一种7075铝合金板材蠕变时效成形方法

摘要

本发明公开了一种7075铝合金板材蠕变时效成形方法，其方法的步骤包括：(1)将2～40mm厚的7075铝合金板材在466～480℃进行30～90分钟的固溶处理，然后水淬，随后进行1～5％的预变形，最后进行80～120℃，6～24小时的人工时效处理；(2)进行回归处理，回归处理的温度为160～200℃，保温时间为20～180分钟，然后进行室温水淬；(3)将回归处理后的板材进行1～5％的预变形，然后将板材置于模具中并固定；(4)进行蠕变时效成形，蠕变时效成形温度为120～160℃，外加应力为200～260MPa，成形时间为12～24小时；(5)从模具中卸载板材。利用本发明方法处理7075铝合金板材，在保证铝合金板材强度的同时，可有效提高7075铝合金板材的耐腐蚀性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种7075铝合金板材的蠕变时效成形方法，属于有色金属材料加工工程技术领域。

技术背景

7075铝合金属可热处理强化的高强度铝合金，具有较高的强/重比、良好的热加工性以及高疲劳韧性等优点，成为了现代航空航天装备的关键材料，被广泛用于飞机机翼壁板以及机身蒙皮的制造。近年来，飞机结构件不断向轻量化，长寿命，高可靠性方向发展，服役性能也逐渐地趋于极端化，因此对成形技术提出了很高的要求。整体壁板制造技术是近年来航空航天件的研究热点，蠕变时效成形方法是制造复杂带筋和变厚度整体壁板的理想技术。采用该方法制造的变厚度大尺寸整体壁板具有成形精度高、残余应力小、制造周期短等优点，同时可显著降低生产成本。研究表明，7075铝合金的主要强化相为η′相(MgZn₂)，仅采用人工时效和蠕变时效方法，虽然可获得较高的屈服强度，但是合金耐腐蚀性能较差。通常采用多级时效制度处理的7075铝合金具有良好的韧性和耐蚀性时，但是其强度下降了10～15％。上述方法制备的合金构件均无法满足实际服役要求，并且在成形过程中存在残余应力高、成形周期长等缺点。因此急需一种适合于7075铝合金板材蠕变时效成形的新方法，以期在整体壁板成形过程中获得良好的形/性协同发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合7075铝合金板材整体成形的蠕变时效方法，解决了目前整体壁板成形过程中的形/性协同发展、同时提高力学性能和抗腐蚀性能的瓶颈问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种通过调控7075铝合金的晶内时效强化相、晶界无析出带的蠕变时效成形方法。该方法的具体步骤为：

步骤1：对2～40mm厚的7075铝合金板材在466～480℃温度条件下进行30～90分钟的固溶处理，然后水淬，随后进行1～5％的预变形，最后进行80～120℃，6～24小时的人工时效处理；

步骤2：对经过步骤1处理后的合金板材进行回归处理，回归处理的温度为160～200℃，保温时间为20～180分钟，然后进行室温水淬；

步骤3：对经过步骤2处理后的合金板材进行1～5％预变形，然后将板材置于模具中并固定；

步骤4：对经过步骤3处理的合金板材进行蠕变时效成形，蠕变时效成形温度为120～160℃，外加应力为200～260MPa，成形时间为12～24小时。

步骤5：从模具中卸载板材。

本发明在热处理中有以下考虑：通过固溶、淬火、预变形和人工时效处理，消除残余应力，同时在合金中引入部分位错，使得合金中时效强化相充分形核，在人工时效后合金晶内获得细小弥散的沉淀相，晶界处获得尺寸较大并连续分布的沉淀相；回归处理中，合金晶内细小弥散的强化相重新溶解到基体中，晶界析出相发生粗化；通过第二次预变形，板材内部残余应力得到释放，同时引入部分位错。蠕变时效处理中，晶内沉淀相重新析出，晶界沉淀相进一步粗化，时效温度和外加载荷的改变可调控强化相的析出状态，促使合金晶内析出相呈细小弥散分布的特征，而晶界析出相表征为不连续分布状态。这种处理方式很好地调控了析出相的析出行为，在保证强度的同时，有效地提高了铝合金板材的耐腐蚀性能。

