專利名稱：一種用于Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)化的均勻化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)化的均勻化處理方法， 屬于金屬材料類及冶金領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為高強(qiáng)高韌鋁合金的主體，Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金因具有高的比強(qiáng)度 和硬度、較好的耐腐蝕性能和較高的韌性、優(yōu)良的加工性能及焊接性能，廣泛應(yīng)用于航空和 航天領(lǐng)域，成為該領(lǐng)域中重要的結(jié)構(gòu)材料之一。眾所周知，Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金 的制備包括熔煉鑄造、均勻化處理、塑性加工和熱處理等工藝環(huán)節(jié)。由于金屬和合金在凝固 時(shí)一般都存在枝晶偏析等缺陷，必須通過均勻化處理消除或降低晶內(nèi)化學(xué)成分和組織的不 均勻性、消除或降低鑄錠內(nèi)應(yīng)力，促使第二相溶解，減小第二相的體積分?jǐn)?shù)并提高合金元素 在基體中的固溶度，從而改善合金的性能。由于Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金的合金元 素含量一般均較高，因此均勻化處理對(duì)于該系合金性能的改善和提高尤其重要。目前，國內(nèi) 外對(duì)于Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金的均勻化處理已進(jìn)行了大量研究，并先后開發(fā)出了 單級(jí)、雙級(jí)和/或多級(jí)等不同的均勻化處理工藝，并建立了相關(guān)的理論和工程應(yīng)用的工藝 規(guī)范，但這些已開發(fā)出的均勻化處理工藝都是在合金冷卻到室溫后重新加熱到均勻化處理 溫度條件下進(jìn)行的。由于需要重新加熱，很明顯，這些已開發(fā)出來的均勻化處理工藝存在加 熱和保溫時(shí)間長、能源消耗大等問題，此外，還必須嚴(yán)格控制加熱方式和加熱速度等工藝因 素，因?yàn)橐坏┘訜岱绞胶图訜崴俣冗x擇不當(dāng)，將會(huì)產(chǎn)生加熱不均從而難以達(dá)到均勻化處理 的目的，嚴(yán)重時(shí)甚至使合金產(chǎn)生過燒等缺陷，并最終導(dǎo)致合金的綜合力學(xué)性能受到影響。因 此如何避開Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金現(xiàn)有均勻化處理工藝的不足，研究開發(fā)新型的 均勻化處理方法對(duì)于最大限度地發(fā)揮均勻化處理對(duì)Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金的強(qiáng) 化作用就顯得尤為重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金通常使用的均勻化 處理方法的不足，提出一種用于Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金強(qiáng)化的均勻化處理方法， 采用這種方法既可以節(jié)約能源、縮短均勻化保溫時(shí)間且不影響均勻化處理效果，從而有助 于進(jìn)一步改善Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金的性能并拓寬其應(yīng)用范圍。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種將Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金的鑄造過 程和均勻化處理過程有機(jī)結(jié)合的均勻化處理方法。該方法是將Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金按成分配比(該具體的成分配比是由 Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金的牌號(hào)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)而確定)熔化后升溫到720-740°C，撈 去合金液表面浮渣，然后在740-760°C間用復(fù)合細(xì)化精煉劑處理5-10分鐘，處理完畢后攪 拌合金熔體并在750°C靜置25-40分鐘，靜置完畢后撈去合金熔體表面的浮雜物，然后進(jìn)行金屬型鑄造，在鑄造過程中當(dāng)合金的溫度降到固相線溫度以下的均勻化處理溫度后(均勻 化處理溫度是450°C -470°C)，將合金放入箱式電阻爐中保溫10-36h，然后取出空冷。上述均勻化處理方法中所用的復(fù)合細(xì)化精煉劑的重量百分比組成為1(Γ30%氟化 鈰、4(Γ60%顆粒狀富鈰混合稀土和1(Γ30%六氯乙烷，其中富鈰混合稀土中的稀土含量大于 90%，鈰含量大于60%，顆粒尺寸不大于1毫米。較好的復(fù)合細(xì)化精煉劑的重量百分比組成為30%氟化鈰、40%顆粒狀富鈰混合稀 土、30%六氯乙烷，其中顆粒狀富鈰混合稀土的稀土含量大于90%，顆粒尺寸不大于1毫米， 鈰含量大于60%。以上所用的復(fù)合細(xì)化精煉劑中的氟化鈰和富鑭混合稀土除了起變質(zhì)作用和細(xì)化 作用外，還有精煉除氣和除渣等作用。六氯乙烷主要起精煉除氣和除渣作用，此外，其與鋁 合金熔液反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡還可以對(duì)合金液起攪拌作用。而這些對(duì)于合金熔體的質(zhì)量及獲得 細(xì)小的鑄態(tài)組織均有積極的作用，并反映到合金最終力學(xué)性能的提高上。