一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板的弯曲蠕变时效方法
【专利摘要】本发明提供一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板的弯曲蠕变时效方法，在保证成形的同时获得优于传统人工时效的材料性能，并有效地控制成形件的残余应力在50MPa以内。包括下述工艺步骤：(1)固溶淬火，在温度465℃～490℃下保温1h～4h，出炉后立即水淬；(2)弯曲加载，弯曲半径为800mm～5000mm；(3)蠕变时效，第一级制度为：100℃～140℃保温4h～7h，第二级制度为：150℃～190℃保温2h～24h；(4)卸载回弹，得到弯曲半径范围为1200mm～8000mm的成形件。本发明的优点在于：工件在成形的同时获得了可以比同厚度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板经传统双级人工时效制度处理后的屈服强度提高15%～20%，抗拉强度提高10%～15%，伸长率提高70%～100%，降低了合金板材残余应力。
【专利说明】—种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板的弯曲蠕变时效方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板的弯曲蠕变时效方法，属于有色金属材料加工工程【技术领域】。
【背景技术】
[0002]蠕变时效成形是新兴的一种适用于铝合金整体壁板成形的加工方法，在航空航天整体轻型器件制造中具有很好的应用潜力。Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是一种可热处理强化的高强铝合金，在蠕变时效成形过程中热处理强化与加工成形同步进行，大大缩短了生产周期。此外，由于成形过程处在低于屈服强度的应力条件下，不仅降低了裂纹产生几率和成形后的残余应力，而且提高了构件的抗疲劳和应力腐蚀能力。在蠕变成形中通常采用恒温制度，通过控制温度大小和时间长短而获得所需的蠕变量。而对于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，采用双级时效制度相比于单级时效制度能够获得更好的材料综合性能，故而在实际生产中更多地被采用。因此，迫切需要一种适合于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金蠕变成形方法的双级时效制度以使得蠕变成形后的工件具有良好的材料综合性能。
【发明内容】
[0003]针对现有技术状况，本发明的目的在于设计提供一种适合于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板(厚度为1mm~30mm) 的螺变双级时效成形方法,在保证成形的同时获得优于传统人工时效的材料性能，并有效地控制成形件的残余应力在50MPa以内。
[0004]本发明的目的通过以下方法实现。
[0005]一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板的弯曲蠕变时效方法，对Al-Zn-Mg-Cu系合金板材进行热处理时，包括以下步骤，首先对板材进行固溶，然后进行淬火，再将板材置于弯曲半径为800mm~5000mm的成形模具中并固定，再对板材进行第一次蠕变时效，随后保温，再进行第二次蠕变时效，随后保温，最后从模具中卸载板材。
[0006]所述的方法，所述的固溶温度为465°C~490°C，时间为I~4小时。
[0007]所述的方法，所述的第一次蠕变时效的温度为100°C~140°C，随后保温时间为4~7小时。
[0008]所述的方法，所述的第二次蠕变时效的温度为150°C~190°C，随后保温时间为2~24小时。
[0009]所述的方法，蠕变时所施加的应力为100_150Mpa。
[0010]所述的方法，所述的板材成形弯曲半径为1200mm~8000mm。
[0011]所述的方法，板材厚度为1mm~30mm。
[0012]本发明在热处理中有以下考虑:通过合金固溶-淬火后和蠕变时效前的预处理，在合金中获得大量的位错及位错组态，使得主要强化相析出弥散。回归处理中，由于外加蠕变应力的存在，合金处于一种高能量状态，析出相溶解迅速，致使合金在再时效过程中主要强化相更加弥散析出，晶界析出相不连续。有效的提高了合金板材的力学性能以及耐蚀性。[0013]本发明优点在于，Al-Zn-Mg-Cu系合金板材固溶-淬火后,对其进行少量的预变形，调控析出相析出行为，提高合金的力学性能以及耐蚀性。经过本发明所述的方法步骤后工件在成形的同时，获得了可以比同厚度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板经传统双级人工时效制度T76处理后的屈服强度提高15%~20%，抗拉强度提高10%~15%，伸长率提高70%~100% ;且成形工件的残余应力远小于传统塑性加工成形工件，该方法方法操作简便，效果显著，相比经过时效处理后加工板材，有利于成形/成性同时进行，节约成本，减少了生产周期。工业生产中具有实际应用价值。
