(tài)大多為T4態(tài)，雖然T4態(tài)的該合金在實(shí)踐中也有被大 量使用，但在對(duì)力學(xué)性能要求更高的場(chǎng)合，則必須采用其他時(shí)效處理，常規(guī)處理方法是重新 固溶后再做T6處理，需兩道工序完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，采用本發(fā)明 時(shí)效熱處理工藝處理后的Al-Zn-Mg合金，在不損失延伸率的前提下，可有效提高合金的屈 服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度;且人工時(shí)效時(shí)間縮短至20h以內(nèi)。
[0006] 本發(fā)明一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，是采用下述方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 選擇硬度值HV為85-115的T4態(tài)Al-Zn-Mg合金，依次進(jìn)行一級(jí)人工時(shí)效及二級(jí)人工 時(shí)效。
[0008] 本發(fā)明一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，所述硬度值HV為85-115的 T4態(tài)Al-Zn-Mg合金是將已均勻化處理Al-Zn-Mg合金鑄件經(jīng)465-475°C保溫55-65min水淬 后，時(shí)效至合金硬度為HV 85-115;所述時(shí)效選自溫度小于等于50°C的自然時(shí)效或人工時(shí) 效。時(shí)效越充分，后續(xù)的人工時(shí)效效果越佳。
[0009] 本發(fā)明一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，所述一級(jí)人工時(shí)效工藝參 數(shù)為:保溫溫度105-115°C，保溫時(shí)間9-1 lh;二級(jí)人工時(shí)效工藝參數(shù)為:保溫溫度135-145 °C，保溫時(shí)間7-9h，且從一級(jí)人工時(shí)效保溫溫度升溫至二級(jí)人工時(shí)效保溫溫度的時(shí)間小于 等于20min。
[0010] 本發(fā)明一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，所述Al-Zn-Mg合金，包括 下述組分按質(zhì)量百分比組成：Zn:3.8~5.0 ;Mg:1.0~2.0;Cu:<0.2;Mn :0.2~0.7;Fe:< 0.35;Cr:<0.3 ;Si:<0.3;Ti:<0.2;Zr :<0.25;V:<0.1;Al:余量(wt. %)。
[0011 ] 本發(fā)明一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，處理后的Al-Zn-Mg合金屈 服強(qiáng)度在354.8-395.8Mpa，抗拉強(qiáng)度407.6-448.2Mpa，延伸率與T6態(tài)Al-Zn-Mg合金相當(dāng)，但 屈服強(qiáng)度較T6態(tài)Al-Zn-Mg合金的最多可提高9.0%，抗拉強(qiáng)度最多可提高10.7%。
[0012]需要說明的是，由于季節(jié)或地域因素導(dǎo)致自然時(shí)效溫度有較大差異，導(dǎo)致合金在 的自然時(shí)效響應(yīng)速率不同，因此本專利中，不單獨(dú)使用自然時(shí)效時(shí)間，而將自然時(shí)效溫度和 自然時(shí)效時(shí)間共同決定下的硬度值作為自然時(shí)效到某一合適狀態(tài)的衡量標(biāo)準(zhǔn)。
[0013]當(dāng)Al-Zn-Mg合金固溶處理后時(shí)效時(shí)間不充足，其硬度值僅達(dá)到90 ± 5HV時(shí)，進(jìn)行一 級(jí)人工時(shí)效（在110±5°C時(shí)效10±lh)，及進(jìn)行二級(jí)人工時(shí)效(在140±5°C時(shí)效8±lh)，Al-Zn-Mg合金可獲得力學(xué)性能非常接近T6水平(達(dá)到T6抗拉強(qiáng)度的97 %)。此方案適用于對(duì)材 料力學(xué)性能要求相對(duì)而言不高的情況。當(dāng)Al-Zn-Mg合金固溶處理后充分時(shí)效，其硬度值達(dá) 到110 ± 5HV時(shí)，進(jìn)行一級(jí)人工時(shí)效（在110 ± 5 °C時(shí)效10 ± 2h)，及進(jìn)行二級(jí)人工時(shí)效（在140 ± 5°C時(shí)效8 ± 2h)，Al-Zn-Mg合金可獲得超出T6態(tài)9.0%及10.7 %的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度 (395.8MPa;448.2MPa)，并且不損失延伸率（13.8% )。此方案適用于對(duì)材料力學(xué)性能要求高 或者自然時(shí)效時(shí)間充裕的情況。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果是：
