一种较大直径AlZnMgCu合金挤压棒的非等温过时效处理方法与流程

本发明涉及一种较大直径alznmgcu合金挤压棒的非等温过时效处理方法，属于铝合金的热处理强化技术领域。

背景技术：

采用高强alznmgcu合金挤压棒直接制造或配合机加工等制备承力结构件是实现快速轨道交通工具和航空器结构轻量化的重要途径之一。随着中国高速列车和“大飞机”计划的不断推进，交通工具载重量和性能的持续提升对结构减重、挤压棒材等的综合性能提出了更严格的要求。

作为典型的析出强化合金，高品质alznmgcu合金挤压棒的综合性能强烈依赖时效技术。但是，单级峰时效只能最大化alznmgcu合金的强度。等温双级过时效提高合金抗应力腐蚀性能的结果则是以牺牲合金力学性能为前提的。回归再时效仅仅从理论上解决了alznmgcu合金的强度和耐蚀性能可以协同提升的可能性，但是其工艺窗口狭窄，工业应用难度极大。因此，alznmgcu合金的力学性能和抗应力腐蚀的协同提升是该系合金时效热处理需要解决的关键技术难点。

此外，随着近净成型、整体制造理念的重视程度不断加深，大尺寸alznmgcu合金结构件的时效热处理还存在厚截面构件芯部和表面层的时效程度差异而导致的组织及性能不均匀性问题，如高速铁路和大型航空航天设备使用的高性能轻质挤压棒材，该类制品力学和腐蚀性能水平及其均匀性的突破对满足我国高速轨道交通和航空航天领域急需的超强轻质结构件起着关键作用。因此，较大直径alznmgcu合金挤压棒的热处理强化处理应达到以下两个目的：(1)同时拥有较高的力学性能和抗应力腐蚀性能；(2)性能的径向不均匀性低。

技术实现要素：

针对现有的常规双级时效热处理的缺陷和不足，本发明提供了一种较大直径alznmgcu合金挤压棒的非等温过时效处理方法，已解决上述背景技术中的问题。

本发明从第一阶段预时效、第二阶段升温时效的升温速率、最高时效温度点以及降温时效的冷却速率四个因素的优化匹配出发，首先通过第一阶段预时效使合金晶内析出具有一定比例的gp区、η′相以及晶界η相；再通过第二阶段升温时效的升温速率和最高时效温度点的匹配，在抑制晶内半共格相粗化的同时，促使晶界η相粗化和断续；接着再以一定的冷却速率降温至室温，利用过饱和固溶体的再次脱溶二次强化基体，同时利用较大直径挤压棒材表面层和芯部升温、降温速率的相互补偿效应，达到控制晶内、晶界析出相尺寸以及其在棒材径向的优化分布，有效提高较大直径alznmgcu合金挤压棒的径向性能均匀性。

本发明一种较大直径alznmgcu合金挤压棒的非等温过时效处理方法，包括如下步骤：

(1)在15～18的挤压比条件下，得到直径60～80mm的alznmgcu合金挤压棒材。对挤压棒材进行固溶处理。固溶温度为470～480℃，固溶时间为1～2h，淬火转移时间≤10s；

(2)对固溶态的较大直径alznmgcu合金挤压棒按照低于最高时效温度点强化效果的欠时效进行第一阶段预时效处理。第一阶段预时效温度≤120℃，第一阶段预时效时间≤24h；

(3)第二阶段升温时效的升温速率为60℃～300℃/h，加热到预设的最高时效温度点为215～250℃，取消第二阶段时效的等温保温平台，升温至预设的最高时效温度点后立即以冷却速率为60℃～120℃/h进行降温时效。

