同時提高鋁合金強度、抗疲勞性能的熱處理方法，是將經過460-495℃/1-2小時固溶處理的鋁鋅鎂銅合金加熱至70-120℃，保溫24-96小時；然后，在150-170℃，保溫2-120分鐘并冷卻至室溫后，再在70-120℃下保溫24-96小時后出爐空冷。所述鋁鋅鎂銅合金包括下述組分：Zn,Mg,Cu，Mn,Zr,Al。本發明專利技術工藝方法簡單合理，通過三級時效熱處理工藝，使鋁鋅鎂銅合金晶界處于過時效狀態，晶內組織主要由η’相和G.P.區組成。晶界的過時效組織具有優異的抗腐蝕性能，而晶內的G.P.區粒子有利于位錯在交變應力作用下的往復滑移和裂紋閉合，提高抗疲勞性能，使合金具有優良的抗應力腐蝕性能和抗剝落腐蝕性能，適于工業化應用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術公開了一種；具體涉及一種同時提高鋁鋅鎂銅合金的強度、抗疲勞綜合性能的熱處理方法。屬于金屬材料熱處理
技術介紹
高Zn含量的Al-Zn-Mg-Cu合金具有超過600MPa的抗拉強度，在航空航天等眾多領域具有廣泛的用途。以往，常常只關注Al-Zn-Mg-Cu合金的強度和耐腐蝕性能。隨著航空科技的發展，尤其是隨著損傷容限設計理論的發展，對于Al-Zn-Mg-Cu合金，不僅要求鋁合金具有超高的強度和優良的耐腐蝕性能，更要求優異的抗疲勞性能。這種集綜合優異性能于一身的鋁合金處理技術是航空領域迫切需要的。 研究表明，該系合金為了獲得最高的抗拉強度，通常采用T6峰值時效處理方法。但該方法處理的鋁合金材料的晶內組織為彌散分布的GP區粒子和η ’相，晶界組織為連續分布的Π相粒子。由于晶界粒子呈連續分布，導致耐腐蝕性能差。為了提高鋁合金抗應力腐蝕性能，過去幾十年采取的方法是將鋁合金進行兩級過時效處理，得到斷續分布的晶界粒子，如Τ73、Τ74、Τ76等過時效狀態。但是，這些過時效狀態在得到斷續分布的晶界粒子的同時，也使得晶內強化粒子粗化，造成合金強度下降。近年來開發出的回歸再時效(RRA)三級時效處理技術，可以在保持晶內彌散組織的同時，將晶界粒子處理成過時效的斷續分布狀態，較好地實現了抗拉強度和抗腐蝕性能的協同提高。然而，對于航空用鋁合金而言，除強度和抗應力腐蝕性能外，更加關注抗疲勞性能。雖然有研究報道了 7055-Τ7751合金的低周疲勞行為，但航空鋁合金更加關注的是高周疲勞，而且高周疲勞行為與低周疲勞有著本質的區別。在高周疲勞方面，有研究報道了三級時效(RRA)處理對Al-Zn-Mg-Cu合金抗疲勞性能的影響，該研究采用了較高的回歸溫度，雖然相對于過時效處理(Τ7351、Τ761)方法而言，合金的抗疲勞性能有所提高，其裂紋擴展速率在AK=28Mpam1/2下，為4. OXKrtim/cycle，但與2000系鋁合金的抗疲勞性能水平(Δ K=33MPam1/2下,2. OX l(T3mm/cycle)相比,相去甚遠。研究表明，經過時效處理的合金在疲勞過程中裂紋幾乎完全沿晶界擴展，三級時效(RRA)處理的合金試樣中也有相當部分的裂紋沿晶界擴展。究其原因，這是由于合金經過時效處理和三級時效處理后產生了晶界無析出帶，晶界無析出帶是合金組織的薄弱區域，因此，晶界無析出帶成為了疲勞裂紋擴展的通道。由此可見，阻止疲勞裂紋沿無析出帶擴展成為提高合金抗疲勞性能的關鍵。如何阻止疲勞裂紋沿晶界無析出帶擴展呢？減小晶界無析出帶寬度、提高晶界強度可以阻止裂紋沿晶界無析出帶擴展。這樣，就需要降低三級時效處理的回歸溫度。但是，降低回歸溫度必然會降低晶界的過時效程度和影響晶界析出粒子的分散性，從而降低合金的抗應力腐蝕性能。因此，開發新的三級時效處理技術，調節合金中晶界無析出帶寬度，提高晶內過時效程度，在提高合金晶界強度的同時，適當降低合金的晶內強度，抑制和避免疲勞裂紋沿晶界無析出帶擴展，成為在保持高強度和優良耐腐蝕性能的前提下，大幅度提高Al-Zn-Mg-Cu合金抗疲勞性能的唯一有效途徑。如果能夠使其達到與2000系鋁合金相當水平的抗疲勞性能，對于提升該合金在航空領域的應用水平將具有重要意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術之不足而提供一種工藝方法簡單合理、可有效提高Al-Zn-Mg-Cu合金常規拉伸強度、抗疲勞綜合性能的熱處理方法。本專利技術，是采用下述方案實現的將經過固溶處理的淬火態鋁鋅鎂銅合金加熱至70_120°C，保溫24-96 小時，出爐空冷至室溫，然后，升溫至150-170°C，保溫2-120分鐘，出爐空冷至室溫后，再加熱至70-120°C下保溫24-96小時，出爐空冷。本專利技術中，鋁鋅鎂銅合金包括下述組分，按重量百分比組成Zn5. 