[0015] 1、利用原材料出廠時(shí)的T4態(tài)直接與雙級(jí)時(shí)效工藝配合，省去了在人工時(shí)效前的一 道固溶工序，解決了常規(guī)時(shí)效時(shí)，固溶處理與人工時(shí)效之間停放時(shí)間長(zhǎng)短不好控制的問題； 特別是采用硬度指標(biāo)，定量描述了合金進(jìn)行雙級(jí)時(shí)效工藝前應(yīng)該達(dá)到的狀態(tài)或者是合金的 預(yù)時(shí)效狀態(tài)，方便實(shí)際工業(yè)中的應(yīng)用。
[0016] 2、通過上述時(shí)效工藝處理，省去了現(xiàn)有技術(shù)中在進(jìn)行人工時(shí)效前需再次固溶的工 序。
[0017] 3、解決了傳統(tǒng)時(shí)效工藝中對(duì)固溶與人工時(shí)效之間，停放時(shí)間長(zhǎng)短不好控制的問 題。
[0018] 4、在保持延伸率不變化的同時(shí)，可以有效提高屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度，較T6處理態(tài) 的屈服強(qiáng)度最高提高9.0%，抗拉強(qiáng)度最高提高10.7%。
[0019] 5、人工時(shí)效時(shí)間縮短至20h以內(nèi)，能耗小，且操作簡(jiǎn)單，適于工業(yè)化應(yīng)用。
【附圖說明】
[0020] 附圖1為合金在平均溫度5°C及25°C溫度下的自然時(shí)效硬度變化曲線。
[0021] 附圖2為實(shí)施例1、2、3以及T4、T5、T6狀態(tài)Al-Zn-Mg合金的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線。
[0022]從附圖1可以看出，在平均溫度為25°C自然時(shí)效，30天后，硬度逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)， 并最終穩(wěn)定在110HV附近。而在平均溫度為5°C自然時(shí)效時(shí)，時(shí)效響應(yīng)速率明顯降低，以自然 時(shí)效30天為例，25°C及5°C條件下達(dá)到的硬度值分別為106HV及94HV。在上述情況下，如果不 排除溫度的干擾，僅以時(shí)效時(shí)間作為自然時(shí)效狀態(tài)的評(píng)判依據(jù)，顯然是不精確的，特別是在 實(shí)際生產(chǎn)中，由于工廠所處不同煒度，自然時(shí)效所處不同季節(jié)時(shí)，就必須采用具有唯一性的 參量來描述自然時(shí)效的狀態(tài)，比如硬度。
[0023]附圖2中，曲線1為實(shí)施例1處理后的試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0024]曲線2為實(shí)施例2處理后的試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0025]曲線3為實(shí)施例3處理后的試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0026]曲線4為T4狀態(tài)試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0027]曲線5為T5狀態(tài)試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0028]曲線6為T6狀態(tài)試件的應(yīng)力應(yīng)變曲線；
[0029] 從附圖2可以看出，實(shí)施例3,即自然時(shí)效到110HV進(jìn)行專利所述雙級(jí)時(shí)效后具有最 好的力學(xué)性能。此外，隨著合金自然時(shí)效處理后硬度的提升，經(jīng)專利所述雙級(jí)時(shí)效處理后獲 得的力學(xué)性能也是逐漸增強(qiáng)的。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 本發(fā)明將通過三個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的具體實(shí)施方案不僅限于下述 實(shí)施實(shí)例。
[0031] 三個(gè)實(shí)施例所用Al-Zn-Mg合金，各合金元素具體含量為：
[0032] Zn：3.82；Mg：1.62；Cu：0.2；Mn：0.4；Fe：0.35；Cr：0.3；Si：0.3；Ti：0.2；Zr：0.25；V： 0? 1 ;A1:余量(wt. % )。
[0033] 三個(gè)實(shí)施例處理后合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率以及同樣組分的合金經(jīng)過 T4、T5、T6處理后的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率數(shù)據(jù)均記錄在表1中。