本发明的有益效果是：

发明人在研究中发现，通过第一阶段预时效使合金晶内析出具有一定比例的gp区和η′相，同时在晶界析出η平衡相；在第二阶段升温时效中，晶内析出相由gp区和η′相演变为η′和η相，晶界相η完成粗化和断续过程。在冷却时效阶段，合金硬度随着晶内非平衡相的再次析出而升高，而晶界η相在降温的高温阶段继续粗化断续，使合金电导率持续增加。其中，第一阶段的时效组织状态将对升温时效行为产生重要影响。对固溶淬火态或严重欠时效样品态样品直接进行升温时效，不利于晶界析出相的断续和粗化，制约合金抗应力腐蚀性能的提升；而第一阶段如果采用峰时效或过时效处理，将导致非等温升温时效过程中晶内相的严重粗化，不利于合金强度的提升。非等温过时效的第二阶段升温时效的升温速率和最高时效温度点决定了合金的性能。升温速率越高，最高时效温度越高，合金的抗应力腐蚀性能越高。此外，取消等温保温阶段实现了热处理工艺的短流程操作。采用本发明的非等温过时效处理，较大直径alznmgcu合金挤压棒材的力学性能远远高于传统的双级热处理处理结果，但是电导率(%iacs)水平与传统的双级热处理处理结果相当。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更容易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更清楚明确的界点。

本发明对比例与实施例均采用挤压比为15的60mm直径的热挤压al8zn2mg2cu铝合金棒材，固溶热处理工艺为470℃,1h+480℃,1h，固溶后室温水淬火，淬火转移时间<10s。然后将对比例和实施例样品分别进行不同的时效处理，处理结束后对所有进行实施例和对比例样品进行电导率、硬度以及拉伸力学性能检测，性能测试结果见表1和表2。

对比例1：

挤压棒采用单级(120℃/24)峰时效方式进行时效。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果见表1所示。随后对峰时效样品进行室温拉伸性能测试，测试结果见表2。

对比例2：

试样采用等温双级(120℃/12h+160℃/18h)过时效方式进行时效。时效结束后进行硬度和电导率测试，实验结果见表1所示。随后对双级时效样品进行室温拉伸性能测试，测试结果见表2。

实施例1：

对经过自然时效(室温/24h)处理的预时效样品，以60℃/h的加热速率升温至215℃，到温后立即开始炉冷降温时效，降温速率为80℃/h。时效后进行硬度和电导率测试，实验结果见表1所示。对样品进行室温拉伸性能测试，测试结果见表2。

实施例2：

对经过自然时效(室温/24h)处理的预时效样品，在180下℃/h的加热速率升温至225℃，到温后立即开始炉冷降温时效，降温速率为80℃/h。时效后进行硬度和电导率测试，实验结果见表1所示。对样品进行室温拉伸性能测试，测试结果见表2。

实施例3：

对105℃/24h处理的预时效样品，以60℃/h的加热速率升温至215℃，到温后立即开始炉冷降温时效，降温速率为80℃/h。时效后进行硬度和电导率测试，实验结果见表1所示。对样品进行室温拉伸性能测试，测试结果见表2。

实施例4：

对105℃/24h处理的预时效样品，，以180℃/h的加热速率升温至225℃，到温后立即开始炉冷降温时效，降温速率为80℃/h。时效后进行硬度和电导率测试，实验结果见表1所示。对样品进行室温拉伸性能测试，测试结果见表2。

实施例5：

对120℃/24h处理的预时效样品，以60℃/h的加热速率升温至215℃，到温后立即开始炉冷降温时效，降温速率为80℃/h。时效后进行硬度和电导率测试，实验结果见表1所示。对样品进行室温拉伸性能测试，测试结果见表2。

实施例6：

对120℃/24h处理的预时效样品，，以180℃/h的加热速率升温至225℃，到温后立即开始炉冷降温时效，降温速率为80℃/h。时效后进行硬度和电导率测试，实验结果见表1所示。对样品进行室温拉伸性能测试，测试结果见表2。

利用tecnaig²20型高分辨透射电子显微镜检测不同非等温过时效下的alznmgcu合金的微观组织。结果表明，晶内析出相以η′相为主，包含一定量gp区和少量η相，而晶界上存在粗大断续的η相，此种微观组织特征既能有效保证力学性能，又能有效切断应力腐蚀通道，提高挤压棒的耐蚀性能。实施例中的非等温过时效所获得的挤压棒材抗拉强度为650mpa左右，电导率高于38%iacs。

综上所述，经过本发明提供的非等温过时效处理，较大直径alznmgcu合金挤压棒材可获得优异的力学和抗应力腐蚀腐蚀性能，在高速轨道交通和航空航天领域具有广阔的应用前景。

以上公开仅为本申请的具体实施例，任何落在本申请之内的工艺参数变化都应在本申请的保护范围内。

表1不同热处理制度试样的电导率及硬度的比较

表2不同热处理制度试样的常温力学性能比较