改善7系铝合金抗晶间与抗应力腐蚀性能的热处理工艺的制作方法

本发明涉及一种提高7系超高强铝合金抗晶间腐蚀性能以及抗应力腐蚀性能的热处理方法，本发明涉及金属热处理领域。

背景技术：

7系铝合金具有较高的比强度和硬度，以及优良的加工性能，被广泛应用于生产制造领域中。随着现代工业的不断发展，对其性能有进一步的要求：在保持合金高强度、硬度的情况下，也要求其具有更优良的抗晶间腐蚀性和抗应力腐蚀性能。

7系铝合金是一种典型的可热处理强化的铝合金，通过热处理可以得到很高的强度、硬度等力学性能。但是在储存后却出现应力腐蚀开裂以及晶间腐蚀的情况，不利于7系铝合金的进一步发展与应用。

7系铝合金的热处理工艺主要为固溶与时效。固溶处理使合金中粗大的第二相回溶到基体中，同时会对晶粒的形态和尺寸、再结晶程度以及固溶体的过饱和度等产生很大影响，导致材料组织发生变化，进而影响抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能。传统的固溶处理大都为单级固溶，这种处理不能使第二相充分溶入基体中，导致时效析出阶段不够理想，从而使得合金的晶间腐蚀性能提高不显著。二级固溶时由于极限固溶温度高于合金的多相共晶温度，此时合金中粗大第二相能够最大程度地回溶到基体中，从而提高抗晶间腐蚀性能。时效处理时，过饱和固溶体从基体中析出形成弥散第二相，进一步对合金产生强化作用。峰时效处理可以使7系铝合金获得较高的强度，但其抗晶间腐蚀性能下降却很明显；过时效虽然可以提高其抗应力腐蚀性能和断裂韧性，但是此时合金的强度却损失的很严重。

针对铝合金材料的固溶时效制度，很多学者已经开展了广泛研究。但由于铝合金的力学性能往往与其抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能成反比，因此目前尚未开发出较好的热处理制度来平衡三者之间的相互矛盾，并真正被应用于实际生产。因此，开发一种优越的的双级固溶双级时效热处理制度，既能保证铝合金高强度和硬度等力学性能，又使其具有良好的抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能，显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服背景技术中所陈述的铝合金力学性能、抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能之间的矛盾而提供一种提高7系铝合金综合性能的热处理工艺制度。

本发明所涉及的在保持7系铝合金强度和硬度较高水平的基础上，提高其抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的方法，步骤如下：

(1)对7系铝合金进行双级固溶热处理：将试样随炉升温，首先将温度升高到440℃～460℃进行一级固溶热处理，处理时间0.5～2h，然后将温度升高到475℃～500℃进行第二级固溶处理，处理时间0.5～2h；

(2)双级固溶热处理结束后立即进行淬火处理，淬火介质为室温水，并冷却到室温状态；

(3)进行双级时效热处理：将试样随炉升温到110℃～140℃进行一级时效处理，时效处理时间为2～12h，随后继续升温到150℃～170℃进行第二级时效处理，第二级时效时间16～36h；

(4)进一步地，在上述热处理过程中的淬火阶段，步骤(2)中淬火转移时间小于16s。

本发明采用双级固溶热处理工艺，第二级高温固溶阶段能够使合金中更多的粗大第二相粒子溶入基体中，提高过饱和度，保证合金在淬火后有优良的强度和硬度，并且为时效阶段做好准备。在时效阶段，第一阶段为低温预时效处理，使合金析出细小弥散的第二相，并且促进GP区形核；第二级时效处理为150℃～170℃，处理时间16h～36h，该阶段进一步促进第二相析出。通过合理控制时效的时间，在强度和硬度略微下降的情况下，使合金具有优良的抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀性能。经过这几个阶段的热处理，本发明不仅保证了高强铝合金的强度和硬度，还使铝合金具有优良的抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能，突破了传统热处理工艺中强度、硬度与晶间腐蚀性能、应力腐蚀性能不可兼得的技术难题。

本发明的工艺流程简单，热处理操作难度不大，具有良好的可推广性，极大的提高了该合金的使用领域与范围。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步的说明：

图1为本发明的对比例1的晶间腐蚀晶相图；

图2为本发明的对比例2的晶间腐蚀晶相图；

图3为本发明的对比例1的扫描电镜图；

图4为本发明的对比例2的扫描电镜图。

具体实施方式

下面通过以上附图并且结合具体实例对本发明做进一步说明。

本发明提高7系超高强铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理方法，将试样依次进行双级固溶处理、快速淬火处理和双级时效热处理。具体包括以下步骤：

(1)首先对7系超高强度铝合金进行双级固溶处理，即先在440℃～460℃进行一级固溶热处理，处理时间0.5～2h，再在475℃～500℃进行第二级固溶处理，处理时间0.5～2h。控制好晶粒的长大程度，避免过烧晶粒的出现，提高溶质原子的过饱和度，为双级时效处理时弥散相的析出做好准备；