本发明采用以上方案，具有以下特点：该发明对7075铝合金板材进行了回归和蠕变时效处理。在回归处理过程中，晶内时效析出相回溶，晶界析出相粗化；在蠕变时效过程中，通过外加热力场的改变重新调控析出相的析出行为和分布状态。相比人工时效和其它蠕变时效，该方法操作简单，效果显著，有利于在保证7075铝合金板材强度的同时，显著提高其耐腐蚀性能，同时可节约原材料，缩短生产周期。

本发明所指铝合金板材的硬度是在TMVS-1维氏硬度计上采用2.94N的力保载15秒测试的。动电位循环极化腐蚀试验在CHI660E电化学工作站上进行。

附图说明

图1本发明方法处理样品的流程图

图27075铝合金的TEM明场相照片：(a)、(b)为未经本发明方法处理的晶内和晶界析出相图；(c)、(d)为经过本发明方法处理的晶内和晶界析出相图

图37075铝合金的电化学腐蚀形貌SEM图：(a)、(b)为未经本发明方法处理的腐蚀形貌图；(c)、(d)为经过本发明处理的腐蚀形貌图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明是一种7075铝合金板材的蠕变时效成形方法，以表1所示合金成分的7075铝合金为例，详细介绍本发明涉及的蠕变时效成形方法。各实例中硬度测试采用GB/T4340.4-2009进行试验材料的维氏硬度测定。本发明电化学腐蚀性能测试采用GB/T24196-2009进行动电位极化曲线的测试。

表1本发明实例中所用材料的合金成分(wt.％)

实施例1

A 3mm厚板材采用470℃固溶处理1小时后进行水淬，随后进行3％的预变形和120℃，24小时的人工时效处理。回归温度为185℃，加热速率为10℃/min，回归保温20分钟后立即进行水淬。进行3％的预变形。蠕变时效温度为120℃，外加应力为260MPa，成形时间为24小时。

实施例2

B 3mm厚板材采用470℃固溶处理1小时后进行水淬，随后进行3％的预变形和120℃，24小时的人工时效处理。回归温度为185℃，加热速率为10℃/min，回归保温40分钟后立即进行水淬。进行3％的预变形。蠕变时效温度为120℃，外加应力为260MPa，成形时间为24小时。

实施例3

C 3mm厚板材采用470℃固溶处理1小时后进行水淬，随后进行3％的预变形和120℃，24小时的人工时效处理。回归温度为185℃，加热速率为10℃/mm，回归保温60分钟后立即进行水淬。进行3％的预变形。蠕变时效温度为120℃，外加应力为260MPa，成形时间为24小时。

对比实施例

D 3mm厚板材采用470℃固溶处理1小时后进行水淬，随后进行3％的预变形处理，再进行蠕变时效成形。蠕变时效温度为120℃，外加应力为260MPa，成形时间为24小时。

图2(a)和(b)为未经过本发明方法处理的合金板材晶内和晶界析出相明场相图。从图中可以看出，细小弥散的析出相均匀地分布在晶内，而晶界析出相较为粗大，并呈连续分布状态；图2(c)和(d)为经过本发明方法处理的合金板材晶内和晶界析出相明场相图。从图中可以看出，其晶内析出相与未经过本发明方法处理的晶内析出相相似，但晶界析出相明显粗化，呈不连续分布状态，并且具有较宽的晶界无析出带。因此，经过本发明方法处理后，7075铝合金板材的强度没有明显的下降，但其耐腐蚀性能显著提高(如表2和表3所示)。

图3(a)和(b)为未经过本发明方法处理的合金板材腐蚀形貌图。从图中可以看出，合金发生了严重的腐蚀，在板材表面有较大尺寸的点蚀坑出现，并且点蚀坑发生聚合。图3(a)和(b)为未经过本发明方法处理的合金板材腐蚀形貌图。从图中可以看出，合金板材表面仅有少量孤立的点蚀坑出现，并且点蚀坑的尺寸较小，深度较浅。因此，经过本发明方法处理后，7075铝合金板材的耐腐蚀性能明显提高。

表2给出了使用本发明实施例中合金的硬度值、腐蚀电位、点蚀电位以及晶界无析出带宽度。表3给出了对比实施例中合金的硬度值、腐蚀电位、点蚀电位以及晶界无析出带宽度。由此可知，本发明的蠕变时效成形方法可有效的确保理想的力学性能和耐腐蚀性能。

表2使用本发明实施例中合金的硬度值、腐蚀电位、点蚀电位以及晶界无析出带宽度

表3对比实施例中合金的硬度值、腐蚀电位、点蚀电位以及晶界无析出带宽度