一种耐长期晶间腐蚀的含Zn、Er高Mg铝合金板材稳定化热处理工艺

摘要

一种耐长期晶间腐蚀的含Zn、Er高Mg铝合金板材稳定化热处理工艺，属于有色金属技术领域。含Zn、Er高Mg热轧板各组分的质量百分含量分别为：Mg：5.3%～6.3%，Zn：0.4%～0.8%，Mn：0.4%～0.8%，Er：0.15%～0.3%，Zr：0.15%～0.25%，不可避免杂质含量＜0.4%，余量为Al；对55%±2%变形量板材进行稳定化退火，退火温度为240～250℃，保温时间时间为5～10h，空冷至室温。该工艺通过稳定化处理控制β相和τ相在基体的析出位置和形貌，提高合金的耐长期晶间腐蚀性能。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种耐长期晶间腐蚀的含Zn、Er 高Mg铝合金板材稳定化的热处理工艺。

背景技术

Al-Mg合金以其良好的耐蚀性和焊接性能广泛应用于船舶、航空航天等领 域，如何提高合金强度和耐蚀性一直是Al-Mg合金研究的关键问题。该系铝合 金可以通过Mg原子固溶强化来提高强度，但对于高Mg（Mg＞6%～7%）铝合 金，其在室温下长期服役时，将会沿晶界析出连续的β相（Mg2Al3），这会造成 严重的晶间腐蚀和应力腐蚀。实际上热处理可以改变第二相在晶界的分布形貌， 从而减低或消除相应的腐蚀。在专利201210065948.6中即针对含Er高Mg的 5A06铝合金冷轧板进行了235℃～245℃退火热处理，使得β相在晶界的分布形 貌发生变化，从而提高了合金的耐长期晶间腐蚀性能。这种低温退火热处理即 为稳定化热处理。

相对于上述专利中的含Er5A06铝合金，本实验所用合金添加了少量的Zn。 Zn不仅起到了固溶强化的作用，更重要的是它和Mg原子形成耐蚀性较好的τ 相，且这种相弥散分布于晶内和断续分布于晶界，从而减少了耐蚀性较差的β 相析出量。同时也会改变β相在晶界的分布情况。

本实验合金为含Zn、Er高Mg铝合金板材，其稳定化温度会不同于含Er5A06 铝合金，选择在200℃～250℃温度区间进行退火，以期找到合适的稳定化热处理 工艺，改善含Zn、Er高Mg铝合金板材的耐长期晶间腐蚀性能，提高合金的使 用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于提高含Zn、Er高Mg铝合金板材的耐长期 晶间腐蚀性能的稳定化热处理工艺，通过稳定化退火处理，使合金具有良好的 耐长期晶间腐蚀性能的同时，也能够保证较高的强度。

本发明所提供的一种耐长期晶间腐蚀的含Zn、Er高Mg铝合金板材的稳定 化热处理工艺，含Zn、Er高Mg铝合金热轧板各组分的质量百分含量分别为 Mg5.3%～6.3%，Zn0.4%～0.8%，Mn0.4%～0.8%，Er0.15%～0.3%，Zr0.15%～0.25%， 不可避免杂质含量＜0.4%，余量为Al，步骤为：

含Zn、Er高Mg铝合金板材经热轧、中间退火后冷轧，至最终冷变形量为 55%±2%，然后进行稳定化退火，稳定化退火温度为240℃～250℃，退火时间 为5～10h。

本发明技术方案的优点在于：

采用本发明的耐晶间腐蚀的含Zn、Er高Mg铝合金板材稳定化热处理工艺， 使合金具有良好的耐长期晶间腐蚀性能的同时，也能够保证较高的强度，显著 提高板材的使用寿命。

附图说明

图1为含Zn、Er高Mg铝合金冷轧板显微硬度随退火温度的变化曲线；

图2为含Zn、Er高Mg铝合金板材200℃不同时间退火后的失重变化曲线；

图3为含Zn、Er高Mg铝合金板材220℃不同时间退火后的失重变化曲线；

图4为含Zn、Er高Mg铝合金板材230℃不同时间退火后的失重变化曲线；

图5为含Zn、Er高Mg铝合金板材240℃不同时间退火后的失重变化曲线；

图6为含Zn、Er高Mg铝合金板材250℃不同时间退火后的失重变化曲线；

图7为含Zn、Er高Mg铝合金板材240℃稳定化退火+150℃不同时间退火 后的失重变化曲线；

图8为含Zn、Er高Mg铝合金板材在240℃的退火时间—IGC最短时间及 对应硬度关系图；

下面结合附图及实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

对比例1

1）以含Zn、Er的高Mg铝合金20mm厚热轧板为例，化学成分为Mg 5.98%，Zn0.79%，Mn0.5%，Er0.2%，Zr0.22%，不可避免杂质含量＜0.4%， 余量为Al。对合金热轧板在460℃再结晶退火2h后热轧、后在350℃中间退火， 保温2h，空冷至室温。

2)对步骤1）所得含Zn、Er高Mg铝合金板材进行多道次冷轧，最终冷变 形量为55%±2%（由于轧制的不均匀性，变形量存在2%的误差）。

3）对步骤2）所得冷轧板在不同温度下退火1h，空冷至室温。测试冷轧 板显微硬度随退火温度的变化，如图1所示。由图1的硬度曲线可知，合金的 再结晶开始温度为300℃。为了保证合金具有较高的力学性能，以下实施例选取 250℃以下温度对冷轧板进行退火处理。

