一种提高超高强铝合金塑性的方法与流程

本发明涉及一种金属材料塑性提高方法，尤其是一种超高强铝合金塑性的提高方法，具体地说是一种综合利用热压缩、ecap、预回复、固溶、时效技术来提高超高强铝合金塑性的方法。

背景技术：

al-zn-mg-cu（7000）合金是一类重要的具有高强度、低密度及良好的热加工性能等优点有合金材料，是航空航天领域首选的结构材料。近年来，在我国航空航天、高速列车、汽车快速发展的推动下，7000系超高强铝合金也成为了研究的热点。但是该合金的不足之处是脆性大，塑性差。

为了满足不同条件下的使用要求，合金的塑性必须得到提高。合金成份的调整和强化处理工艺的调整是提高合金性能的主要方法。7000系超高强铝合金属于时效强化合金，合金的性能对固溶、时效工艺有较强的依赖性。因此结合提高7000系合金的几种主要方法改善该合金脆性大，塑性差的缺点，对提高超高强铝合金的塑性具有重要的实际意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的al-zn-mg-cu（7000）超高强铝合金塑料差的问题，发明一种提高超高强铝合金塑性的方法。

本发明的技术方案是：

一种提高超高强铝合金塑性的方法，其特征在于它前处理和后处理，所述的前处理为依次进行的第一次热压缩、能够有效细化晶粒的等通道转角挤压、第二次热压缩和预回复处理，所述的后处理为后续强化热处理。

所述的第一次的热压缩是将超高强铝合金加热至400±5℃，保温2±0.5h后进行变形量不小于50%的压缩变形。

所述的等通道转角挤压是将经过第一次热压缩的超高强铝合金再次加热至400±5℃，保温2±0.5h后放入模具中进行等通道转角挤压处理。

所述的第二次热压缩是将经过等通道转角挤压的超高强铝合金再次加热至400±5℃，保温0.5h后进行压下率不小于50%的变形处理。

所述的预回复处理是将经过第二次热压缩的超高强铝合金进行250±5℃×24h、300±5℃×6h和400±5℃×6h的预回复退火处理。

所述的后续强化热处理为固溶处理+时效处理。

所述的固溶处理是指对经过预处理的超高强铝合金进行450±5℃×2h、460±5℃×2h和470±5℃×2h的强化固溶处理；所述时效处理是指将经过固溶处理的超高强铝合金在常温下立即进行水淬，水淬温度为25±5℃，然后进行100℃×0h～48h（梯度为6h）或120℃×0h~48h（梯度为6h）的时效处理。

本发明所涉及的超高强铝合金是指经过均质化处理的挤压态7000系（al-zn-mg-cu）合金，它主要由铝（al）、锌（zn）、镁（mg）、铜（cu）、锆（zr）、锶（sr）组成，其中铝（al）的质量百分比为77.56~85.24%，锌（zn）的质量百分比9.7~14.31%，镁（mg）的质量百分比为2.5~4.1%，铜（cu）的质量百分比2.33~3.64%，锆（zr）的质量百分比0.184~0.286%，锶（sr）的质量百分比0.042~0.098%，各组分之和为100%。

本发明的有益效果：

（1）经本发明方法处理的合金，塑性牟提高95%左右。

（2）经本发明方法处理的合金，合金的其他部分性能得以保持或提高。

（3）本发明所述超高强铝合金塑性提高方法，操作简单，设备要求低，具备很好的应用前景。

（4）本发明为后续提高超高强铝合金的塑性提供了参考。

附图说明

图1是实施例一未经本发明前处理的合金的拉伸断口形貌。

图2是经过本发明前处理的实施例一合金的拉伸断口形貌。

图3是实施例二未经本发明前处理的合金的拉伸断口形貌。

图4是经过本发明前处理的实施例二合金的拉伸断口形貌。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图2所示。

将实测质量分数为al-13.01zn-3.16mg-2.8cu-0.204zr-0.0757sr的挤压态超高强铝合金，切割取样后，进行第一次的热压缩，将超高强铝合金加热至400±5℃，保温2±0.5h后进行变形量为50%的压缩变形；之后将超高强铝合金加热至400±5℃，保温2±0.5h后再放入凹模通道夹角φ=110°的模具中进行等通道转角挤压处理（也可采用其它相同或等效的模具进行等通道转角挤压）以细化第一次热压缩后的铝合金晶粒；之后将超高强铝合金加热至400±5℃，保温0.5±0.5h后进行压下率为50%的热变形；然后将超高强铝合金进行250±5℃×24h、300±5℃×6h和400±5℃×6h的三次预回复退火处理。随后，对预回复后的合金进行450±5℃´2h+460±5℃´2h+470±5℃´2h的强化固溶处理，固溶结束后立即水淬，水温为25±5℃。水淬处理后，对合金进行120℃×48h（也可以为100℃×48h）的时效处理。最后对其硬度，导电率，强度进行测量，对其进行xrd，ebsd分析，进行晶间腐蚀，剥落腐蚀实验，以得到其峰值时效时各方面的性能指标，并与只进行热压缩-强化固溶及时效处理的试样对比。

