一种超高强高Zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺

本发明涉及铝合金热处理，具体为一种超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺。

背景技术：

1、al-zn-mg-cu合金由于其具有高强度、低密度和良好的加工性能等优点，被广泛应用于航空航天和军工领域。然而航空航天工业的迅速发展对铝合金的强塑性能提出了更高的要求。合金化元素含量的提高可以有效改善7xxx系铝合金的强度，但铸造过程中产生了大量微米级析出相，严重限制了材料的延伸率及疲劳性能。除此之外，由于常规制备高合金化合金的手段(喷射成型/粉末冶金)存在气孔率较高的缺陷，通常会进行挤压致密化处理。在此过程中，原始晶粒被拉长形成大量纤维状晶粒。疲劳过程中容易在这些晶粒内部发生局部应力应变集中，萌生裂纹。因此，急需开发一种可以大幅提高超高强铝合金强度和疲劳强度的热处理工艺。

技术实现思路

1、为了解决超高强铝合金疲劳强度低的问题，本发明的目的在于提供一种超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，该工艺是针对经挤压致密化处理后高zn含量7xxx系铝合金进行热处理，所述热处理过程为：首先进行双级固溶处理，经淬火处理后，再对其进行双级时效处理得到超高强抗疲劳铝合金。

4、所述双级固溶处理包括将所述铝合金经多次加热并进行一段时间的保温。

5、优选地，所述双级固溶处理为依次进行的第一级固溶和第二级固溶，其中：第一级固溶温度为400-450℃，保温时间为1-4h；第二级固溶温度为450-500℃，保温时间为2-10h。

6、优选地，所述固溶处理结束至淬火处理的转移时间为15s，淬火介质为室温水。

7、优选地，所述淬火处理结束至时效处理的转移时间为0-2h，时效设备为df-101s集热式恒温加热磁力搅拌器。

8、所述双级时效处理包括第一级时效处理和第二级时效处理，其中：第一级时效温度为50-100℃，保温时间为3-12h；第二级时效温度为100-150℃，保温时间为12-20h。

9、所述高zn含量7xxx系铝合金采用喷射沉积或粉末冶金制备而成，经挤压致密化处理后进行热处理。

10、所述高zn含量7xxx系铝合金按重量百分含量计的化学成分为：zn 7.6-10％、mg1.8-3.0％、cu 0.8-2.6％、zr 0.08-0.3％、余量为al及不可避免的杂质。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、经双级固溶处理后，合金中的析出相可以充分回溶，由此改善了富zn铝合金的固溶效果，提高了时效过程的析出动力。此外，第一级固溶可以有效释放挤压产生的残余应力，溶解低熔点相，提高基体的过饱和固溶度，优化固溶效果。与单级固溶处理相比，双级固溶的总固溶时间更长。因此，再结晶程度得到了大幅提高，降低了变形晶粒占比，有效改善了材料均匀性。除此之外，双级时效工艺可以改善析出相的析出效果，第一级时效优先析出原子团簇，降低后续亚稳mgzn2相的析出难度，提高时效效率，有效提高材料的强度和疲劳强度。

技术特征：

1.一种超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，其特征在于：该工艺是针对经挤压致密化处理后高zn含量7xxx系铝合金进行热处理，所述热处理过程为：首先进行双级固溶处理，经淬火处理后，再对其进行双级时效处理得到超高强抗疲劳铝合金。

2.根据权利要求1所述的超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，其特征在于：所述双级固溶处理包括将所述铝合金经多次加热并进行一段时间的保温。

3.根据权利要求1所述的超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，其特征在于：所述双级固溶处理为依次进行的第一级固溶和第二级固溶，其中：第一级固溶温度为400-450℃，保温时间为1-4h；第二级固溶温度为450-500℃，保温时间为2-10h。

4.根据权利要求1所述的超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，其特征在于：所述固溶处理结束至淬火处理的转移时间为15s，淬火介质为室温水。

5.根据权利要求1所述的超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，其特征在于：所述淬火处理结束至时效处理的转移时间为0-2h，时效设备为df-101s集热式恒温加热磁力搅拌器。

6.根据权利要求1或5所述的超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，其特征在于：所述双级时效处理包括第一级时效处理和第二级时效处理，其中：第一级时效温度为50-100℃，保温时间为3-12h；第二级时效温度为100-150℃，保温时间为12-20h。

7.根据权利要求1所述的超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，其特征在于：所述高zn含量7xxx系铝合金采用喷射沉积或粉末冶金制备而成，经挤压致密化处理后进行热处理。

8.根据权利要求1所述的超高强高zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，其特征在于：所述高zn含量7xxx系铝合金按重量百分含量计的化学成分为：zn 7.6-10％、mg 1.8-3.0％、cu 0.8-2.6％、zr 0.08-0.3％、余量为al及不可避免的杂质。

技术总结
本发明公开了一种超高强高Zn含量7xxx系铝合金的抗疲劳热处理工艺，属于铝合金热处理技术领域。该工艺是针对经挤压致密化处理后高Zn含量7xxx系铝合金进行热处理，所述热处理过程为：首先进行双级固溶处理，经淬火处理后，再对其进行双级时效处理得到超高强抗疲劳铝合金。本发明双级固溶提高了再结晶程度，降低了变形晶粒占比，有效改善了材料均匀性；双级时效工艺可以改善析出相的析出效果，有效提高材料的强度和疲劳强度。

技术研发人员：张振军,代仁杰,宫柏山,刘睿,侯嘉鹏,张哲峰
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22