一种提高铝合金再结晶温度的方法

摘要

本发明提供一种提高铝合金再结晶温度的方法，包括：将纯铝以及其他金属熔融后，通入Ar气，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后浇铸形成铸锭，并在铸锭收缩后水淬；将水淬后的铸锭进行固溶处理、热轧制、冷轧制、退火后形成的新的合金。本发明通过添加弥散相并进行固溶处理，结合两级轧制，可有效提高合金的再结晶温度，避免后期的退火处理中再结晶和晶粒长大，从而有利于提高合金的力学性能。

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种提高铝合金再结晶温度的方法。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是因航空航天用材需要而研制的一类铝合金材料，广泛用于制造各种飞机及火箭高强度结构件。该系铝合金主要通过时效析出强化提高固溶度过饱和度，从而提高强化效果。

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金可通过提高固溶温度和延长固溶时间提高析出相溶解度，但同时合金的晶粒长大，再结晶程度提高，又会导致合金的综合性能下降。研究人员研究了Cu含量和再结晶程度对AlZn₂Mg_xCu-T651合金腐蚀疲劳强度的影响，研究认为腐蚀疲劳强度随着Cu含量和再结晶程度降低而增大。也有人研究了Zr和热轧工艺对AA7010铝合金再结晶程度的影响，研究认为该合金再结晶程度随着Zr含量增大和热轧温度提高而降低。也有人研究了Al–Zn–Mg–Cu–(Sc)和AA7075合金在热挤压和随后的热处理中的组织变化，研究认为这两种合金的组织均在热处理过程中发生回复和再结晶，从而导致晶粒长大。

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金为时效强化合金，固溶处理是提高其性能的重要工序。可通过固溶处理得到高过饱和度，在后续的淬火过程中使弥散相析出，但往往会使合金中发生再结晶，使晶粒长大，影响合金的强度、塑性和抗应力腐蚀性能。

现有技术的缺陷和不足：

1.通过时效处理强化Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，会引起组织回复和再结晶，导致晶粒长大，从而降低了合金的综合力学性能；

2.通过轧制工艺加工Al-Zn-Mg-Cu系铝合金可细化晶粒，但随后的退火处理也会导致晶粒长大，从而降低综合力学性能。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种提高铝合金再结晶温度的方法。

一种提高铝合金再结晶温度的方法，包括以下步骤：

步骤1：将纯铝以及其他金属熔融后，通入Ar气，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后水淬；

步骤2；固溶处理：将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温；

步骤3：热轧制：先将厚度约为10mm时效处理后的合金在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度约为200mm/s，每一道次下压量约为2mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制，将板材厚度轧至4mm，总下压率为60％；

步骤4；冷轧制：将热轧后厚度为4mm的合金，在轧机上以100mm/s速度进行室温轧制，每道次下压率为1mm，经两道次轧制后，厚度变为2mm，冷轧下压率为50％；

步骤5：在电阻炉中保温1-2小时，出炉后水淬火至室温。

进一步地，如上所述的提高铝合金再结晶温度的方法，所述其他金属为纯铜、纯锌、纯铜或纯镁、以及Al-15wt.％Zr、Al-2wt.％Sc及Al-60wt.％Mn的中间合金。

进一步地，如上所述的提高铝合金再结晶温度的方法，步骤3中轧制速度为200mm/s，每一道次下压量为2mm。

有益效果：

通过添加弥散相并进行固溶处理，结合两级轧制，可有效提高合金的再结晶温度，避免后期的退火处理中再结晶和晶粒长大，从而有利于提高合金的力学性能。

附图说明

图1为本发明实施例1经450℃退火后7050合金电镜图；

图2为本发明实施例2经475℃退火后7050-Mn合金电镜图；

图3为本发明实施例3经475℃退火后7050-Zr合金电镜图；

图4为本发明实施例4经550℃退火后7050-Sc合金电镜图；

图5为本发明实施例5经550℃退火后7050-X合金电镜图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实验材料为纯铝(纯度99.99％)、纯锌(纯度99.99％)、纯铜(纯度99.9％)、纯镁(纯度99.9％)以及Al-15wt.％Zr、Al-2wt.％Sc及Al-60wt.％Mn等中间合金.

将纯铝、纯铜及相应的中间合金放入电阻炉熔炼，熔炼温度约850℃，待其熔融后，再加入纯锌及纯镁，然后通入Ar气10min除去空气，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成铸锭，并在铸锭收缩后(约5～10秒)水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出。按一定比例添加各材料配制熔炼的合金成分如表1所示。

表1

代号ZnMgCuFeMnZrScAl70506.152.122.060.11---余量7050-Mn6.162.192.000.050.44--余量7050-Sc6.432.332.100.12--0.23余量7050-Zr6.212.232.130.13-0.23-余量7050-X6.162.352.110.060.440.240.24余量

固溶处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温。

热轧制：先将厚度约为10mm时效处理后的合金在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度约为200mm/s，每一道次下压量约为2mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制，将板材厚度轧至4mm，总下压率为60％。

冷轧制：将热轧后厚度约为4mm的合金，在轧机上以100mm/s速度进行室温轧制，每道次下压率为1mm，经两道次轧制后，厚度变为2mm，冷轧下压率为50％。

实例1

实验材料为纯铝(纯度99.99％)、纯锌(纯度99.99％)、纯铜(纯度99.9％)、纯镁(纯度99.9％)。

将纯铝及纯铜放入电阻炉熔炼，熔炼温度约850℃，待其熔融后，再加入纯锌及纯镁，然后通入Ar气10min除去空气，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成7050合金铸锭，并在铸锭收缩后(约5～10秒)水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出。