[0014]本发明所指铝合金可采用不同的方法制备所需材料和(或)部件。蠕变时效采用中国专利201110209737.0:一种金属蠕变成形模具，在此模具上进行实验。室温拉伸实验按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，拉伸实验在CSS-44100万能材料力学拉伸机上进行，拉伸速度为2mm/min。本发明残余应力测试采用钻孔应变释放法，按照CB3395-1992测量板材的残余应力。
[0015]下面结合附图对本发明作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明方法步骤示意图；
[0017]图2为经本发明处理及未经本发明处理合金金相组织(a)本发明处理合金(b)未经本发明处理合金；
[0018]图3为经本发明处理及未经本发明处理合金TEM照片(a)本发明处理合金(b)未经本发明处理合金；
【具体实施方式】
[0019]以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。
[0020]各实施例中室温拉伸试验采用GB/T228-2002，分别沿板材轧向、横向割取样品进行本发明要求处理，随后进行力学性能测试。本发明残余应力测试采用钻孔应变释放法，按照CB3395-1992测量板材的残余应力。
[0021]本发明各实施例合金为A1-6.2Zn-2.4Mg_2.3Cu_0.1Zr合金。
[0022]实施例1
[0023]A 5mm厚板材采用475°C空气炉固溶60min后水淬，一级蠕变时效温度选取120°C，蠕变时间为4h，二级蠕变时效150°C /12h。蠕变应力为lOOMPa。成形预弯曲半径为1500_。
[0024]实施例2
[0025]B 2mm厚板材采用470°C空气炉固溶60min后水淬，一级蠕变时效温度选取120°C，蠕变时间为5h，二级蠕变时效150°C/18h。蠕变应力为150MPa。成形预弯曲半径为1200mm。
[0026]实施例3
[0027]C IOmm厚板材采用470 °C空气炉固溶60min后水淬，一级蠕变时效温度选取120°C，蠕变时间为4h，二级蠕变时效165°C/6h。蠕变应力为lOOMPa。成形预弯曲半径为1300mmo
[0028]实施例4
[0029]D 5mm厚板材采用470°C空气炉固溶60min后水淬，一级蠕变时效温度选取121°C，蠕变时间为5h，二级蠕变时效165°C/12h。蠕变应力为120MPa。成形预弯曲半径为1000mm。
[0030]实施例5
[0031]E IOmm厚板材采用470 °C空气炉固溶60min后水淬，一级蠕变时效温度选取121°C，蠕变时间为6h，二级蠕变时效180°C/4h。蠕变应力为lOOMPa。成形预弯曲半径为1300mmo
[0032]实施例6
[0033]F 5mm厚板材采用470°C空气炉固溶60min后水淬，一级蠕变时效温度选取121°C，蠕变时间为6h，二级蠕变时效180°C /6h。蠕变应力为lOOMPa。成形预弯曲半径为1300mm。
[0034]对比实施例1
[0035]G 5mm厚板材采用470°C空气炉固溶60min后水淬，常规人工时效温度选取121°C，时间为6h，二级人工时效180°C /6h。
[0036]表1本发明实施例及对比实施例处理后材料的室温力学性能及残余应力
[0037]
【权利要求】
1.一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板的弯曲蠕变时效方法，其特征在于，对Al-Zn-Mg-Cu系合金板材进行热处理时，包括以下步骤，首先对板材进行固溶，然后进行淬火，再将板材置于弯曲半径为800mm~5000_的成形模具中并固定,再对板材进行第一次螺变时效,随后保温，再进行第二次蠕变时效，随后保温，最后从模具中卸载板材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固溶温度为465°C~490°C，时间为I~4小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一次蠕变时效的温度为100°C~140°C，随后保温时间为4~7小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第二次蠕变时效的温度为150°C~190°C，随后保温时间为2~24小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蠕变时所施加的应力为100-150Mpa。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的板材成形弯曲半径为1200mm~8000mm。
7.根据权利要求1所述的 方法，其特征在于，板材厚度为1mm~30mm。
【文档编号】C22F1/04GK103540875SQ201310074584
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年3月9日 优先权日:2013年3月9日
【发明者】张新明, 孟庆功, 邓运来, 周良道, 杨金龙, 吴波, 张劲, 李强, 叶凌英, 李思宇 申请人:中南大学, 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院