(2)在双级固溶处理后进行淬火处理并冷却至室温，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水；

(3)淬火后先进行一级低温时效，时效温度为110℃～140℃，时效时间为2～12h；然后升温到150℃～170℃进行第二级时效处理，时效处理时间16～36h。

本发明中各实施例以及对比样采用相同成分和规格的7系铝合金试样，所采用的7系铝合金成分如表1所示。

表1各实施例和对比样中所采用的7系铝合金成分/wt％

实施例1：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括双级固溶、淬火、双级时效热处理。首先进行一级固溶处理，将试样按一定的升温速率随炉加热至440℃，保温0.5h。保温完成后继续随炉升温至500℃，保温0.5h继续进行二级固溶处理。固溶结束后立马转移进行淬火并冷却至室温。然后进行双级时效处理。所述双级时效处理具体为：首先在110℃下保温2h进行一级时效处理，保温完成后继续升温至170℃，保温36h进行二级时效处理。

所述的热处理升温阶段升温速率10°/s，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水。

实施例2：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括双级固溶、淬火、双级时效热处理。首先进行一级固溶处理，将试样按一定的升温速率随炉加热至450℃，保温0.5h，保温完成后继续随炉升温至485℃，保温1.5h进行二级固溶处理。固溶结束后立马转移进行淬火并冷却至室温。

然后进行双级时效处理。所述的双级时效处理具体为：在110℃下保温10h进行一级时效处理，保温完成后继续升温至160℃，保温36h进行二级时效处理。

所述的热处理升温阶段升温速率10°/s，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水。

实施例3：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括双级固溶、淬火、双级时效热处理。首先进行一级固溶处理，将试样按一定的升温速率随炉加热至460℃，保温0.5h，保温完成后继续随炉升温至485℃，保温2h进行二级固溶处理。固溶结束后立马转移进行淬火并冷却至室温。然后进行双级时效处理。

所述的双级时效处理具体为：在140℃下保温10h进行一级时效处理，保温完成后继续升温至170℃，保温36h进行二级时效处理。

所述的热处理升温阶段升温速率10°/s，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水。

实施例4：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括双级固溶、淬火、双级时效热处理。首先进行一级固溶处理，将试样按一定的升温速率随炉加热至460℃，保温2h，保温完成后继续随炉升温至500℃，保温2h进行二级固溶处理。固溶结束后立马转移进行淬火并冷却至室温。然后进行双级时效处理。

所述的双级时效处理具体为:在140℃下保温2h进行一级时效处理，保温完成后继续升温至150℃，保温16h进行二级时效处理。

所述的热处理升温阶段升温速率10°/s，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水。

实施例5：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括双级固溶、淬火、双级时效热处理。首先进行一级固溶处理，将试样按一定的升温速率随炉加热至460℃，保温2h，保温完成后继续随炉升温至500℃，保温2h进行二级固溶处理。固溶结束后立马转移进行淬火并冷却至室温。然后进行双级时效处理。

所述的双级时效处理具体为:在120℃下保温8h进行一级时效处理，保温完成后继续升温至170℃，保温24h进行二级时效处理。

实施例6：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括双级固溶、淬火、双级时效热处理。首先将试样进行双级固溶处理，在460℃下保温2h，然后升温至495℃并保温2h，然后淬火并冷却至室温。

随后进行双级时效处理：将试样进行一级时效处理，随炉升温至110℃，保温12h。保温结束后进行第二级时效处理，继续升温至170℃，保温24h。

所述的热处理升温阶段升温速率10°/s，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水。

实施例7：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括双级固溶、淬火、双级时效热处理。首先将试样进行双级固溶处理，在450℃下保温1h，然后升温至495℃并保温1h，然后淬火并冷却至室温。

然后将固溶处理并淬火后的试样进行双级时效处理：将试样进行一级时效处理，随炉升温至120℃，保温8h。保温结束后进行第二级时效处理，继续升温至160℃，保温22h。

所述的热处理升温阶段升温速率10°/s，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水。

实施例8：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括双级固溶、淬火、双级时效热处理。首先将试样进行双级固溶处理，在460℃下保温1h，然后升温至500℃并保温1h，然后淬火并冷却至室温。

然后将固溶处理并淬火后的试样进行双级时效处理：将试样进行一级时效处理，随炉升温至110℃，保温2h。保温结束后进行第二级时效处理，继续升温至170℃，保温12h。

所述的热处理升温阶段升温速率10°/s，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水。

对比例1：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括固溶处理、淬火以及时效热处理。将试样进行单级固溶处理，随炉升温至450℃并保温2h。结束后淬火并冷却至室温，然后进行升级时效处理为：在120℃下保温8h，继续升温至160℃下保温22h。

所述的热处理升温阶段升温速率10°/s，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水。

对比例2：

一种提高7系铝合金抗晶间腐蚀性能和抗应力腐蚀性能的热处理工艺，包括固溶处理、淬火以及时效热处理。将试样进行双级固溶处理，在450℃下保温1h，然后升温至495℃并保温1h，双级固溶热处理结束后立即转移淬火，然后在140℃下保温30h进行一级时效处理。

所述的热处理升温阶段升温速率10°/s，淬火转移时间小于16s，淬火介质为室温水。

上述实施例及对比例中固溶时效制度以及合金的性能见表2所示。

表2不同固溶时效制度下合金的各项参数值

由图1、图2表明，采用本发明的双级固溶双级时效处理，合金基体内的粗大第二相数量明显减少，且弥散度更高。

由对比例1、对比例2中的各项性能参数可知，在单极固溶或者单级时效制度的处理下，无法得到最佳的性能。

由实施例8可看出此时的晶间腐蚀深度最小，同时其强度、硬度与抗应力腐蚀性能具佳。