一种Al‑Mg‑Si‑Cu‑Zr‑Sc铝合金的多级热处理工艺的制作方法

本发明涉及一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的三级升温固溶热处理工艺，属于铝合金热处理技术领域。

背景技术：
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高强度高韧性Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀、热加工性能好等优点，是航空航天、交通运输领域的重要结构材料。随着航空航天、交通运输等工业技术的发展，对结构材料的要求逐渐提高。通过微合金化可以有效抑制Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金再结晶和晶粒长大、保持变形回复组织。Zr、Sc是到目前为止所发现的对抑制铝合金再结晶最为有效的两种合金元素，在铝合金中复合添加Zr、Sc可提高Al-Mg-Si-Cu合金的强度、塑性、耐蚀和焊接等性能。另外，铝合金中复合添加Zr、Sc对合金热处理过程中的组织性能变化有着显著影响，当前对Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金热处理技术的认识还不够深入和系统，缺乏有效的理论依据和数据积累，因此亟待对Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的热处理工艺开展系统深入的研究。

技术实现要素：
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本发明所要解决的技术问题是，本发明一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺，包括固溶处理和时效处理，所述固溶处理采用三级强化升温，所述固溶处理启始温度在230±5℃温度下保温1-2小时，然后所述固溶处理温升温至550±5℃温度下保温1-2小时，最后所述固溶处理温度升温至575±5℃保温0.5-1小时，所述时效处理为单级时效处理，并且处理时间满足：在170℃温度下保温12-16小时。

作为优选，所述Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的化学成分为：Mg的质量分数 为1.0％～1.4％，Si的质量分数为0.8％～1.3％，Cu的质量分数为0.9％～1.3％，Zr的质量分数为0.05％～0.15％，Sc的质量分数为0.02％～0.06％，其余组分为Al。

作为优选，所述固溶处理在温度575±5℃保温0.5-1小时后立即在室温的水中淬火5分钟。

作为优选，所述淬火转移时间小于10秒钟。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：本发明系统研究了固溶温度，固溶时间对一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金力学性能及微观组织的影响。通常情况，在不发生过烧的状态下，固溶温度越高，回溶的合金元素浓度也就越大，也就提高了合金的固溶程度，淬火后的过饱和固溶体的浓度也就越高，使合金时效析出的相变驱动力增大，析出相增加，时效后产生的析出相细小、弥散沿晶界分布，阻碍位错运动，从而可以提高合金的强度；而影响固溶处理的主要因素有固溶温度、保温时间和冷却速度，其中固溶温度的影响最大，而保温时间也对合金强度有较大的影响，合金第二相粒子有足够的时间溶入基体中，在随后的淬火中形成过饱和固溶体，从而在时效过程中析出更多的强化相，因此强度提高，然而固溶处理时的加热，除了发生强化相溶解外，也可能发生再结晶和晶粒长大过程，因此固溶温度不宜过高，保温时间不宜过长。合金中加入Zr、Sc后，其在热处理过程中抑制再结晶的能力显著增强，固溶热处理的温度可以适当提高。

与现有技术比较，本发明采用了三级升温强化固溶处理的技术方案，使该合金首先在230±5℃温度下保温1-2小时，然后升温至550±5℃温度下保温1-2小时，最后升温至575±5℃保温0.5-1小时后立即取出水淬；然后进行单级时效热处理：在170℃温度下保温12-16小时；第一级固溶处理属于针对Al3Zr、Al3Sc的低温预处理，通过高温处理之前适当的预处理来控制Al3Zr、Al3Sc弥散相的尺寸及其弥散程度；第二级固溶热处理为常规处理，其目的是使合金中Mg、Si、 Cu等强化元素固溶，在此阶段大部分低熔点化合物溶解于铝基体内，但依然会有少量化合物未溶解；第三级固溶热处理为强化处理，随着温度升高，Mg、Si、Cu等强化元素的固溶程度进一步提高；通过三级升温强化固溶处理，一方面合金中大部分低熔点等原子均匀细小的分布在晶界处，达到抑制固溶处理后再结晶晶粒长大的目的，另一方面铝基体中强化元素浓度升高，为随后的时效处理提供良好的基础。而单级固溶处理中原子来不及均匀扩散就发生了自身的长大，导致抑制再结晶晶粒长大的效果减弱，另外合金元素在铝基体中的浓度也低于三级固溶。因此三级固溶较单级固溶可以显著提高合金的力学性能。本发明提供的铝合金的固溶热处理方法提高了一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的性能，使该合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到：443MPa、370MPa、18％。因此扩大了该种铝合金在工业领域的应用范围。

附图说明：

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为本发明实施例Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的化学成分表；

附图2为本发明实施例Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金三级固溶时效处理后力学性能表；

附图3为为本发明实施例Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金单级固溶时效处理后力学性能表；

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述，图1至图3所示的一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺，包括固溶处理和时效处理，所述固溶处理采用三级强化升温，所述固溶处理启始温度在230±5℃温度下保温1-2小时，然后所述固溶处理温升温至550±5℃温度下保温1-2小时，最后所述固溶处理温度升温至575±5℃保温0.5-1小时，所述时效处理为单级时效处 理，并且处理时间满足：在170℃温度下保温12-16小时。

为了保证Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的力学性能，所述Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的化学成分为：Mg的质量分数为1.0％～1.4％，Si的质量分数为0.8％～1.3％，Cu的质量分数为0.9％～1.3％，Zr的质量分数为0.05％～0.15％，Sc的质量分数为0.02％～0.06％，其余组分为Al。

为了保证Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金在固溶处理时能达到可控和可靠的力学性能，所述固溶处理在温度575±5℃保温0.5-1小时后立即在室温的水中淬火5分钟。

为了保证Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金在淬火后能达到一个满意的力学性能，所述淬火转移时间小于10秒钟。

具体的，将成分如图1所示的Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金挤压棒材放入电阻炉进行三级固溶处理：首先在230℃温度下保温1小时，然后升温至550℃温度下保温2小时，最后升温至575℃保温0.5小时后立即在室温的水中淬火5分钟，其中淬火转移时间小于10秒；然后进行单级时效热处理：在170℃温度下保温14小时。图2是棒材固溶时效处理后的性能。

对比例

将同样成分的Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金挤压棒材放入电阻炉进行单级固溶处理：升温至550℃温度下保温2小时，然后在室温的水中淬火5分钟，其中淬火转移时间小于10秒；然后进行单级时效热处理：在170℃温度下保温14小时。图3是棒材固溶时效处理后的性能。

从图2和图3可以看出，同样成分的Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金，在经过三级升温固溶处理后，其抗拉强度、屈服强度、断后延伸率均比单级固溶处理有了较明显的提高。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何 形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。