[發(fā)明專利]一種7000系鋁合金高溫快速均勻化處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310590509.1
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103572182A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張志豪;侯文榮;季偉斌;謝建新
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: C22F1/053
• 分類號: C22F1/053
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于金屬材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種實現(xiàn)7000系鋁合金的高溫快速均勻化處理方法。

技術(shù)背景：

7000系鋁合金為超高強度鋁合金，主要應(yīng)用于航空航天、軌道交通等高新技術(shù)領(lǐng)域，對產(chǎn)品的強度、韌性和耐腐蝕等方面的綜合性能要求很高。目前7000系鋁合金主要通過擠壓、軋制、鍛造等塑性成形工藝生產(chǎn)所需的型材、板材或零件，然后通過后續(xù)固溶和時效處理獲得滿足使用要求的性能。

7000系鋁合金元素含量高，Zn、Mg、Cu等合金元素容易在鑄造組織的晶界處富集而形成脆性低熔點共晶相（以下簡稱晶間相）。晶間相在塑性加工及后續(xù)熱處理過程中極難消除，對產(chǎn)品綜合性能影響很大，具體表現(xiàn)在：在變形中，作為裂紋形核位點，誘發(fā)裂紋形成，降低合金的斷裂韌性；強化元素在晶間相的富集，相應(yīng)的降低了基體中強化元素的含量，降低時效強化效果；晶間相電極電位低，與基體形成濃差電池，導(dǎo)致晶間腐蝕產(chǎn)生。因此，在塑性加工之前必須對鑄錠進行均勻化處理（也稱均勻化退火），以消除或減少晶間相的數(shù)量、減小偏析程度。[見：李松瑞，周善初.?金屬熱處理[M].第2版.?長沙:?中南大學(xué)出版社.?2003.]

常見的7000系鋁合金均勻化處理工藝有一級均勻化、強化均勻化、二級均勻化等[見：李國峰，張新明.7B50高強鋁合金的均勻化.中國有色金屬學(xué)報，2008，5（18）：764-770]。一級均勻化是將鑄錠在低熔點共晶熔點（T_m）之下某溫度保溫，通過元素在固相中擴散實現(xiàn)均勻分布；強化均勻化是在比一級均勻化稍高的溫度下延長保溫時間以強化擴散作用；二級均勻化是先在第一級溫度下（＜T_m）均熱處理，再提高到第二級溫度（＜T_m）保溫。常見均勻化處理的共同特點是：均勻化溫度較低，均在T_m之下，殘余晶間相較多；處理周期基本在20~30h甚至更長，生產(chǎn)效率低。

現(xiàn)有均勻化處理工藝之所以選擇在T_m以下保溫，其目的是為了避免溫度過高所導(dǎo)致的“過燒”缺陷[見：王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊.?長沙:?中南大學(xué)出版社.?2000]。“過燒”對于材料性能的不利影響表現(xiàn)在兩個方面：（1）晶間低熔點共晶熔化后，周圍氣氛中的氧或其他氣體會沿液相間隙滲入，產(chǎn)生晶間氧化，從而破壞晶間結(jié)合而使鑄錠報廢；（2）晶間低熔點共晶熔化后，在較快的冷卻速度下體積急劇收縮或氣體在其周圍析出，而形成空洞等缺陷。

鋁合金鑄錠具有以下特殊性。一方面，晶間相熔化后的氧化產(chǎn)物具保護性時（如致密性），氧化產(chǎn)物會阻礙氧化的進一步深入，從理論上講，若能合理控制鑄錠均勻化保溫時間，可以確保晶間氧化只在鑄錠表層很小的厚度層發(fā)生。

另一方面，若能選擇合適的均勻化保溫溫度和保溫時間，在鑄錠快冷之前消除晶界上的熔化相，并在冷卻階段控制冷卻速度，可避免收縮孔洞的形成。具體可以采取以下控制手段：（1）將鑄錠加熱到T_m之上，晶間相熔化形成晶間液相；（2）通過保溫使晶間液相所富集的合金元素向基體擴散；（3）晶間液相中合金元素含量降低導(dǎo)致其熔點提高，待熔點提高到均勻化保溫溫度時，晶間液相開始固化；（4）在快冷階段之前緩冷至T_m以下的溫度，以防殘余晶間液相急速受冷收縮而形成空洞。

上述兩方面的分析表明，如能采取合理工藝和控制手段，實現(xiàn)將鋁合金直接在晶間共晶熔化溫度以上進行高溫均勻化處理具有可行性。

基于上述背景，本發(fā)明提出7000系鋁合金的一級高溫快速均勻化處理方法，其目的在于縮短均勻化時間，降低晶間殘余相含量，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于突破低熔點共晶熔點（T_m）的限制，開發(fā)一種在高于T_m的溫度下對7000系鋁合金進行均勻化處理的方法，在顯著提高生產(chǎn)效率的同時并使綜合性能不低于常規(guī)均勻化處理或得到一定程度的提高。