固溶处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温。

热轧制：先将厚度约为10mm时效处理后的合金在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度约为200mm/s，每一道次下压量约为2mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制，将板材厚度轧至4mm，总下压率为60％。

冷轧制：将热轧后厚度约为4mm的合金，在轧机上以100mm/s速度进行室温轧制，每道次下压率为1mm，经两道次轧制后，厚度变为2mm，冷轧下压率为50％。

退火处理：在电阻炉中保温1-2小时，温度分别为400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃，出炉后水淬火至室温。经显微组织观察，发现450℃退火7050合金已经全部再结晶，500℃退火合金晶粒长大严重。

实例2

实验材料为纯铝(纯度99.99％)、纯锌(纯度99.99％)、纯铜(纯度99.9％)、纯镁(纯度99.9％)及中间合金Al-60wt.％Mn。

将纯铝、纯铜及Al-60wt.％Mn放入电阻炉熔炼，熔炼温度约850℃，待其熔融后，再加入纯锌及纯镁，然后通入Ar气10min除去空气，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成7050-Mn合金铸锭，并在铸锭收缩后(约5～10秒)水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出。

固溶处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温。

热轧制：先将厚度约为10mm时效处理后的合金在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度约为200mm/s，每一道次下压量约为2mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制，将板材厚度轧至4mm，总下压率为60％。

冷轧制：将热轧后厚度约为4mm的合金，在轧机上以100mm/s速度进行室温轧制，每道次下压率为1mm，经两道次轧制后，厚度变为2mm，冷轧下压率为50％。

退火处理：在电阻炉中保温1-2小时，温度分别为400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃，出炉后水淬火至室温。经显微组织观察，发现475℃时7050-Mn合金已经全部再结晶，直到500℃时晶粒未出现长大现象。

实例3

实验材料为纯铝(纯度99.99％)、纯锌(纯度99.99％)、纯铜(纯度99.9％)、纯镁(纯度99.9％)及中间合金Al-15wt.％Zr。

将纯铝、纯铜及Al-15wt.％Zr放入电阻炉熔炼，熔炼温度约850℃，待其熔融后，再加入纯锌及纯镁，然后通入Ar气10min除去空气，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成7050-Zr合金铸锭，并在铸锭收缩后(约5～10秒)水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出。

固溶处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温。

热轧制：先将厚度约为10mm时效处理后的合金在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度约为200mm/s，每一道次下压量约为2mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制，将板材厚度轧至4mm，总下压率为60％。

冷轧制：将热轧后厚度约为4mm的合金，在轧机上以100mm/s速度进行室温轧制，每道次下压率为1mm，经两道次轧制后，厚度变为2mm，冷轧下压率为50％。

退火处理：在电阻炉中保温1-2小时，温度分别为400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃，出炉后水淬火至室温。经显微组织观察，发现475℃时7050-Zr合金已经全部再结晶，直到500℃时晶粒未出现长大现象。

实例4

实验材料为纯铝(纯度99.99％)、纯锌(纯度99.99％)、纯铜(纯度99.9％)、纯镁(纯度99.9％)及中间合金Al-2wt.％Sc。

将纯铝、纯铜及Al-2wt.％Sc放入电阻炉熔炼，熔炼温度约850℃，待其熔融后，再加入纯锌及纯镁，然后通入Ar气10min除去空气，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成7050-Sc合金铸锭，并在铸锭收缩后(约5～10秒)水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出。

固溶处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温。

热轧制：先将厚度约为10mm时效处理后的合金在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度约为200mm/s，每一道次下压量约为2mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制，将板材厚度轧至4mm，总下压率为60％。

冷轧制：将热轧后厚度约为4mm的合金，在轧机上以100mm/s速度进行室温轧制，每道次下压率为1mm，经两道次轧制后，厚度变为2mm，冷轧下压率为50％。

退火处理：在电阻炉中保温1-2小时，温度分别为400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃，出炉后水淬火至室温。经显微组织观察，发现550℃时7050-Sc合金已经全部再结晶，晶粒未出现长大现象。

实例5

实验材料为纯铝(纯度99.99％)、纯锌(纯度99.99％)、纯铜(纯度99.9％)、纯镁(纯度99.9％)及Al-15wt.％Zr、Al-2wt.％Sc及Al-60wt.％Mn等中间合金。

将纯铝、纯铜及中间合金放入电阻炉熔炼，熔炼温度约850℃，待其熔融后，再加入纯锌及纯镁，然后通入Ar气10min除去空气，待全部熔融后通过轻轻搅拌除去熔液表面的氧化层及杂质，然后快速浇铸于预热200℃的钢制模具内，形成7050-X合金铸锭，并在铸锭收缩后(约5～10秒)水淬，以避免弥散相在冷凝时大量析出。

固溶处理：首先将合金铸锭置于300℃的空气炉内保温12小时，再将温度调高至470℃保温12h，取出后水淬火至室温。

热轧制：先将厚度约为10mm时效处理后的合金在500℃下加热15分钟，再实施热轧，轧制速度约为200mm/s，每一道次下压量约为2mm，轧制完一道次后将合金板料重新在500℃下加热2分钟，以维持合金的高温状态，重复轧制，将板材厚度轧至4mm，总下压率为60％。

冷轧制：将热轧后厚度约为4mm的合金，在轧机上以100mm/s速度进行室温轧制，每道次下压率为1mm，经两道次轧制后，厚度变为2mm，冷轧下压率为50％。

退火处理：在电阻炉中保温1-2小时，温度分别为400℃、425℃、450℃、475℃、500℃、525℃、550℃，出炉后水淬火至室温。经显微组织观察，发现550℃时7050-X合金出现50％再结晶，晶粒未出现长大现象。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。