一种改善7050-t7451铝合金厚板机械性能的加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种改善7050-T7451铝合金厚板机械性能 的加工方法。
【背景技术】
[0002] 7050-T7451 (Al-Zn-Mg-Cu)铝合金，又称高强铝合金，具有比强度高、高韧耐蚀、易 加工成形、成本低、易回收、环境友好等优点，在航空航天工业中得到了广泛的应用。几十年 来，铝及铝合金的应用受到钛及钛合金和复合材料的挑战，但高性能铝合金厚板作为主体 承力材料的地位基本没有改变。
[0003] 随着现代科技的不断发展，新一代飞机对材料提出了更高的要求。先进飞行器的 零件服役条件苛刻，且构造复杂，要求一体化，许多复杂构件需要采用超塑性成型技术来制 造。从20世纪60年代开始，铝合金超塑性就受到了国内外材料工作者普遍重视，包括超 塑性变形力学行为、变形过程中的组织演变、变形机制、电脉冲和电场对材料超塑性的影响 等。
[0004] 国内外学者多采用大塑性变形方法制备超细晶材料达到超塑性，搅拌摩擦加工法 是一种用于材料微观组织改性和制造的方法，该方法是加工区材料在搅拌作用下产生剧烈 塑性变形、混合、破碎和热暴露，从而实现微观结构的致密化、均匀化和细化。采用该技术 制备晶粒尺寸为纳米级的细晶铝合金，其强度和塑性都得到很大提高，以其能耗低、无污 染、工艺简单、细化效果明显备受国内外学者亲睐。但传统的搅拌摩擦加工方法，受到搅拌 设备热输入及热循环的影响大，其相邻搭接搅拌区（stirZone，SZ)之间存在热机影响区 (ThermoMechanicalAffectedZone,TMAZ)及热影响区（HeatAffectedZone,HAZ)，并 且由于晶粒粗大及具有一定的方向性，热机影响区及热影响区的存在往往成为超塑成形过 程的薄弱区域。近期新开发的双面搅拌摩擦加工法较好的弥补了传统搅拌摩擦加工方法的 缺陷，可以消除热机影响区及热影响区，使组织均匀性得到解决，但其反面加工的热输入使 正面搅拌区的析出相数目增多，尺寸粗大，影响了力学性能的均匀性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种改善7050-T7451铝合金厚板机械性能的加工方法，采 用本发明方法可使7050铝合金厚板消除HAZ、TMAZ组织，正反面SZ析出相数量与尺寸无明 显差别，达到微观组织均匀化；并且各搅拌区显微硬度差别明显减小，塑性显著提高，抗拉 强度显著提高。本发明的技术方案如下： 一种改善7050-T7451铝合金厚板机械性能的加工方法，包括以下工艺步骤： (1) 将热处理炉升温至450~500°C，将7050-T7451铝合金原始厚板放入热处理炉中加 热2. 5~6h，得到热处理后的7050铝合金板材； (2) 将热处理后的7050铝合金板材淬火并矫直； (3) 进行正面搅拌摩擦加工，搅拌头中心轴倾角为2. 5°，搅拌头转速为500~700rpm， 加工速度为80~120mm/min，每道次之间轴肩搭接量为35~65%，加工5道次； (4)进行反面搅拌摩擦加工，其中加工搅拌针中心插入点距离正面第一道次搅拌针中 心插入点偏移30~55%，搅拌头中心轴倾角为2. 5°，搅拌头转速为500~700rpm，加工速度为 80~120mm/min，每道次之间轴肩搭接量为35~65%，加工4道次，得到机械性能改善的7050铝 合金厚板。
[0006] 所述机械性能改善的7050铝合金厚板微观组织均匀，晶粒明显细化；硬度分布为 130. 1~152. 9HV，抗拉强度为 466~503MPa，延伸率为 30. 6~3L2%。
[0007] 本发明的有益效果如下： 1.本发明方法首先对7050-T7451铝合金原始厚板进行热处理，可调节7050铝合金元 素的固溶程度，提升加工后板材组织及性能的均匀化程度和机械性能。
[0008] 2.对热处理后的铝合金板材采用双面搅拌摩擦加工，可显著细化板材微观组织， 并能够消除传统搅拌摩擦加工产生的热机影响区及热影响区，提高材料的塑性。
[0009] 3.本发明是目前研宄中搅拌摩擦加工后硬度跨度最小的加工方式；和传统加工 方法相比，本发明加工后相邻搅拌区之间消除了热影响区、热机影响区；和近期新开发的双 面搅拌摩擦加工法相比，正反面搅拌区析出相的差异显著减小，硬度值显著提高，且跨度不 超过10HV，没有出现以搅拌区宽度为周期的凸凹变化，分布更为均匀，并且板材抗拉强度和 塑性均提尚。
[0010] 4.本发明方法制备的铝合金厚板，晶粒尺寸彡10ym，微观组织均勾，晶粒明显细 化；硬度分布为130. 1~152. 9HV，抗拉强度为466~503MPa，延伸率为30. 6~31. 2%。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明7050-T7451铝合金原始板材金相组织形貌； 图2是本发明热处理后的7050铝合金板材金相组织形貌； 图3是本发明实施例1制备的7050铝合金厚板横截面金相组织形貌； 图4是图3中相邻的两个搅拌区金相组织形貌； 图5是图3中正面加工搅拌区SEM组织形貌； 图6是图3中反面加工搅拌区SEM组织形貌； 图7是本发明实施例2制备的7050铝合金厚板横截面金相组织形貌； 图8是本发明的7050铝合金厚板与双面FSP中心厚度方向搅拌区的硬度分布比较。