9-8. 4%, MnO. 2-0. 6%, Mg I. 6-2. 4%, Cu2. 0-2. 6%,余量為 Al。本專利技術中，鋁鋅鎂銅合金包括下述組分，按重量百分比組成Zn5. 9-8. 4%, MnO. 2-0. 6%, Mg I. 6-2. 4%, Cu2. 0-2. 6%, Zr O. 05-0. 25%,余量為 Al。本專利技術中，固溶處理工藝為460_495°C /1-2小時。本專利技術采用上述工藝方法，Al-Zn-Mg-Cu合金經過70_120°C較長時間的預時效，150-170 V較低溫度、較短時間的回歸處理以及70-120°C較長時間的再時效(第三級時效)處理。由于采用了稍低于常規回歸的溫度，獲得足夠分散的晶界過時效粒子，可以有效減小晶界無析出帶寬度并使合金保持較高的抗應力腐蝕性能，同時使得合金晶內粒子粗化、間距增大、彌散度下降。隨后，進行的長時間的再時效(第三級時效)，可以有效提高合金晶內的過時效程度、降低晶內強度，這樣的組織具有較高的晶界強度和較低的晶內強度，可有效避免疲勞裂紋沿晶界擴展的現象的發生。同時，雖然晶內粒子長大、間距增大和彌散度下降，但晶內組織仍然主要是G. P.區粒子和η’相，沒有出現Π平衡相。很顯然，G.P.區粒子和H’相與基體保持有共格和半共格界面關系，可以被位錯切割。而且粒子間距較大，在疲勞過程中的交變應力作用下，無疑將有利于裂紋尖端處位錯的往復滑移，乃至于疲勞裂紋的閉合，表現出高的耐疲勞性能。同時，以G.P.區粒子和η’相為主要強化相的合金還具有更高的室溫強度。此外，Al-Zn-Mg-Cu合金經過較低溫度回歸和較長時間再時效的三級時效處理后，晶界析出了非連續的粗大n平衡相，顯示出了較好的抗應力腐蝕和抗剝落腐蝕性能。綜上所述，本專利技術工藝方法簡單合理，通過較低溫度回歸和較長時間再時效的三級時效熱處理工藝，使Al-Zn-Mg-Cu合金獲得了以G.P.區粒子和η’相為主的晶內組織，該組織結構不僅具有高強度，而且有利于疲勞過程中裂紋尖端的位錯往復滑移和裂紋閉合，大幅度提高了疲勞性能。在AK=33MPam1/2的疲勞裂紋擴展速率約2.0X10_3mm/CyCl e左右，達到了與2000系鋁合金相當的抗疲勞性能水平。同時，晶界組織為粗大、分離的η平衡相粒子，使合金具有較好的抗應力腐蝕性能和抗剝落腐蝕性能，適于工業化應用。附圖說明附圖Ia是本專利技術實施例I采用70°C /96h單級時效熱處理的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蝕液中浸泡48h后的表面形貌。附圖Ib是本專利技術實施例2采用100°C /24h+160°C /2min+100°C /24h三級時效的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蝕液中浸泡48h后的表面形貌。附圖Ic是本專利技術實施例3采用70°C /24h+170°C /20min+100°C /96h三級時效的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蝕液中浸泡48h后的表面形貌。附圖Id是本專利技術實施例4采用100°C /24h+160°C /120min+100°C /24h三級時效的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蝕液中浸泡48h后的表面形貌。附圖Ie是本專利技術實施例5采用100°C /24h+170°C /30min+100°C /24h三級時效的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蝕液中浸泡48h后的表面形貌。 附圖If是本專利技術實施例6采用100°C /24h+170°本文檔來自技高網...
【技術保護點】
同時提高鋁合金強度、抗疲勞性能的熱處理方法，其特征在于：將經過固溶處理的淬火態鋁鋅鎂銅合金加熱至70？120℃，保溫24？96小時，出爐空冷至室溫，然后，升溫至150？170℃，保溫2？120分鐘，出爐空冷至室溫后，再加熱至70？120℃下保溫24？96小時，出爐空冷。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉志義，夏鵬，高麗芳，陳旭，林茂，陳來，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：
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