下面結(jié)合圖1具體說明本發(fā)明與傳統(tǒng)均勻化處理方法的區(qū)別。從圖1可以看到， Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金傳統(tǒng)均勻化處理方法是在合金鑄造冷卻到室溫后，然后再 重新加熱到均勻化處理溫度保溫一定的時(shí)間，然后進(jìn)行空冷。而本發(fā)明提出的均勻化處理 方法則是在合金鑄造冷卻過程中進(jìn)行均勻化處理，即在合金溫度降到固相線溫度以下的均 勻化處理溫度時(shí)隨即保溫一定的時(shí)間，然后進(jìn)行空冷。顯然，本發(fā)明提出的均勻化處理方 法，由于將鑄造過程和熱處理過程有機(jī)結(jié)合，避免了原有均勻化處理方法在合金凝固冷卻 后重新加熱這一工藝過程，有效解決了因重新加熱的加熱方式和加熱速率控制不當(dāng)帶來的 問題；而且由于合金凝固冷卻和固溶處理處于連續(xù)過程之中，使得合金一直處于溫度較高 的狀態(tài)，內(nèi)部原子的擴(kuò)散能力強(qiáng)，加之一些低熔點(diǎn)合金相還未完全析出，因此可以保證在較 短的時(shí)間內(nèi)獲得較大的過飽和固溶度度，為后續(xù)固溶和時(shí)效處理奠定了很好的組織基礎(chǔ)。 同時(shí)，較短的均勻化保溫時(shí)間帶來的成本效益也是十分顯著的。
圖1傳統(tǒng)均勻化處理和本發(fā)明提出的均勻化處理方法的對(duì)比圖，圖1 (a)是傳統(tǒng) 方法，圖1 (b)是本發(fā)明方法。
具體實(shí)施例方式以下通過具體的三個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和效果作進(jìn)一步的闡述。每個(gè)實(shí)施例所采用的合金牌號(hào)、鑄造方法、均勻化處理工藝、后續(xù)擠壓處理工藝、 固溶處理工藝、時(shí)效處理工藝以及與采用傳統(tǒng)均勻化處理工藝處理合金的室溫拉伸性能對(duì) 比測試結(jié)果列于表1之中。從表中可以看到，由于本發(fā)明使合金的凝固冷卻和均勻化處理處于連續(xù)過程之 中，使得可以在較短的均勻化時(shí)間內(nèi)獲得與傳統(tǒng)均勻化方法相當(dāng)?shù)男Чs短了均勻化保 溫時(shí)間，節(jié)約了成本。此外，還可獲得較大的過飽和固溶度，從而有利于后續(xù)的熱處理強(qiáng)化 效果。以7055 (Al-8%Zn-2. 0%Mg-2. 2%Cu-0. 10%Zr)超高強(qiáng)度鋁合金為例，采用本發(fā)明提出 的新型均勻化處理方法，合金的均勻化保溫時(shí)間可縮短60%，可節(jié)約均勻化處理成本52%， 且合金的室溫抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率與傳統(tǒng)均勻化處理工藝相當(dāng)。
以上三個(gè)實(shí)施例的具體采用的鑄造方法、均勻化處理工藝均相同，均是將 Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金按牌號(hào)規(guī)定的成分配比熔化后升溫到720-740°C，撈去合 金液表面浮渣，然后在740-760°C間用復(fù)合細(xì)化精煉劑處理5-10分鐘，處理完畢后攪拌合 金熔體并在750°C靜置25-40分鐘，靜置完畢后撈去合金熔體表面的浮雜物，然后進(jìn)行金 屬型鑄造，在鑄造過程中當(dāng)合金的溫度降到固相線溫度以下的均勻化處理溫度后(具體溫 度見表中顯示)，將合金放入箱式電阻爐中保溫(具體保溫時(shí)間也見表中顯示)，然后取出空 冷。所使用的復(fù)合細(xì)化精煉劑的重量百分比組成為30%氟化鈰、40%顆粒狀富鈰混合 稀土、30%六氯乙烷，其中顆粒狀富鈰混合稀土的稀土含量大于90%，顆粒尺寸不大于1毫 米，鈰含量大于60%。以上實(shí)施例只例舉了 3種牌號(hào)的合金，而現(xiàn)有的其它牌號(hào)的Al-Zn-Mg-Cu系超高 強(qiáng)度鋁合金也均適用本發(fā)明方法。
權(quán)利要求
一種用于Al Zn Mg Cu系超高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)化的均勻化處理方法，所述方法是在Al Zn Mg Cu系超高強(qiáng)度鋁合金的熔體進(jìn)行金屬型鑄造時(shí)，在鑄造過程中當(dāng)合金的溫度降到固相線溫度以下的均勻化處理溫度后，將合金放入箱式電阻爐中保溫，然后取出空冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻化處理方法，其特征在于所述的均勻化處理溫度是 4500C _470°C，合金放入箱式電阻爐中保溫的時(shí)間為10-36h。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)化的均勻化處理方法，所述方法是在Al-Zn-Mg-Cu系超高強(qiáng)度鋁合金的熔體進(jìn)行金屬型鑄造時(shí)，在鑄造過程中當(dāng)合金的溫度降到固相線溫度以下的均勻化處理溫度后，將合金放入箱式電阻爐中保溫，然后取出空冷。本發(fā)明將鑄造和熱處理過程有機(jī)結(jié)合，有效解決因重新加熱和加熱速率控制不當(dāng)帶來的問題，還可保證在較短時(shí)間內(nèi)獲得較大的過飽和固溶度，為后續(xù)固溶和時(shí)效處理奠定很好的組織基礎(chǔ)，同時(shí)縮短均勻化保溫時(shí)間。
文檔編號(hào)C22F1/053GK101967614SQ201010556639
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者吳護(hù)林, 張昭林, 張隆平, 李忠盛, 李立, 楊明波, 賈代金 申請(qǐng)人:中國兵器工業(yè)第五九研究所