【具体实施方式】
[0012] 本发明实施采用的热处理炉为箱式电阻炉，型号为SRJX-8-15。
[0013] 本发明实施采用的7050-T7451铝合金原始板材为市售产品。
[0014] 实施例1 (1) 将热处理炉升温至450°C，将7050-T7451铝合金原始厚板放入热处理炉中加热6h， 得到热处理后的7050铝合金板材； (2) 将热处理后的7050铝合金板材淬火并矫直； (3) 进行正面搅拌摩擦加工，搅拌头中心轴倾角为2. 5°，搅拌头转速为500~700rpm， 加工速度为80~120mm/min，每道次之间轴肩搭接量为35~65%，加工5道次； (4)进行反面搅拌摩擦加工，其中加工搅拌针中心插入点距离正面第一道次搅拌针中 心插入点偏移30~55%，搅拌头中心轴倾角为2. 5°，搅拌头转速为500~700rpm，加工速度为 80~120mm/min，每道次之间轴肩搭接量为35~65%，加工4道次，得到机械性能改善的7050铝 合金厚板。
[0015] 实验结果：对本实施例的7050铝合金厚板进行性能测试，晶粒明显细化，微观组 织均匀，正反面搅拌区的析出相数量与尺寸均匀，硬度分布为130. 1~141.0HV，抗拉强度为 466MPa，延伸率为 30. 6%。
[0016] 实施例2 (1) 将热处理炉升温至500°C，将7050-T7451铝合金原始厚板放入热处理炉中加热 2. 5h，得到热处理后的7050铝合金板材； (2) 将热处理后的7050铝合金板材淬火并矫直； (3) 进行正面搅拌摩擦加工，搅拌头中心轴倾角为2. 5°，搅拌头转速为500~700rpm， 加工速度为80~120mm/min，每道次之间轴肩搭接量为35~65%，加工5道次； (4) 进行反面搅拌摩擦加工，其中加工搅拌针中心插入点距离正面第一道次搅拌针中 心插入点偏移30~55%，搅拌头中心轴倾角为2. 5°，搅拌头转速为500~700rpm，加工速度为 80~120mm/min，每道次之间轴肩搭接量为35~65%，加工4道次，得到机械性能改善的7050铝 合金厚板。
[0017] 实验结果：对本实施例的7050铝合金厚板进行性能测试，晶粒明显细化，微观组 织均匀，正反面搅拌区的析出相数量与尺寸均匀，硬度分布为144. 7~152.9HV，抗拉强度为 503MPa，延伸率为 31. 2%。
[0018] 表1采用不同加工方法制备的7050铝合金厚板的拉伸性能比较
【主权项】
1. 一种改善7050-T7451铝合金厚板机械性能的加工方法，其特征在于包括以下工艺 步骤： (1) 将热处理炉升温至450~500°C，将7050-T7451铝合金原始厚板放入热处理炉中加 热2. 5~6h，得到热处理后的7050铝合金板材； (2) 将热处理后的7050铝合金板材淬火并矫直； (3) 进行正面搅拌摩擦加工，搅拌头中心轴倾角为2. 5°，搅拌头转速为500~700rpm， 加工速度为80~120mm/min，每道次之间轴肩搭接量为35~65%，加工5道次； (4) 进行反面搅拌摩擦加工，其中加工搅拌针中心插入点距离正面第一道次搅拌针中 心插入点偏移30~55%，搅拌头中心轴倾角为2. 5°，搅拌头转速为500~700rpm，加工速度为 80~120mm/min，每道次之间轴肩搭接量为35~65%，加工4道次，得到机械性能改善的7050铝 合金厚板。2. 根据权利要求1所述的一种改善7050-T7451铝合金厚板机械性能的加工方法，其 特征在于所述机械性能改善的7050铝合金厚板硬度分布为130. 1~152. 9HV，抗拉强度为 466~503MPa，延伸率为 30. 6~3L 2%。
【专利摘要】本发明提供一种改善7050-T7451铝合金厚板机械性能的加工方法，属于冶金技术领域，包括以下工艺步骤：（1）热处理；（2）淬火并矫直；（3）正面搅拌摩擦加工；（4）反面搅拌摩擦加工，得到微观组织均匀，晶粒明显细化的7050铝合金厚板。本发明是目前研究中搅拌摩擦加工后硬度跨度最小的加工方式；和传统加工方法相比，消除了板材的热影响区、热机影响区；和近期新开发的双面搅拌摩擦加工法相比，正反面搅拌区析出相的差异显著减小，硬度值显著提高，且跨度不超过10HV。此外，本发明方法制备的铝合金厚板，硬度为130.1~152.9HV，抗拉强度为466~503MPa，延伸率为30.6~31.2%。
【IPC分类】B23P15/00, C22F1/04
【公开号】CN104985393
【申请号】CN201510315469
【发明人】杨文静, 丁桦, 李继忠, 张文井, 温学
【申请人】东北大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月10日