[發明專利]一種改善大尺寸7系鋁合金淬火后強度不均勻性的方法

在審

• 申請號: 201810071578.4
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108265246A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 陳江華;余雄偉;李佳源;伍翠蘭
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C22F1/053
• 分類號: C22F1/053;C22C21/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

本發明一種改善大尺寸7系鋁合金淬火后強度不均勻性的方法，屬于金屬及合金的制備及熱處理技術領域，該方法是對固溶淬火處理后的鋁合金厚板進行總變形量≥10％的冷軋預變形處理，然后，進行人工時效處理，在不顯著降低合金表面硬度的前提下，大幅提升合金在慢速淬火條件下的析出強化效果，提升合金心部慢速淬火狀態的時效強度，從而改善大尺寸鋁合金構件表面與心部性能的差異。本發明僅僅添加一道加工工藝流程，就能顯著降低合金由淬火引起的強度不均勻性，操作簡單，適用范圍廣，對用于7xxx鋁合金，其心部硬度較傳統方法提升30％。使合金的強度在滿足服役條件下，整體性能得以提升。擴大7xxx鋁合金的應用領域。

技術領域

本發明公開了一種改善大尺寸7系鋁合金淬火后強度不均勻性的方法，屬于金屬及合金的制備及熱處理技術領域。

背景技術

7xxx系鋁合金具有超高的強度以及良好的塑性、韌性、抗應力腐蝕性能，一般作為結構件被廣泛應用于航空航天以及軌道交通領域。

現代制造的結構件更趨向于大型化和整體化發展，用以取代傳統由多種不同鋁合金成分的散件拼裝而成的組合式構件，從而進一步達到安全性與輕量化的要求。然而隨著大型化結構件尺寸的增加，大厚度制品在淬火過程中往往會表現出較高的淬火敏感性。目前常用的7xxx鋁合金比如7050、7055、7075等合金，在厚度大于120mm后，都會表現出表面與心部的性能差異較大的問題，很難滿足實際應用的需求。

針對鋁合金淬火敏感性問題，現有技術通常是通過改進合金的成分，比如提高Zn/Mg原子比，降低Cu元素含量，或者是添加Zr，Er等微量元素的方法來降低合金的淬火敏感性[CN102703782A，一種超高強高淬透性Al-Zn-Mg-Cu合金，2012],[CN103266245B，一種低淬火敏感性Al-Zn-Mg-Cu系列鋁合金,，2016]，[CN107245616A，一種600MPa級低淬火敏感性超高強鋁合金及其制備方法，2017]，也有報道通過改進淬火設備來達到降低合金由淬火引起的強度不均勻性的目的[CN105441835A,一種高淬火敏感性鋁合金擠壓材在線淬火的裝置和方法,2015]，或者采用改變后續的時效工藝的方法，這種方法并沒有從本質上改善合金對淬火速率的敏感性，而是通過提高合金在慢速淬火速率下的析出強化效果來提高心部的強度，從而降低了大尺寸樣品表面與心部性能的差異[Liu S,Li C,Han S,Deng Y,ZhangX.Effect of natural aging on quench-induced inhomogeneity of microstructureand hardness in high strength 7055 aluminum alloy.Journal of Alloys&Compounds2015；625:34.]。

這些方法都取得了一定的成果，但也存在一定的局限性。比如通過改進合金成分，設計成功并商用的是以7085、7081為代表的合金，成分上，這些合金提高了Zn的含量，降低了Mg和Cu的含量，同時對微量元素Zr也有調整，但是由于Mg含量偏低，與7050、7075等商業合金相比，其強度性能并無優勢，也無法全面代替7050這類合金，并且設計新合金到商業應用也是一個復雜且昂貴的工作；改進淬火設備能有效改善淬火引起的強度不均勻性，然而該方法的適用范圍比較小，一般只適用于擠壓型材；通過改變后續時效制度的方法雖然能夠在一定程度上提高合金慢速淬火條件下的硬度，比如引入長時間自然時效，但是文獻報道的自然時效時間需要17820小時(2年)以上[Liu S,Li C,Han S,Deng Y,Zhang X.Effectof natural aging on quench-induced inhomogeneity of microstructure andhardness in high strength 7055 aluminum alloy.Journal of Alloys&Compounds2015；625:34.]，也不符合工業生產的需求。