[發(fā)明專利]一種用于噴射成形超高強鋁合金材料的致密化處理方法

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• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN105220093A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發(fā)明（設計）人: 李志輝;熊柏青;張永安;李錫武;黃樹暉;劉紅偉;王鋒
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22F1/053
• 分類號: C22F1/053
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉秀青;熊國裕

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于噴射成形超高強鋁合金材料的致密化處理方法，屬于金屬材料加工技術領域。

背景技術

Al-Zn-Mg-Cu系(7xxx系)合金是高強鋁合金中的典型代表，其出現可追溯至二十世紀三十年代，隨著飛機制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)發(fā)達國家相繼開發(fā)出了實用化的7075和B95高強鋁合金，代替在飛機制造業(yè)中普遍使用的杜拉鋁，廣泛用于飛機部件的制造。二十世紀六十年代，在優(yōu)化傳統制備加工技術的基礎上，通過改變7xxx系鋁合金中各種微量元素的添加種類及含量、研究合金的新型熱處理工藝等，開發(fā)了多種具有良好使用性能的高強鋁合金，包括7175、7475等，用于制造各種飛機的機身、機翼殼翼梁、機艙壁板、飛機和火箭中高強度結構零件；另外，還通過進一步提高并優(yōu)化設計7xxx系鋁合金中Zn、Mg、Cu等主合金元素的含量，相繼開發(fā)了7049、7050、7055、7449、7136、7095和B96等強度性能更高的合金，在許多場合獲得了廣泛的應用。長期以來，在采用傳統工藝開發(fā)和生產Al-Zn-Mg-Cu系(7xxx系)合金過程中，人們發(fā)現隨著主合金元素(Zn、Mg、Cu)總含量增加、合金化程度的提高，材料的性能可以得到一定程度的提升，但當主合金元素總含量超過一定界限時，由于傳統制坯工藝凝固冷卻速度的限制(一般不超過10℃/s)，合金中會形成大量的粗大一次析出相，這些相很難通過后續(xù)的固溶處理使其回溶到基體中，不僅不會進一步提高最終合金中時效強化相的體積分數，反而會惡化材料的各項性能。

隨著以噴射成形為代表的新一代快速凝固/粉末冶金(RS/PM)工藝走向實用，使得以生產規(guī)模制備各種快速凝固超高強7xxx系鋁合金及產品變?yōu)楝F實。利用噴射成形技術制備各種材料，除保持合金元素固溶度增加、晶粒細小、組織均勻、宏觀及微觀偏析受到抑制等傳統RS/PM工藝所具備的優(yōu)點外，由于從合金熔煉到坯件最終成形可一次完成，與傳統RS/PM工藝相比，減少了材料在整個制備工藝過程中被氧化的可能性，縮短了制備流程，降低了成本，且易于制備大尺寸塊體材料，因此，自該技術誕生以來，在工業(yè)發(fā)達國家獲得了迅速的發(fā)展，7xxx系鋁合金便是噴射成形技術首先應用的領域之一。工業(yè)發(fā)達國家利用噴射成形技術，成功地開發(fā)制備出了強度級別達到800MPa快速凝固超高強7xxx系鋁合金，并在一些關鍵的構件制造中獲得應用。

美中不足的是，與傳統鑄錠冶金方法制備鋁合金不同，采用快速凝固噴射成形技術制備鋁合金錠坯中不可避免地會出現疏松、氣孔、氧化層夾雜等缺陷，通常情況下噴射成形鋁合金沉積坯件的致密度約為91～95％左右。傳統中，這些缺陷完全依賴于后續(xù)熱變形加工(擠壓、鍛造、軋制)進行消減，然而，經變形加工后的合金制品雖已基本致密，但缺陷并未徹底消除，部分缺陷仍將以假閉合(沒有實質的冶金結合)或完全未閉合等形態(tài)存留于最終加工材制品之中，對最終合金加工材制品性能不利。另外，在此類材料的制造工藝流程中，常規(guī)做法一般在對噴射成形合金沉積坯件進行熱變形/致密化處理之前，直接進行長時間的高溫均勻化退火處理(一般為36～48h)，以達到錠坯均質化處理的目的；但不幸的是，對于快速凝固噴射成形超高強鋁合金而言，由于沉積坯件中存在的連通缺陷，在長時間大氣暴露下進行高溫均勻化退火時，缺陷內壁容易被氧化，形成新的片狀氧化層缺陷，致使沉積坯件中出現氧化層缺陷加劇的現象。以上問題都是導致最終產品加工材不同部位性能均一性、批次穩(wěn)定性及可靠性不足的主要原因，是此類材料走向實際工程應用之前必須解決的關鍵技術難題。

發(fā)明內容

針對現有技術中沉積坯件中的缺陷在長時間高溫均勻化退火時形成新的片狀氧化層缺陷、經熱變形加工后組織缺陷未得到完全閉合等一系列問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于噴射成形超高強鋁合金材料的致密化處理方法，以顯著改善材料的組織與性能，提高最終產品的質量一致性和可靠性。

為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種用于噴射成形超高強鋁合金材料的致密化處理方法，將噴射成形的超高強鋁合金坯件經包套和抽氣處理后置于熱等靜壓爐中，抽真空、加熱、加壓，進行保溫、保壓致密化處理，該致密化處理的參數范圍如下：溫度為440～475℃，壓強為80～120MPa，保持時間為0.5～24h。

根據以上致密化處理方法，噴射成形制備致密化態(tài)的超高強鋁合金材料的具體工藝步驟如下：

(1)對噴射成形制備好的超高強鋁合金沉積坯件進行包套、抽氣處理，獲得帶包套的噴射成形超高強鋁合金沉積坯件；

(2)將經包套和抽氣處理的噴射成形坯件置于熱等靜壓爐中，進行抽真空、加熱、加壓；