实验结果如下（表1）：

实验结果表明，热压缩-等通道转角挤压-热压缩-预回复前处理及后续的强化时效处理对al-13.01zn-3.16mg-2.8cu-0.204zr-0.0757sr合金的硬度几乎没有影响，导电率略有下降。热压缩-等通道转角挤压-热压缩-预回复前处理后的合金相比只进行热压缩-固溶-时效处理其延伸率明显得到提升，即材料的塑性显著提高。其抗晶间腐蚀能力和抗剥落腐蚀性能也有所提高，晶粒尺寸也得到了细化。经过本发明前处理的合金的拉伸断口形貌如图2所示，图1是未经过本发明工艺处理的拉伸断口形貌图。

实施例二。

如图4所示。

将实测质量分数为al-10.78zn-2.78mg-2.59cu-0.22zr-0.047sr的挤压态超高强铝合金，切割取样后，进行第一次的热压缩，将超高强铝合金加热至400±5℃，保温2±0.5h后进行变形量为50%的压缩变形；之后将超高强铝合金再次加热至400±5℃，保温2±0.5h后再放入凹模通道夹角φ=110°（也可采用其它相同或等效的模具进行等通道转角挤压）的模具中进行ecap挤压处理；之后将超高强铝合金加热至400℃，保温0.5h后进行压下率为50%的热变形；然后将超高强铝合金进行250±5℃×24h、300±5℃×6h和400±5℃×6h的三次预回复退火处理。随后，对预回复后的合金进行450℃´2h+460℃´2h+470℃´2h的强化固溶处理，固溶结束后立即水淬，水温为25±5℃。水淬处理后，对合金进行120℃×48h的时效处理。最后对其硬度，导电率，强度进行测量，对其进行xrd，ebsd分析，进行晶间腐蚀，剥落腐蚀实验，以得到其峰值时效时各方面的性能指标，并与只进行热压缩-强化固溶及时效处理的试样对比。

实验结果如下（表2）：

实验结果表明，热压缩-ecap-热压缩-预回复前处理对al-10.78zn-2.78mg-2.59cu-0.22zr-0.047sr合金的硬度几乎没有影响，导电率提高，热压缩-ecap-热压缩-预回复前处理后的合金相比只进行热压缩-固溶-时效处理的延伸率明显得到提升，即材料塑性得到明显的提升。其晶粒尺寸得到了细化，抗晶间腐蚀能力也有所提高。经过本发明前处理的合金的拉伸断口形貌如图4所示，图3是未经过本发明工艺处理的拉伸断口形貌图。

实施例三。

本实施例与实施例一的区别在于第一次压缩变形和第二次压缩变形的量为55%，最后的时效处理采用的是100℃×48h，实测效果与实施例一相仿，由此说明，第一次压缩变形和第二次压缩变形的量增加对本发明的作用有效，因此50%为最佳压缩变形量，同时，申请人也对压缩变形量小于50%的工艺进行了试验，实验数据表明，当第一次压缩变形和第二次压缩变形的量小于50%时，延伸率明显下降，同比增长不超过20%，难以满足使用要求。

实施例四。

本实施例与实施例一的区别在于最后的时效处理采用的是100℃×0h，100℃×6h，100℃×12h，100℃×18h，100℃×24h，100℃×30h，100℃×36h，100℃×42h，实测效果与实施例一相近似，还是以100℃×48h为最佳。

实施例五。

本实施例与实施例四的区别在于最后的时效处理采用的是120℃×0h，120℃×6h，120℃×12h，120℃×18h，120℃×24h，120℃×30h，120℃×36h，120℃×42h，实测效果与实施例一相近似，还是以120℃×48h为最佳。

实施例六。

本实施例与实施例二的区别在于第一次压缩变形和第二次压缩变形的量为55%，最后的时效处理采用的是100℃×48h，压缩变形量的变化对实验结果的影响与实施例三相近似，时效处理温度的变化对实验结果的影响不大，性能参数与实施例二相近似。

实施例七。

本实施例与实施例六的区别在于最后的时效处理分别采用的是：100℃×0h，100℃×6h，100℃×12h，100℃×18h，100℃×24h，100℃×30h，100℃×36h，100℃×42h，实测效果与实施例二相近似，其中还是以100℃×48h为最佳。

实施例八。

本实施例与实施例七的区别在于最后的时效处理分别采用的是：120℃×0h，120℃×6h，120℃×12h，120℃×18h，120℃×24h，120℃×30h，120℃×36h，120℃×42h，实测效果与实施例二相近似，其中还是以120℃×48h为最佳。

实施例九。

将实测质量分数为al-9.7zn-2.5mg-2.33cu-0.184zr-0.042sr的挤压态超高强铝合金，采用与实施例一相同的工艺进行处理，实测参数也与实施例一相近似。

实施例十。

将实测质量分数为al-14.31zn-4.1mg-3.64cu-0.286zr-0.098sr的挤压态超高强铝合金，采用与实施例二相同的工艺进行处理，实测参数也与实施例二相近似。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。