一种快速提高铝合金强度的热处理方法

本发明涉及金属材料热处理技术领域，特别地，涉及一种快速提高铝合金强度的热处理方法。

背景技术：

al-zn-mg-cu系合金是一类超高强度、高韧性铝合金，具有很高的比强度和硬度、较好的耐腐蚀性能和优良的加工性能及焊接性能，是航天航空等高新技术领域的关键结构功能材料。目前，高强al-zn-mg-cu系合金主要制备方法为用传统的“固溶处理→预变形→预时效→回归处理→再时效”热处理工艺。然而，该工艺存在流程长、效率低和能耗大等问题。

与传统热处理设备相比，电脉冲辅助热处理设备布置紧凑，投资少，能耗低，无污染，非常适合当前我国低能耗、低污染的绿色生产战略。另外，由于脉冲电流的热效应和非热效应的作用，能够快速优化金属材料微观组织结构，提高材料的成形质量。因此脉冲电流辅助热处理技术已越来越多的受到我国相关单位和学者的重视，在先进制造技术发展的大背景下，电流辅助热处理技术的深入探索意义重大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种快速提高铝合金强度的热处理方法，以解决传统热处理效率低、能耗大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种快速提高铝合金强度的热处理方法，包括以下步骤：

步骤1：先对高强al-zn-mg-cu铝合金试样进行固溶处理，再对固溶处理后的铝合金试样进行淬火；

步骤2：将淬火后的铝合金试样装夹到蠕变机上，并通过蠕变机给铝合金试样施加一定载荷；

步骤3：将施加载荷后的铝合金试样进行电脉冲循环热处理；具体为：打开脉冲电源装置，对施加载荷后的铝合金试样通入脉冲电流，铝合金试样快速升温至170～190℃，当通入脉冲电流时间达到预设时间时，关闭脉冲电源装置，铝合金试样开始降温，待关闭脉冲电源时间达到预设时间时，再次打开脉冲电源装置，重复上述步骤；循环加热的次数为5～15次，每次循环升温和降温的预设时间均为3～6min。

本发明中，将电脉冲循环热处理最高温度设置为170～190℃，循环次数设置为5～15次，每次循环升温和降温时间设置为3～6min时，可以使析出相充分析出且抑制析出相的长大，从而达到快速强化铝合金的作用。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤3中，电脉冲具体参数为：脉冲电流大小为300～600a，脉冲频率为100～500hz，占空比为10～50％。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤1中，具体过程为：先将铝合金试样放在470℃时效炉中保温1h完成固溶处理，再将固溶处理后的试样在出炉后的3s内放置于20℃水中进行淬火。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤2中，将试样装夹到蠕变机上的具体过程为：

采用上绝缘夹头通过连接销安装在所述蠕变机的上横梁处，下绝缘夹头通过连接销安装在所述蠕变机的下横梁处；将淬火后的铝合金试样固定在所述蠕变机的上绝缘夹头和下绝缘夹头之间，将脉冲电源装置的正负电极夹块分别与淬火后铝合金试样的上端和下端充分接触以减少接触电阻；以使得脉冲电源装置能够通过导线和正负电极夹块将脉冲电流传递给铝合金试样。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤2中，所述蠕变机给试样施加0～200mpa的载荷。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤3中，采用数据记录仪对电脉冲循环加热过程中铝合金试样的表面温度进行监测。

本发明采用电脉冲循环热处理快速提高铝合金强度：一方面能够通过短时电脉冲循环热处理使试样温度快速升高，促进了原子的扩散，使析出相快速析出且分布均匀，同时快速降温抑制了析出相长大，从而获得了细小均匀分布的共格析出相；另一方面，由于脉冲电流的热效应和非热效应，降低再结晶形核势垒，促进再结晶，同时快速降温抑制了晶粒的长大，获得相对细小晶粒尺寸。由此，细小的晶粒和细小均匀分布的共格析出相提高了铝合金的强度。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)、本发明的热处理方法，首先对铝合金进行固溶和淬火处理，然后对其施加恒载荷，再进行短时电脉冲循环热处理，利用电脉冲电流快速升温和快速降温的特点，使合金获得了晶粒细小，析出相均匀分布的组织，通过细晶强化和析出相强化等协同强韧化作用，改善了铝合金的微观组织，实现了铝合金快速强化的目的。本发明不需要使用像t7751三级热处理制度来提高铝合金强度，减少了热处理工序和能耗，且该发明简单易行，环保，效率高、制造成本低。

(2)、本发明的热处理方法，工艺方法简单、效率高、能耗低且环保，易实现大规模生产，具有广阔的应用前景。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例1中电脉冲循环处理温度变化曲线；