对比例2

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对合金冷轧板在200℃下进行不同时间退火。根据美国材料试验协会标 准AST G67对合金冷轧态和不同退火态试样进行硝酸失重实验，以浸泡前后合 金单位面积的失重评定材料的晶间腐蚀敏感性。其单位面积失重随退火时间的 变化曲线如图2所示。

对比例3

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对步骤2）所得冷轧板在220℃下进行不同时间退火。根据美国材料试 验协会标准AST G67对合金冷轧态和不同退火态试样进行硝酸失重实验，以浸 泡前后合金单位面积的失重评定材料的晶间腐蚀敏感性。其单位面积失重随退 火时间的变化曲线如图3所示。

对比例4

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对步骤2）所得冷轧板在230℃下进行不同时间退火。根据美国材料试 验协会标准AST G67对合金冷轧态和不同退火态试样进行硝酸失重实验，以浸 泡前后合金单位面积的失重评定材料的晶间腐蚀敏感性。其单位面积失重随退 火时间的变化曲线如图4所示。

实施例1

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对步骤2）所得冷轧板在240℃下进行不同时间退火。根据美国材料试 验协会标准AST G67对合金冷轧态和不同退火态试样进行硝酸失重实验，以浸 泡前后合金单位面积的失重评定材料的晶间腐蚀敏感性。其单位面积失重随退 火时间的变化曲线如图5所示。

实施例2

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对步骤2）所得冷轧板在250℃下进行不同时间退火。根据美国材料试 验协会标准AST G67对合金冷轧态和不同退火态试样进行硝酸失重实验，以浸 泡前后合金单位面积的失重评定材料的晶间腐蚀敏感性。其单位面积失重随退 火时间的变化曲线如图6所示。

由图2-图6可以看出，合金经过200℃退火处理后的失重随退火时间的延长 逐渐增加，耐晶间腐蚀性能降低；而220℃-250℃退火处理的失重都是随着退火 时间的延长先增加后减小。不同的是，220℃退火处理的失重最大接近至严重腐 蚀区边界，而后开始缓慢的下降，退火22.7h时进入介敏区，而在230℃退火的 失重达到最大（53mg/(cm²)）后便立刻快速下降，退火6..6h±0.4h就已经发生 稳定化，耐晶间腐蚀性能已大有提高；随着退火温度继续升高至240℃，虽然在 极短的时间（0.2h）就出现了晶间腐蚀敏感性，但是当退火时间延长至3.2h±0.8h， 合金就已经发生了稳定化，稳定化时间相对于230℃大大减小，而且金相观察发 现240℃×4h完全没有发现晶间腐蚀，表现出非常优异的耐晶间腐蚀性能；从 图6可以看出，合金在250℃下不同时间退火，失重一直处于晶间腐蚀不敏感区 和介敏感区，退火0.5h达到达到最大失重为17mg/(cm²)，而且金相观察并未发 现该状态发生晶间腐蚀，随着退火时间的进一步延长，失重一直稳定在 10mg/(cm²)，耐晶间腐蚀性能优异。考虑到保证合金的力学性能，如果继续升高 温度会降低合金的强度，因此，发明所提供的耐长期晶间腐蚀的含Zn、Er高 Mg铝合金板材的稳定化退火温度选取240℃～250℃。

实施例3

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对步骤2）中所得冷轧板在240℃进行不同时间退火（2.5h、3h、4h、 4.5h、5h、10h）后，空冷至室温。

4）对步骤3）中所得退火样品分别在150℃进行不同时间退火处理。根据 美国材料试验协会标准AST G67对合金冷轧态和不同退火态试样进行硝酸失重 实验，以浸泡前后合金单位面积的失重评定材料的晶间腐蚀敏感性。其单位面 积失重随退火时间的变化曲线如图7所示。

如图7所示，合金在240℃进行不同时间的退火后，又在150℃进行不 同时间退火的失重，随着在240℃下退火的时间延长而减小，耐晶间腐蚀性能变 好。根据图7的实验结果以及240℃下退火不同时间（2.5h、3h、4h、4.5h、5h、 10h）对应的硬度，绘制出含Zn、Er高Mg铝合金板材在240℃的退火时间—IGC 敏化最短时间及对应硬度关系图，如图8所示。由图8可知，合金240℃× 2.5h+150℃×0h退火态就已经发生晶间腐蚀；随着240℃退火时间的进一步延长 到3～4.5h，之后又在150℃退火，只需要3.7～6.5h就对晶间腐蚀敏感区，相对在 240℃退火2.5h耐晶间腐蚀性能已有所提高；然而当240℃退火时间延长到5h 后，需要在150℃退火14.6h才能对晶间腐蚀敏感，耐晶间腐蚀性能明显提升； 当240℃退火时间进一步提高至10h后，甚至需要在150℃退火45h才能发生晶 间腐蚀，耐晶间腐蚀性能优异。同时，根据图8中240℃各退火时间对应的硬度 以及再结晶开始温度对应的硬度可知，240℃退火10h的硬度要比再结晶开始时 的硬度要高出3.1～4.1HV，仍然具有较高的力学性能。因此含Zn、Er高Mg铝 合金板材的稳定化退火时间优选5～10h。

综合以上分析，本发明提供的55%±2%变形量的耐长期晶间腐蚀的含Zn、 Er高Mg铝合金板材，其最佳稳定化热处理工艺为：退火温度240℃～250℃，退 火时间5～10h。