专利名称：一种适用于喷射成形7000系铝合金的均匀化热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于喷射成形7000系铝合金的均勻化热处理方法。
背景技术：
超高强铝合金为7000系铝合金，是时效强化型铝合金。强化相主要来源于合金时 效热处理过程中析出的MgZnjH，且强化相的体积分数与合金的强度性能呈正比的关系。因 此，只有通过合理的热处理工艺以及优化合金的成分设计，使合金中形成大量的强化相才 能达到强化的目的。为了得到大量的强化相，可以通过改善热处理工艺，使合金在固溶淬火后得到最 大的过饱和度，并采用合理的时效工艺，增加时效阶段析出相的数量，改善析出相的分布， 从而达到增加强化的效果。因此，长期以来，国内外对超高强铝合金热处理工艺的研究从未 停止过。最初，对7000系铝合金一般采用T6峰时效的热处理制度，可以获得较高的极限抗 拉强度和一定的耐腐蚀性能，以7075-T6峰时效状态合金为代表。伴随着该合金在实际应 用中出现的事故，研究发现，7075-T6峰时效状态合金虽然具有较高的强度，但由于合金内 部晶界上连续粗大析出相的存在，合金的抗应力腐蚀性能较差。20世纪60年代，一种新型 的热处理方法产生了，即双级过时效热处理方法，通过这种新型的时效处理方法可以将合 金内部晶界上的连续粗大析出相变成间断的粗大析出相，该方法的应用大大提高了合金的 抗应力腐蚀性能，但合金的强度性能有所下降。20世纪70-80年代以色列飞机公司率先提 出的7000系铝合金RRA三级时效热处理工艺，并由美国铝业公司(Alcoa)开发出了实用化 的7000系铝合金T77三级时效热处理工艺。RRA三级时效热处理工艺是在传统的峰时效热 处理后加一段时间的高温热处理，使晶内强化相重溶、晶界上的连续析出相转变为不连续 析出相，然后再回到低温进行峰时效热处理。研究表明，T77状态下的7000系铝合金既能 够保持接近T6状态下的强度性能、又能够拥有接近T73状态下的其它综合性能。另一方面，为了得到大量的强化相，合金成分设计不断得到优化。研究发现，通过 提高主合金元素的含量，能提高合金的性能，但当主合金元素总含量超过一定界限时，由于 传统制坯工艺凝固冷却速度的限制，合金中会形成大量的粗大一次析出相，且铸锭存在明 显的宏观偏析。并且这些一次析出相很难通过后续的固溶处理回溶到基体中。这不仅不会 进一步提高最终合金中时效强化相的体积分数，而且还会恶化材料的各项性能。因此，在采 用传统铸锭冶金及变形加工工艺生产7000系铝合金时，一般控制合金中的主合金元素总 含量最高不超过12%-13%，这限制了 7000系铝合金的极限抗拉强度。喷射成形技术的出 现突破了合金中主合金元素含量的限制，能制备高合金化程度的7000系铝合金。喷射成形 技术是从传统的快速凝固粉末冶金RS/PM工艺基础上发展起来的一种快速凝固近终成形 材料制坯技术。其基本原理是利用惰性气体将合金熔体雾化成大量细小的液滴，然后沉积 到接收基板上，通过控制接收基板的形状和运动方式可以得到不同形状的沉积坯件。采用 喷射成形技术制备高合金化的7000系铝合金时，由于凝固速度较快，合金中的晶粒被显著 细化、各种宏观和微观偏析受到抑制，可有效控制沉积坯件凝固过程中内部产生热裂的倾向，同时由于凝固速度加快使沉积坯件中各种合金元素的过饱和度提高、后续热处理过程 中各种沉淀相的析出更加充分，有利于使材料获得更佳的力学性能。在2003年3月14日北京有色金属研究总院申请名为“一种超高强度高韧性铝合 金材料及其制备方法”专利申请并授予专利权(专利号为03119605. 5)。在该专利中，详细 记载了关于喷射成形方法和所使用的设备的问题。喷射成形方法为(1)按合金成分，配制 预制合金锭；(2)升温将合金预制锭熔化后，采用惰性气体并通过雾化喷嘴进行雾化，雾化 喷嘴以1 5Hz的频率高速扫描，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0. 5 1. OMPa ； (3) 在气雾化的同时，将雾化液沉积在接收装置上，即得到所需的铝合金材料。喷射成形设备采 用非真空喷射成形设备，该非真空喷射成形设备包括有感应加热熔炉、感应加热或电阻加 热的中间包、导流管、气流雾化喷嘴，接收罐体，在接收罐体中安装接收装置。因此，喷射成 形技术是一个很成熟的技术。
发明内容
本发明的目的在于开发一种适用于喷射成形7000系铝合金的热处理方法。在7000系铝合金的实际制坯过程中，不可避免地还要生成一些一次凝固析出相 (包括T相、S相、MgZn2相等)，部分尺寸粗大的一次凝固析出相即使经过后续的热变形加 工破碎和固溶热处理仍难以实现完全回溶，残留在最终状态合金中成为开裂源、对合金的 综合性能将造成负面影响。因此，对喷射成形坯锭进行均勻化处理是有必要的。均勻化处 理的目的是使喷射成形坯锭组织在不发生晶粒长大的前提下，使一次析出相充分回溶，经 过后续挤压、固溶工艺，最后在时效处理过程中析出相均勻、细小。喷射成形7000系铝合 金均勻化处理的最大难点是需要选择适当的均勻化热处理制度，由于喷射成形超高强铝合 金沉积态的组织特征为晶粒尺寸约20-30 ym的等轴晶均勻分布；晶界分布着大量尺寸约 1-5 y m—次析出相。