图2是本发明实施例1中经过10次电脉冲循环热处理后tem图片；

图3是对比例t7751态试样的tem图片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

首先，将t7751态的7150铝合金试样放在470℃的时效炉中保温1h进行固溶处理，出炉后在3s内置于20℃水中进行淬火，淬火后铝合金试样的抗拉强度为503.9mpa，屈服强度为330mpa，延伸率为26.84％。

接着，将淬火后的铝合金试样放置于蠕变机内，开启蠕变机给铝合金试样施加载荷到200mpa，蠕变机通过正负电极夹块与试样贴紧，正负电极夹块与导线连接，脉冲电源装置的脉冲电流通过导线输送到正负电极夹块，然后传到铝合金试样。

然后，开启脉冲电源，对铝合金试样进行电脉冲加热，待加热时间达到3min时，关闭脉冲电源，铝合金试样开始降温，待降温时间达到3min时，完成了一次电脉冲循环热处理，再次开启脉冲电源，依次类推进行10次电脉冲循环热处理，其温度变化曲线如图1所示。该步骤中，电脉冲参数设置为：频率500hz，占空比50％，电流大小560a。

本实施例中，进行10次电脉冲循环热处理后，测得铝合金试样的抗拉强度为584.9mpa，屈服强度为522mpa，延伸率为12.28％；整个工艺过程时间小于3h。进行10次电脉冲循环热处理后，试样tem显微组织如图2所示，由此可以看出电脉冲循环热处理后，其细小共格析出相均匀分布在铝基体。

实施例2：

首先，将t7751态的7150铝合金试样放在470℃的时效炉中保温1h进行固溶处理，出炉后在3s内置于20℃水中进行淬火；

接着，将淬火后的铝合金试样放置于蠕变机内，开启蠕变机给试样加载力到200mpa，蠕变机通过正负电极夹块与铝合金试样贴紧，正负电极夹块与导线连接，脉冲电源装置的脉冲电流通过导线输送到正负电极夹块，然后传到铝合金试样；

然后，开启脉冲电源，对铝合金试样进行电脉冲加热，待加热时间达到3min时，关闭脉冲电源，试样开始降温，待降温时间达到3min时，完成了一次电脉冲循环热处理，再次开启脉冲电源，依次类推进行5次电脉冲循环热处理；其中，电脉冲参数设置为：频率500hz，占空比50％，电流大小560a。

本实施例中，进行5次电脉冲循环热处理后，测得试样的抗拉强度为542.2mpa，屈服强度为457mpa，延伸率为12.5％；整个工艺过程时间小于2h。

实施例3：

首先，将t7751态的7150铝合金试样放在470℃的时效炉中保温1h进行固溶处理，出炉后在3s内置于20℃水中进行淬火；

接着，将淬火后的铝合金试样放置于蠕变机内，开启蠕变机给试样加载力到200mpa，蠕变机通过正负电极夹块与铝合金试样贴紧，正负电极夹块与导线连接，脉冲电源装置的脉冲电流通过导线输送到正负电极夹块，然后传到铝合金试样；

然后，开启脉冲电源，对试样进行电脉冲加热，待加热时间达到3min时，关闭脉冲电源，试样开始降温，待降温时间达到3min时，完成了一次电脉冲循环热处理，再次开启脉冲电源，依次类推进行15次电脉冲循环热处理；电脉冲参数设置为：频率500hz，占空比50％，电流大小560a。

本实施例中，进行15次电脉冲循环热处理后，试样的抗拉强度为581.7mpa，屈服强度为512mpa，延伸率为12.18％；整个工艺过程时间小于4h。

对比例：

首先对t7751铝合金试样进行固溶淬火处理，其固溶温度是470℃，保温1h，出炉后在3s内置于20℃水中进行淬火；

接着进行预时效，预时效温度是120℃，预时效时间24h；接着进行回归处理，回归温度180℃，回归时间30min；

最后进行再时效，再时效温度是120℃，时效是24h；获得试样抗拉强度是594.9mpa，屈服强度是549mpa，延伸率是9.6％；整个工艺过程时间大于49h；

进行t7751态时效制度后，试样tem显微组织如图3所示，其粗大非共格析出相分布在铝基体。

表一为实施例1、实施例2、实施例3以及对比例四种不同热处理条件下，铝合金试样力学性能和处理时间表。

表一不同条件下铝合金试样力学性能和处理时间

由上表可知本发明的热处理方法，利用强脉冲电流快速升温和快速降温的特点改善了铝合金的微观组织，实现了铝合金快速强化的目的；通过循环脉冲加热，极大缩短了处理时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。