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 將Al-Zn-Mg合金在470°C固溶lh后淬火，然后進(jìn)行自然時(shí)效處理，用維氏硬度計(jì)跟 蹤合金的硬度變化，當(dāng)自然時(shí)效至硬度為90 ± 5HV時(shí)，在110°C時(shí)效10h，經(jīng)過20min線性升溫 后，在140°C時(shí)效8h。
[0036] 實(shí)施例2
[0037] 將Al-Zn-Mg合金在470°C固溶lh后淬火，然后進(jìn)行自然時(shí)效處理，用維氏硬度計(jì)跟 蹤合金的硬度變化，當(dāng)自然時(shí)效至硬度為l〇〇±5HV時(shí)，在110°C時(shí)效10h，經(jīng)過20min線性升 溫后，在140°C時(shí)效8h。
[0038] 實(shí)施例3
[0039] 將Al-Zn-Mg合金在470°C固溶lh后淬火，然后進(jìn)行自然時(shí)效處理，用維氏硬度計(jì)跟 蹤合金的硬度變化，當(dāng)自然時(shí)效至硬度為110 ± 5HV時(shí)，在110 °C時(shí)效10h，經(jīng)過20min線性升 溫后，在140°C時(shí)效8h。
[0040]表 1
[0042]從表1的數(shù)據(jù)可以看出：實(shí)施例1與T6處理獲得的力學(xué)性能相當(dāng)，而實(shí)施例3則在屈 服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度方面較T6處理分別有9.0%及10.7%的提升，同時(shí)延伸率不降低。T6處理 時(shí)，如果是單級(jí)人工時(shí)效，時(shí)效時(shí)間在l〇〇h以上;雙級(jí)時(shí)效例如100 °C/8h+120°C/24h，時(shí)效 時(shí)間也超過30h;而本發(fā)明中，人工時(shí)效時(shí)間不超過20h。因此可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明在提升力學(xué) 性能的同時(shí)，人工時(shí)效時(shí)間也有較大幅度縮短。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，是選擇硬度值HV為85-115的了4態(tài) Al-Zn-Mg合金，依次進(jìn)行一級(jí)人工時(shí)效及二級(jí)人工時(shí)效。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，其特征在于： 所述硬度值HV為85-115的T4態(tài)Al-Zn-Mg合金是將已均勻化處理的Al-Zn-Mg合金鑄件經(jīng) 465-475Γ保溫55-65min水淬后，時(shí)效至合金硬度為HV85-115。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，其特征在于： 所述時(shí)效選自自然時(shí)效或溫度小于等于50°C的人工時(shí)效。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，其特征在于： 所述一級(jí)人工時(shí)效工藝參數(shù)為:保溫溫度l〇5-115°C，保溫時(shí)間8-12h;二級(jí)人工時(shí)效工藝參 數(shù)為:保溫溫度135-145 °C，保溫時(shí)間6-1 Oh。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，其特征在于： 從一級(jí)人工時(shí)效保溫溫度升溫至二級(jí)人工時(shí)效保溫溫度的時(shí)間小于等于20min。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝，其特征在于： 所述Al-Zn-Mg合金，包括下述組分按質(zhì)量百分比組成：Zn: 3.8~5.0;Mg: 1.0~2.0; Cu: < 0.2;]?11:0.2~0.7;卩6:<0.35;0 :<0.3;51:<0.3;11:<0.2 ;2『：<0.25;￥:<0.1;八1 :余量 (wt. %) 〇7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的一種提高Al-Zn-Mg合金強(qiáng)度的時(shí)效熱處理工藝， 其特征在于：處理后的Al-Zn-Mg合金屈服強(qiáng)度在354.8-395.8Mpa，抗拉強(qiáng)度407.6-448.2Mpa〇
【文檔編號(hào)】C22F1/053GK105821353SQ201610421016
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】陳江華, 饒棟, 楊修波, 伍翠蘭, 余雄偉
【申請(qǐng)人】湖南大學(xué)