一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的时效处理工艺

摘要

本发明公开了一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的时效处理工艺，时效温度为120℃保温24h，回归温度为170-200℃保温5-30min，回归完毕后，进行淬火处理或随炉冷却至再时效温度，再时效温度为120℃保温24h；在一次回归再时效后，再进行一次或多次以上回归再时效处理。针对现有Al-Zn-Mg-Cu系合金峰值时效、过时效以及一次回归再时效热处理技术的不足和缺陷，本发明基于Al-Zn-Mg-Cu合金一次回归再时效后的再次回归处理中，晶界析出相可继续长大和离散，而晶内析出相仍可以再次溶入基体，后续再时效时仍可再次析出至峰值时效状态的发现，提出一种新的时效处理方法，该处理方法能使Al-Zn-Mg-Cu系合金在保持强度的前提下，大幅度提高抗腐蚀性能。

说明书

技术领域

本发明属于铝合金热处理方法，特别涉及一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的时效处理工艺。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是一种可热处理强化的高强铝合金，利用淬火时效工艺可提高合金的强度，但在时效过程中晶界上析出相富集，呈连续分布，降低合金的韧性及抗腐蚀性能。为改善合金的韧性及抗腐蚀性能，人们主要通过多级时效工艺，调节晶内和晶界析出相分布状态。采用峰时效＋过时效的双级时效工艺（中南大学学报(自然科学版),2007年，38卷第6期，P1045），其中第一级时效为低温预时效，相当于成核阶段，形成大量的GP区；第二级为高温时效，使晶界上的η＇相和η相质点聚集、球化，从而破坏晶界析出相的连续性，改善合金的韧性及抗腐蚀性能。但在第二级时效时，晶内析出相的质点发生了粗化，因此，该时效制度是以牺牲合金强度来提高综合性能的。为解决强度和抗腐蚀性能之间的矛盾，Cina提出回归再时效的三级时效工艺（US4477292,MetallurgicalTransactions,1984,Vols.15A,P1531），该时效工艺是在峰值时效后加短时间的高温回归处理，然后再进行峰值时效处理，经过一次完整的回归再时效处理后，晶粒内部形成如同峰值时效状态的析出相而获得最大强度，而晶界析出相较粗大且不连续，改善合金的耐腐蚀性能。但由于回归时间有限，晶界析出相不能充分长大和分离，耐蚀性改善受到了限制。在回归再时效中，若延长回归时间，晶内析出大量平衡相降低了再时效的硬化效果，不能实现保持强度的同时进一步提高抗腐蚀性能。

发明内容

针对现有Al-Zn-Mg-Cu系合金峰值时效、过时效以及一次回归再时效热处理技术的不足和缺陷，本发明者基于Al-Zn-Mg-Cu合金一次回归再时效后的再次回归处理中，晶界析出相可继续长大和离散，而晶内析出相仍可以再次溶入基体，后续再时效时仍可再次析出至峰值时效状态的发现，提出一种新的时效处理方法，该处理方法能使Al-Zn-Mg-Cu系合金在保持强度的前提下，大幅度提高抗腐蚀性能。

本发明技术方案为：时效温度为120℃保温24h，回归温度为170-200℃保温5-30min，回归完毕，进行淬火处理或随炉冷却至再时效温度，再时效温度为120℃保温24h；在一次回归再时效后，再进行一次或多次回归再时效处理。

发明人在研究中发现，对Al-Zn-Mg-Cu合金一次回归再时效后的再次回归处理中，晶界析出相可继续长大和离散，而晶内析出相仍可以再次溶入基体，后续再时效时仍可再次析出至峰值时效状态。经二次回归再时效处理的合金具有峰值时效强度，耐蚀性较一次回归再时效进一步提高。这为通过多级时效热处理工艺改善Al-Zn-Mg-Cu综合性能开拓了新的途径。

Al-Zn-Mg-Cu系合金在一级时效中晶内析出细小非平衡强化相，在短时回归过程中发生回溶；而晶界析出粗大平衡相，在回归过程中长成粗大和离散状使合金的沿晶腐蚀阻力得到提高，从而提高合金的耐蚀性；接下来的再时效过程中，晶内回溶的析出相重新析出产生强化效应，这是一次回归再时效的基本特征。但若要通过一次回归再时效工艺进一步提高合金的耐蚀性，势必要求延长回归时间以便进一步提高晶界析出相粗化和离散程度，但延长回归时间导致晶内析出相粗化长大而降低强化效果。为了解决一次回归再时效工艺提高耐蚀性和维持强度之间的矛盾，本发明提出多次回归再时效处理，其原理是通过多次回归处理，晶界析出相进一步粗化和离散、达到充分过时效状态，使合金获得高耐蚀性；而晶内析出相在多次回归再时效过程中重复发生溶解和再析出过程，不至于长大粗化，保持细小弥散峰时效状态，使合金保持峰值时效的高强度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：该时效方法能使Al-Zn-Mg-Cu系合金的晶界析出相在一次回归再时效基础上进一步粗化、进一步增大离散度，使晶界析出相达到显著过时效状态，同时使合金的晶内析出相保持类似峰值时效析出状态，获得高强度，从而在保持硬度（强度）的前提下，大幅度提高合金抗腐蚀性能。

