[發明專利]一種Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材非等溫高效蠕變時效成形方法

在審

• 申請號: 201811128180.6
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109207888A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 李恒;邊天軍;雷超;王雨菲
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22F1/053
• 分類號: C22F1/053
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種Al?Zn?Mg?Cu系鋁合金板材非等溫高效蠕變時效成形方法，本發明在蠕變時效成形過程中采用合理的非等溫時效制度，結合蠕變變形，可實現鋁合金復雜構件的成形成性一體化制造。主要步驟為首先將板材固溶處理，并立即水淬。在室溫下放置一定時間后，將板材在成形模具上固定、加載，再從室溫按一定加熱速率逐漸升至蠕變時效最高溫度，隨后立即按相同速率冷卻至室溫，最后卸載。相比包含升溫、保溫和降溫三階段的傳統蠕變時效成形過程，本發明只包含升溫和降溫過程，無較長時間的保溫過程，總成形時間遠少于傳統的包含等溫階段的蠕變時效成形時間，可在保證成形效果相同的前提下，大幅縮短生產周期，提高成形效率，節約生產成本。

技術領域

本發明涉及一種Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材非等溫高效蠕變時效成形方法，屬于板金成形加工技術領域。

背景技術

蠕變時效成形是為滿足航空航天對大型整體壁板類零件的要求而發展起來的一種先進的板材成形技術。在蠕變時效過程中，通過在合適的人工時效溫度下加載低于屈服強度的外力，使工件產生初始的彈性變形。隨后保持溫度和外力的加載，一部分彈性變形將逐漸轉變為不可恢復的塑性變形，工件內部同時產生應力松弛現象，微觀組織發生時效析出。經冷卻、卸載后，工件中殘余的彈性變形發生回彈，而塑性變形部分得以保留，最終獲得具有一定曲率的時效強化鋁合金壁板。Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金作為一類典型的可熱處理強化鋁合金，是蠕變時效成形的理想材料。

傳統蠕變時效成形按溫度變化包含三個階段：升溫階段、保溫(等溫)階段、冷卻階段。其中，針對保溫階段，開發出不同的熱處理制度，如單級時效、雙級時效和三級時效。目前在實際生產過程中主要采取單級時效制度，時效時間取為峰值時效時間，材料強度較高，而腐蝕性能較差，延長時效時間則進入過時效，腐蝕性能得到改善，卻犧牲了強度，同時使成形周期變長。對此，Lin等(Journal of Alloys and Compounds,2018,743:448-455)將雙級時效制度應用于Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金的蠕變時效，其中一級時效工藝為120℃×6h，二級時效工藝為120℃～160℃×18h；Arabi Jeshvaghania等(MaterialsCharacterization,2012,73(11):8-15)將三級時效制度應用于Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金蠕變時效成形，其時效工藝為150℃×24h+190℃×20～90min+120℃×24h。通過多級時效制度，材料在蠕變時效后的力學性能和腐蝕性能得到部分或綜合的提高，但也極大地增加了總蠕變時效時間，使生產周期變長，增加了生產成本，造成更多的能源消耗。同時，傳統蠕變時效成形中的升溫和降溫階段較短，要求較快的加熱和冷卻速率，對溫控設備要求較高；對大型壁板構件而言難以實現溫度短時間內均勻變化，容易造成組織、變形不均勻，給精確控制蠕變時效成形帶來困難。

傳統蠕變時效成形過程中，雖然升溫和降溫階段在短時間內完成，但升溫階段的變形、微觀組織演變和力學性能變化明顯。Lei等(Journal of Alloys and Compounds,2017,731:90-99)和Fu等(Journal of Materials Processing Technology,2018,255:354-363)分別對7050和5A90鋁合金蠕變時效過程熱-力加載順序的影響進行了研究，發現在先加載后升溫條件下，加熱階段的蠕變變形分別貢獻了總蠕變變形的44.4％和49.2％。Xu等(Materials Science&Engineering A,2017,688:488-497)研究發現了不同加熱速率對2524鋁合金蠕變時效變形、組織和性能均具有顯著影響。Peng等(Materials Science&Engineering A,2017,688:146-154)研究了非等溫人工時效處理對Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金組織和性能的影響，從100℃按40℃/h升溫至210℃，后按20℃/h降溫至100℃，總時間約8.25h。結果發現非等溫處理可以獲得材料力學性能和腐蝕性能的良好結合，同時比傳統時效要極大縮短了時間。上述研究為發展非等溫的蠕變時效成形技術以減少成形時間、降低生產成本提供了思路。