一种提高7系合金厚板均匀性和抗腐蚀性能的热处理工艺的制作方法
【技术领域】 [0001] 本发明涉及一种金属的热处理工艺，尤其涉及一种高强铝合金厚板的 一种热处理工艺。
【背景技术】 [0002] 7系铝合金具有密度低、强度高、较好的加工性能等特点而广泛用于航 天、航空和汽车工业等领域。近年来，为了减轻重量，降低成本，飞机结构件向着大型化及整 体化的方向发展，对大截面的7系合金厚板及锻件提出了迫切需求。但该系铝合金存在淬 火敏感性，其力学性能和抗腐蚀性能随淬火速率的减小而降低，导致厚板厚度方向性能的 不均匀。
[0003] 淬火速率低时平衡相在弥散粒子、晶界及亚晶界上析出，降低合金的过饱和度、减 弱时效强化效果。而时效热处理可以改变铝合金中的析出相的类型、尺寸大小、数量和分 布，从而影响7铝合金的综合力学性能及抗腐蚀性能，其中晶内析出相特征是控制合金强 度的主要因素。晶内析出相尺寸小密度高且不易被位错切割，有利于提高合金的强度；晶界 析出相特征主要影响合金的塑性、韧性和抗腐蚀性能，晶界析出相数量少、尺寸小和不连续 分布均有利于提高合金的塑性、韧性和抗腐蚀性能。因此，如何控制热处理过程中晶内和晶 界析出相的特征，对于提高合金综合力学性能与抗腐蚀性能有重要意义。
[0004] 7系高强度铝合金厚板，在淬火后有两个显著特点：（1表层到中心层冷却速率的 差异，导致厚度方向性能的不均匀，强度相差达到15% ; (2)抗腐蚀性能差。以上两点制约了 该系列合金厚板的广泛航空工业应用。因此，提高该系合金厚板的均匀性和抗腐蚀性能成 为该系列合金的难点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决7系合金厚板的不均匀性和抗腐蚀性能较差的问题，采 取多级固溶处理，预拉伸和逐级升温的多级时效工艺，显著提高了该系合金厚板的均匀性 和抗腐蚀性能。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 对高强铝合金依次进行多级固溶处理、末端淬火、预拉伸、长时间自然时效处理、低温 长时时效处理和中温时效处理。
[0007] 对高强铝合金依次进行多级固溶处理、末端淬火、预拉伸、长时间自然时效处理、 低温长时时效处理和中温时效处理，具体过程为： 1) 多级固溶处理：工艺参数为，第一级，温度400~440°C，时间3h~6h;第二级， 温度440~470°C，时间lh~3h;第三级，温度470~490°C，时间0. 5h~2h; 2) 末端淬火：冷却至室温，淬火介质为室温水，淬火样品尺寸：（20-30mm)X (20-30mm)X(110-150mm)，在末端淬火装置上对样品一端进行喷水冷却，淬火转移时间不 超过15s; 3) 预拉伸：工艺参数为，在末端淬火完成后2-8h之内，在末端淬火样品中心沿喷水方 向切下l-4mm厚的薄片进行1%~3%预拉伸变形； 4) 长时间自然时效处理：工艺参数为，温度室温，时间120h~240h; 5) 低温长时时效处理：工艺参数为，温度60~90°C，时间24h~48h，温度90~ 110°C，时间 12h~36h; 6) 中温时效处理：工艺参数为，温度110~140°C，时间6h~24h。
[0008]所述的高强铝合金为7050热轧厚板，其质量百分成分为： Al-6.06Zn-2.20Mg-2.12Cu-0.llZr-0.05Fe-0.05Ti-0.05Si。
[0009] 步骤1)中第一级温度保持在420~440°C，放入试样，当到达固溶温度时开始计 时，保温4h，然后以1°C/h慢速升温至第二级固溶处理，温度保持在450~465°C，保温2h， 再以l°C/h慢速升温至第三级固溶处理，温度保持在470~485°C，保温lh;然后将样品快 速转移到末端淬火装置上对其一端喷水冷却。
[0010] 所述步骤3)中对薄片进行2%预拉伸变形。
[0011] 所述步骤4)中将样品在室温下放置时间为180h。
[0012] 所述步骤5)中将炉温保持在85°C，当到达时效温度时开始计时，保温36h后，将 炉温升高至l〇5°C，保温24h，出炉后空冷至室温。
[0013] 所述步骤6)对铝合金进行中温时间效处理，将炉温保持在125°C，当到达时效温 度时开始计时，保温12h，出炉后空冷至室温。
[0014] 本发明的积极效果： 本发明显著提高高强铝合金厚板的均匀性和抗腐蚀性能。该系合金厚板淬火过程中心 部存在淬不透的现象，常规的峰值时效或者过时效热处理工艺导致厚板沿厚度方向组织性 能不均匀，而对淬火后的厚板采用预拉伸和逐级升温的多级时效工艺，有利于厚板芯层晶 内强化相的析出及晶界析出相的粗化，从而显著提高该系铝合金厚板的均匀性和抗腐蚀性 能，本发明所采用的热处理工艺已经实现工业应用。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明第三级时效时不同时效温度的淬透性曲线对比图； 图2为本发明第三级时效时不同时效温度的硬度保留值对比图； 图3为本发明第四级时效时不同时效温度的淬透性曲线对比图； 图4为本发明第四级时效时不同时效温度的硬度保留值对比图； 图5峰值时效制度下的淬透性曲线图； 图6为本发明逐渐升温的多级时效时剥落腐蚀照片(从左至右冷却速率逐渐降低）； 图7为峰值时效时剥落腐蚀照片(从左至右冷却速率逐渐降低)。
【具体实施方式】
[0016] 实验设备：普通热处理炉、末端淬火装置（水温为室温）、水浴保温箱 实验材料：7050铝合金(成分如表1所示)、厚度为80mm热轧板 表1 7050铝合金成分
实施例1热处理工艺共分六步进行： 第一步，对7050铝合金样品进行多级固溶处理，第一级，温度420°C，时间4h;第二 级，温度450°C，时间1.5h;第三级，温度485°C，时间0. 7h; 第二步，对末端淬样品进行一端喷水冷却至室温，淬火介质为室温水（淬火转移时间 不超过15s); 第三步，淬火后4h之内，对7050铝合金样品进行2%预拉伸变形； 第四步，对7050铝合金样品进行长时间自然时效处理，在室温下放置时间180h; 第五步，对7050铝合金样品进行低温长时间时效处理，将炉温保持在85°C，当到达时 效温度时开始计时，保温36h后，再将炉温分别设置为90°C、105°C和110°C中到温后保温 24h； 第六步，对7050铝合金样品进行中温时效处理，将炉温保持在121 °C，当到达时 效温度时开始计时，保温24h;分别得到图1和图2,图1和图2中1表示时效工艺 为：自然时效180h+85°C/36h+90°C/24h+121°C/24h;2表示时效工艺为：自然时效 180h+85°C/36h+105°C/24h+121°C/24h;3 表示时效工艺为：自然时效 180h+85°C/36h+110 °C/24h+121°C/24h。
[0017] 实施例2 第一步，对7050铝合金样品进行多级固溶处理，第一级，温度420°C，时间3h;第二 级，温度450°C，时间2h;第三级，温度490°C