一種改善含Zr的7xxx系鋁合金組織與性能的階段均勻化熱處理方法技術

一種改善含Zr的7xxx系鋁合金組織與性能的階段均勻化熱處理方法，包含：在階段I，將合金鑄錠放入熱處理加熱爐中，由室溫升溫至T1進行保溫處理，用時t1，其中，300℃≤T1≤450℃，1h≤t1≤14h；在階段II，由溫度T1升溫至T2進行保溫處理，用時t2，其中，460℃≤T2≤480℃，1h≤t2≤48h；在階段III，由溫度T2升溫至T3進行保溫處理，用時t3，其中，480℃≤T2≤510℃，0.1h≤t3≤16h；之后將合金錠坯由T3溫度冷卻至室溫。本發明專利技術方法可以針對合金成分特點，在防止合金過燒的情況下，使合金在均勻化熱處理過程中充分促進彌散相的均勻細小析出、以及可溶第二相的回溶，并有效抑制晶粒組織的長大，從而顯著改善合金的微觀組織及其綜合性能。本方法還具有可操作性強、控制精確、經濟適用的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及鋁合金熱處理
，特別是7XXX系(Al-Zn-Mg-Cu)鋁合金的熱處理方法；更具體地，本專利技術涉及ー種改善含Zr的7xxx系鋁合金組織與性能的階段均勻化熱處理方法。
技術介紹
7xxx系(Al-Zn-Mg-Cu系)鋁合金是典型的熱處理可強化變形鋁合金，合金鑄錠(或鑄件)的均勻化處理是使合金獲得理想均一組織及優良綜合性能的關鍵エ藝環節之一。其合金鑄錠需要經過變形加工及固溶時效處理后，才能使合金具有致密的結構及理想的顯微組織，從而具有優良的綜合性能。但是，傳統鋳造、半連鑄生產的鋁合金錠坯，其鑄態組織中通常含有大量粗大的一次凝固析出相以及明顯的溶質元素顯微偏析，變形加工前必須 經過均勻化熱處理以消除凝固組織中這些粗大的硬脆相，以避免變形加工過程中鑄錠的開裂。均勻化熱處理時，主要的組織變化是枝晶偏析消除、凝固過程中形成的非平衡相溶解和過飽和的過渡元素沉淀，溶質的濃度逐漸均勻化。在均勻化熱處理過程中，不溶的過剩相也會發生聚集、球化。合理的均勻化熱處理可以促使鑄造過程中形成的非平衡結晶相溶入基體、第二相形態改變、基體成分均勻化，為后續的變形加工和固溶處理創造條件，同時也由于盡可能降低了合金中殘留相的數量，提高了合金的韌性、疲勞性能和淬透性。均勻化熱處理后的組織變化，會使室溫下塑性提高并使冷、熱變形エ藝性能改善，降低鑄錠變形加工過程中開裂的危險，改善熱軋帶板的邊緣質量，提高擠壓制品的擠壓速度。同時，均勻化熱處理可降低變形抗力，減少變形功消耗，提高設備生產效率。均勻化熱處理可消除鑄錠殘余應力，改善鑄錠的機械加工性能。7xxx系鋁合金，合金化程度高，在半連續鑄造凝固過程中，由于冷卻速度較快，容易形成大量的非平衡共晶組織和金屬間化合物，其鑄態組織比較復雜，主要存在的相有低熔點的Mg (Cu, Zn, Al) 2非平衡共晶相、高熔點的Al2CuMg和Al2Cu相、以及難溶的Mg2Si、Al7Cu2Fe和Al23CuFe4相等，而且成分的變化或鑄造エ藝的差別都會引起合金鑄態組織的顯著變化。在許多Al-Zn-Mg-Cu合金的鑄態組織中都可以觀察到鑄造過程中形成的粗大Al2CuMg相及少量的Al2Cu相存在；其中Al2CuMg相還可以在合金均勻化過程中由部分Mg (Zn, Cu, Al)2相轉變而來。合金中存在的富Cu或富Fe的粗大第二相(>1 U m) JnAl2CuMg,Al2Ciu Al7Cu2Fe和Al23CuFe4等相粒子,會降低合金的韌性以及淬透性能。而且，形成這些粗大的第二相，會消耗一部分主合金元素Cu，從而影響到了合金強度的提高和合金抗應カ腐蝕性能的提高。在Al-Zn-Mg-Cu合金的制備加工及熱處理過程中應盡可能地減少和消除Al2CuMg, Al2Cu, Al7Cu2Fe等相的粗大粒子的存在。同時,對于含Zr、Sc、Er、Mn、Y等微合金化元素的7xxx系招合金,在均勻化熱處理過程中還會析出Al3Zr、Al3Sc, Al3Er, Al6Mru Al3Y等彌散相粒子。在均勻化過程中促使Zr等元素均勻化并充分脫溶析出，獲得大量彌散細小的Al3Zr等粒子，可以使Al3Zr等粒子在后續變形加工及熱處理過程中有效發揮釘扎晶界抑止再結晶的作用。控制Al3Zr等粒子的形態對改善合金的淬火敏感性也具有重要的作用。通常，根據所選取溫度點和保溫時間的不同可將均勻化分為單級、雙級和多級均勻化工藝等。傳統的均勻化熱處理方法多采用470°C左右單級均勻化熱處理24 72h的エ藝，經該方法處理的含Zr的7xxx系鋁合金的組織并不理想，第二相回溶不充分，而且Al3Zr粒子尺寸粗大、分布不均、失去釘扎晶界的作用；繼續升高溫度會很容易發生過燒，使材料報廢。