采用本发明的二次回归再时效处理的样品，其电导率（％IACS）与二级过时效处理的样品的电导率相当，其硬度与一次回归再时效处理的样品相当。采用三次回归再时效处理的样品，其电导率（%IACS）比二级过时效处理的高，硬度比一次回归再时效处理的样品略低。与一次回归再时效处理样品比较，二次或三次回归再时效样品耐剥落腐蚀性能得到显著提高，比T73过时效样品更好。可见，经多次回归再时效工艺处理后，合金材料在保持强度的前提下，合金的抗腐蚀性能大幅度提高。

附图说明

图1是本发明工艺流程示意图；

图2是合金经过不同时效工艺处理的电导率与维氏硬度；

图3是合金经过不同时效工艺处理的剥落腐蚀性能，其中：N是指未出现剥蚀，P是指点蚀，E_A-E_D是指剥蚀逐渐变严重。

具体实施方式

实施例1-6和对比例1-2采用20mm厚热轧态Al-6.5Zn-2.4Mg-2.2Cu-0.13Zr(质量分数)铝合金板材。对比例3和实施例7采用20mm厚热轧态Al-7.5Zn-1.5Mg-1.6Cu-0.12Zr(质量分数)铝合金板材。

热轧后的材料采用固溶热处理工艺（480℃/30min）后，通过二次或三次回归再时效处理制度进行时效，并与一次回归再时效处理和二级过时效处理制度进行比较（参见图1）。除实施例5回归后采用随炉冷却外，其余例子回归后均采用淬火处理。

剥落腐蚀（EXCO）实验参照美国ASTM-G34-1979标准进行，标准EXCO剥蚀溶液配比为NaCl4.0mol/L，KNO₃0.5mol/L和HNO₃0.1mol/L，余量为蒸馏水(或去离子水)，实验温度恒定为(25±2)℃，腐蚀介质体积与腐蚀面面积之比为20ml∶1cm²。将试样在溶液中浸渍48h，在0～24h内不间断观察评定等级。48h后将样品取出在潮湿状态时直接检验试样并评定等级，然后用水冲洗试样，在30%硝酸溶液中浸泡2～3min去除腐蚀产物，再经水洗、吹干。

对比例1：

试样采用二级(110℃/6h→160℃/10h)过时效方式进行时效。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果如图2所示。随后将时效样品进行剥落腐蚀等级评定。评定结果如图3示。

对比例2：

试样采用一次回归再时效(120℃/24h→170℃/30min→120℃/24h)时效方式处理。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果如图2所示。剥落腐蚀等级评定，评定结果如图3所示。

对比例3：

除试样合金成份不同外，方法同对比例2。

实施例1：

试样按对比例2进行一次回归再时效后，再按170℃/5min→120℃/24h进行二次回归再时效。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果如图2所示。剥落腐蚀等级评定，评定结果如图3所示。

实施例2：

试样按对比例2进行一次回归再时效后，再按170℃/30min→120℃/24h进行二次回归再时效。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果如图2所示。剥落腐蚀等级评定，评定结果如图3所示。

实施例3：

试样按对比例2进行一次回归再时效后，再按200℃/5min→120℃/24h进行二次回归再时效。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果如图2所示。剥落腐蚀等级评定，评定结果如图3所示。

实施例4：

试样按对比例2进行一次回归再时效后，再按200℃/30min→120℃/24h进行二次回归再时效。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果如图2所示。剥落腐蚀等级评定，评定结果如图3所示。

实施例5：

方法同实施例2，除回归处理后随炉冷却至再时效温度。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果如图2所示。剥落腐蚀等级评定，评定结果如图3所示。

实施例6：

试样按实施例2进行二次回归再时效后，再按170℃/30min→120℃/24h进行三次回归再时效。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果如图2所示。剥落腐蚀等级评定，评定结果如图3所示。

实施例7：

除试样合金成份不同外，方法同实施例2。 时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果如图2所示。剥落腐蚀等级评定，评定结果如图3所示。