因此，需选择合理的均勻化温度及时间，保证晶粒不会明显长大的前提 下，使一次析出相最大限度的回溶。同时，还要考虑一次析出相的熔点，一次析出相中大部 分为低熔点共晶相，若均勻化温度超过低熔点共晶相的熔点或固溶线时，就容易发生过烧， 导致材料的性能下降。因此，还需保证均勻化温度不会过高，使材料发生过烧。本发明针对7000系喷射成形铝合金进行了大量的工作，获取了大量的实验数据， 研究结果表明，采用本发明方法对喷射成形坯锭进行均勻化热处理，可以保证晶粒在不发 生长大的前提下，使喷射成形坯锭在高温均勻化阶段一次析出相充分回溶，经过后续挤压、 固溶工艺，最后在时效处理过程中析出相均勻、细小。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种喷射成形7000系铝合金的均勻化热处理方法，该发明方法为对喷射成形 7000系铝合金坯锭在465-473°C进行24_36h的均勻化热处理。在本发明的喷射成形7000系铝合金的均勻化热处理方法中，所述的7000系铝合 金为合金元素含量为10-20wt %的铝合金，其中，合金元素为Zn、Mg、Cu和&。在本发明的喷射成形7000系铝合金的均勻化热处理方法中，所述的7000系铝合 金的成分为 Zn 6 15wt%，Mg 1. 2 3. 0wt%, Cul. 0 3. lwt%, Zr 0 0. 2wt%，其余 为Al。一种新的技术方案，本发明的所述7000系铝合金为喷射成形7000系铝合金。
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一种新的技术方案，本发明的所述超高强铝合金为合金元素含量为10_20衬％的 喷射成形7000系铝合金。本发明的优点在于经该发明方法处理的喷射成形7000系铝合金，可以在不保证 发生晶粒长大的前提下，使喷射成形坯锭在高温均勻化阶段一次析出相充分回溶，经过后 续挤压、固溶工艺，最后在时效处理过程中析出相均勻、细小。经过该发明方法处理的喷射 成形铝合金坯锭，析出相充分回溶，晶粒没有明显长大，在后续挤压阶段析出的相可以在固 溶阶段回溶，使得最后时效阶段得到细小均勻的析出相。
图1是喷射成形Al-9. 97Zn-2. 65Mg_l. 94Cu_0. 12% Zr合金微观组织图像。图 2，图 3 是喷射成形 Al-9. 97Zn-2. 65Mg_l. 94Cu_0. 12% Zr 合金在470°C保温 24h 均勻化处理后合金的微观组织图像。图4是喷射成形Al-11. 66Zn-l. 92Mg_3. OlCu合金微观组织图像。图5，图6是喷射成形Al-11. 66Zn-l. 92Mg_3. OlCu合金在470°C保温36h均勻化 处理后合金的微观组织图像。
具体实施例方式实施例1对喷射成形Al-9. 97Zn-2. 65Mg_l. 94Cu_0. 12% &合金(合金元素含量为 14. 68% )采用本发明方法的均勻化热处理制度进行均勻化处理，具体工艺为在470°C保温 24h。结果表明，如图1、2、3所示，合金经过均勻化后，晶界显著变细，趋于光滑，晶粒尺寸没 有明显变化，未发生显著长大，一次析出相基本回溶，残留析出相趋于球化。经上述均勻化 处理的合金，在后续400°C热挤压，475°C固溶处理2小时，120°C时效16小时后可显著提高 了合金的强度。实施例2对喷射成形Al-11. 66Zn-l. 92Mg_3. OlCu合金(合金元素含量为16. 59% )采用本 发明方法的均勻化热处理制度进行均勻化处理，具体工艺为在470°C保温36h。结果表明， 如图4、5、6所示，合金经过均勻化后，晶粒尺寸没有明显变化，未发生显著长大，一次析出 相基本全部回溶。经上述均勻化处理的合金，在后续400°C热挤压，475°C固溶处理2小时， 120°C时效16小时后可显著提高了合金的强度。
权利要求
一种喷射成形7000系铝合金的均匀化热处理方法，该发明方法为对喷射成形7000系铝合金坯锭在465-473℃进行24-36h的均匀化热处理。
2.根据权利要求1所述的喷射成形7000系铝合金的均勻化热处理方法，所述的7000 系铝合金为合金元素含量为10-20衬％的铝合金，其中，合金元素为Zn、Mg、Cu和&。
3.根据权利要求2所述的喷射成形7000系铝合金的均勻化热处理方法，所述的7000 系铝合金的成分为 Zn 6 15wt%，Mg 1.2 3.0wt%，Cul.0 3. lwt%,Zr 0 0. 2wt%， 其余为Al。
全文摘要
本发明公开了一种喷射成形7000系铝合金的均匀化热处理方法，该发明方法为对喷射成形7000系铝合金坯锭在465-473℃进行24-36h的均匀化热处理。本发明的特征在于经该方法处理的7000系铝合金，可以在不发生晶粒长大的前提下，使喷射成形坯锭在高温均匀化阶段一次析出相充分回溶，经过后续挤压、固溶工艺，最后在时效处理过程中析出相均匀、细小。
文档编号C22F1/053GK101876043SQ200910237708
公开日2010年11月3日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者刘红伟, 左玉婷, 张永安, 朱宝宏, 李志辉, 李锡武, 熊柏青, 王 锋 申请人:北京有色金属研究总院