今年來，國內外為此開展了相關的雙級或多級均勻化熱處理方法研究，多為44(T490°C范圍內的分級處理24 72h，經該方法處理的含Zr的7xxx系鋁合金的組織仍不夠十分理想，要么第二相回溶充分、晶粒粗長大明顯，要么Al3Zr均勻細小、第二相回溶不充分，而且部分方法不易操控、易發生過燒現象。如何根據合金特點、對合金鑄錠均勻化處理過程進行準確調控，實現對材料晶粒組織與第二相的合理調配，以提升合金組織均勻性及其綜合性能顯得至關重要，已成為當前7xxx系鋁合金研究領域的技術難點。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供ー種改善含Zr的7xxx系鋁合金組織與性能的階段均勻化熱處理方法，可以針對合金成分特點、充分調控合金中第二相與晶粒組織的演變，能顯著改善合金組織的均勻性及其綜合性能。為了實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案ー種改善含Zr的7xxx系鋁合金組織與性能的階段均勻化熱處理方法，所述方法主要包含以下エ藝步驟(I)階段I (彌散相均勻細小析出):將含Zr的7xxx系鋁合金鑄錠放入熱處理加熱爐中，由室溫升溫至T1進行保溫處理，用時h，其中，300°C彡T1 ( 450 °C,Ih彡h彡24h ; (2)階段II (低熔點共晶相充分回溶)即由溫度T1升溫至T2進行保溫處理，用時セ2，其中，460°C彡T2彡480°C, Ih彡t2彡48h ；(3)階段III (高熔點相充分回溶):即由溫度T2升溫至T3進行保溫處理，用時t3，其中，480°C彡T2彡510°C，0. Ih彡t3彡16h ;(4)完成步驟(3)，將含Zr的7xxx系鋁合金錠坯由T3溫度冷卻至室溫。本專利技術通過大量研究和エ業實踐發現，通過采用精細設計的階段均勻化熱處理方法(各階段可選擇單級或多級處理)，可以有效調控含Zr的7xxx系鋁合金在均勻化過程中的組織演變，在合金在均勻化的第一個階段使Zr元素均勻化、并通過控制Al3Zr相的形核和長大過程獲得均勻、細小分布的Al3Zr彌散粒子，并增加Al3Zr粒子的穩定性、使其在隨后較高溫均勻化處理過程中不易長大，這將利于增加其對晶界的釘扎作用，可有效抑制隨后較高溫度下熱處理時晶粒的長大；在第二個階段使低熔點的非平衡共晶相Mg(Zn，Cu，Al)2充分回溶，使其他第二相發生部分回溶，提高合金的熔點，同時繼續穩定已形成的Al3Zr彌散粒子；在第三個階段使未溶的高熔點相Al2CuMg和Al2Cu等可溶第二相在必要的時間內發生充分回溶，既最大程度的減少了合金中殘留相得數量，又防止了合金晶粒組織的長大。采用該方法、通過三個階段處理的協同，可有效改善現有方法的組織無法兼顧的技術缺陷，使合金獲得更佳的微觀組織和優良的綜合性能匹配，在合金強度水平得到提高的情況下，使合金的伸長率、斷裂韌性、抗應カ腐蝕性能和淬透性等性能得到顯著提高。而且，本專利技術方法在エ業條件下具有良好的可操作性，其需要的能耗與傳統方法相比基本相當、甚至更低。本專利技術的第一個優選方案為所述的ー種改善含Zr的7XXX系鋁合金組織與性能的階段均勻化熱處理方法，其主要包含以下エ藝步驟(1)階段I :將含Zr的7xxx系鋁合金鑄錠放入熱處理加熱爐中，由室溫升溫至T1進行保溫處理，用時h，其中，3800C^ T1彡440°C，4h ^ ^ 24h ;(2)階段II :即由溫度T1升溫至T2進行保溫處理，用時t2，其中，460°C彡T2彡480°C，12h彡t2彡48h ; (3)階段III :即由溫度T2升溫至T3進行保溫處理，用時本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改善含Zr的7xxx系鋁合金組織與性能的階段均勻化熱處理方法，所述方法包含以下工藝步驟：（1）階段I均勻化熱處理：將含Zr的7xxx系鋁合金鑄錠放入熱處理加熱裝置中，由室溫升溫至T1進行保溫處理，用時t1，其中，300℃≤T1≤450℃，1h≤t1≤24h；（2）階段II均勻化熱處理：即由溫度T1升溫至T2進行保溫處理，用時t2，其中，460℃≤T2≤480℃，1h≤t2≤48h；（3）階段III均勻化熱處理：即由溫度T2升溫至T3進行保溫處理，用時t3，其中，480℃≤T2≤510℃，0.1h≤t3≤16h；（4）完成步驟（3），將含Zr的7xxx系鋁合金錠坯由T3溫度冷卻至室溫。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李錫武，熊柏青，張永安，李志輝，劉紅偉，王鋒，朱寶宏，
申請(專利權)人：北京有色金屬研究總院，
類型：發明
國別省市：