[發(fā)明專利]一種7XXX系鋁合金的非等溫時效工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110376964.2
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102400068A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張坤;陳軍洲;黃敏;汝繼剛;馮朝輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種7XXX系鋁合金的非等溫時效工藝，屬于金屬材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景資料

時效析出是沉淀硬化型鋁合金獲得良好綜合性能的基礎(chǔ)，其研究歷經(jīng)100年發(fā)展獲得巨大成就。為了工藝控制易控，傳統(tǒng)的時效處理均采用等溫工藝，即鋁合金經(jīng)固溶之后在某一或者某幾個恒定的溫度下保溫一定時間以獲得尺寸、形狀和性質(zhì)適當?shù)某恋硐鄟韺崿F(xiàn)合金的強化。

這類時效工藝在組織控制方面表現(xiàn)出一定的局限性，難于滿足鋁合金綜合性能優(yōu)化的要求。尤其，當時效工藝應(yīng)用于大型構(gòu)件時，傳統(tǒng)時效工藝的局限性日益突出。首先，目前廣泛采用的現(xiàn)行等溫時效工藝(包括多級時效工藝)在組織控制方面表現(xiàn)出一定的局限性。例如，單級等溫時效中溫度一旦確定，則基體過飽和度、析出相形態(tài)等組織參數(shù)只能通過時效時間的變化進行控制。析出相的演變方向單一、可控性差，相應(yīng)的性能變化也往往是此消彼長。T7x、RRA等多級時效工藝的提出部分解決了這一問題，但是等溫時效工藝熱力學參數(shù)可調(diào)控范圍窄的局限性仍難于消除。此外，當對大尺寸構(gòu)件進行時效處理時，因為快速的加熱/冷卻難于實現(xiàn)，因此構(gòu)件勢必經(jīng)歷緩冷/緩熱的非等溫過程并存在不同位置的溫度差異，因此以傳統(tǒng)的等溫時效工藝進行處理構(gòu)件中容易出現(xiàn)性能不易控制、表層/心部性能差異顯著等缺陷，影響材料及構(gòu)件的服役性能。

隨著以大型構(gòu)件替代組合結(jié)構(gòu)的“整體制造”技術(shù)理念的快速發(fā)展，大型鋁合金構(gòu)件在航空、航天工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。此時，以傳統(tǒng)的等溫時效工藝處理這些構(gòu)件已經(jīng)難于滿足設(shè)計要求。因此，開發(fā)新型的時效處理工藝、充分挖掘合金的潛能，對于優(yōu)化大型構(gòu)件的組織性能控制，拓展大型鋁合金構(gòu)件的應(yīng)用具有十分重要的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而設(shè)計提供了7XXX系鋁合金的非等溫時效工藝，該時效工藝是針對大尺寸鋁合金構(gòu)件時效處理的要求，目的是強化大尺寸構(gòu)件的組織控制、充分挖掘7xxx鋁合金的潛能、兼容緩冷-換熱過程并提高熱處理工藝的效率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

該種7XXX系鋁合金的非等溫時效工藝，其特征在于：該時效工藝為以下連續(xù)加熱和冷卻的非等溫過程之一：

(1).緩慢加熱+空冷；

(2).快速加熱+緩慢加熱+空冷；

(3).緩慢加熱+緩慢冷卻；

(4).快速加熱+緩慢冷卻；

上述過程中，加熱速率R_h在5～250℃/h范圍內(nèi)可調(diào)，當R_h≤25℃/h時定義為緩慢加熱，當R_h＞25℃/h時定義為快速加熱；

上述過程中，當冷卻速率R_c≤25℃/h時，定義為緩慢冷卻，空冷是與緩慢冷卻相比更快的冷卻方式；

上述過程中，緩慢加熱和快速加熱的加熱起點為T_h-s為20～120℃；

上述過程中，緩慢冷卻的起點T_c-s為170～200℃；

上述過程中，緩慢加熱和快速加熱的加熱的最高溫度為185～220℃。

該時效工藝實施之前需要對鋁合金材料或構(gòu)件進行固溶-淬火處理；固溶-淬火方法與傳統(tǒng)工藝一致。該時效工藝的主要特點是在溫度連續(xù)變化的過程中完成鋁合金的時效處理，這一過程中，非等溫時效工藝包含一個或兩個升、冷卻速率和起點各不相同的連續(xù)變溫區(qū)間，通過不同區(qū)間的合理搭配實現(xiàn)性能的合理控制，并最終滿足材料/構(gòu)件的性能要求。該時效工藝不僅可強化鋁合金的組織結(jié)構(gòu)控制、充分發(fā)揮鋁合金的潛能，并且可以很好的兼容大型構(gòu)件時效處理過程中固有的非等溫過程，非常適合大尺寸鋁合金構(gòu)件的時效處理。

附圖說明

圖1為四種典型非等溫時效工藝的示意圖

圖中，a)恒加熱速率加熱，b)先緩慢后快速加熱時效，c)先快速后緩慢加熱時效，d)快速加熱+緩慢冷卻；

圖2為緩慢加熱時效過程中7A85鋁合金硬度和電導率的變化

圖中，(a)為硬度-時間曲線，(b)為電導率-溫度曲線

圖3緩慢加熱時效過程中7A85鋁合金力學性能的變化

圖4緩慢加熱+緩慢冷卻過程中7A85鋁合金硬度和電導率的變化

圖5緩慢加熱+緩慢冷卻過程中7A85鋁合金力學性能的變化

圖6快速加熱+緩慢冷卻時效冷卻過程中7A85合金硬度和電導率演變

圖7快速加熱+緩慢冷卻時效中7A85鋁合金力學性能的變化