一種耐長期晶間腐蝕的含Zn、Er高Mg鋁合金板材穩(wěn)定化熱處理工藝的制作方法
【專利摘要】一種耐長期晶間腐蝕的含Zn、Er高Mg鋁合金板材穩(wěn)定化熱處理工藝，屬于有色金屬【技術(shù)領(lǐng)域】。含Zn、Er高Mg熱軋板各組分的質(zhì)量百分含量分別為：Mg：5.3%～6.3%，Zn：0.4%～0.8%，Mn：0.4%～0.8%，Er：0.15%～0.3%，Zr：0.15%～0.25%，不可避免雜質(zhì)含量＜0.4%，余量為Al；對55%±2%變形量板材進行穩(wěn)定化退火，退火溫度為240～250℃，保溫時間時間為5～10h，空冷至室溫。該工藝通過穩(wěn)定化處理控制β相和τ相在基體的析出位置和形貌，提高合金的耐長期晶間腐蝕性能。
【專利說明】一種耐長期晶間腐蝕的含Zn、Er高Mg鋁合金板材穩(wěn)定化熱
處理工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種耐長期晶間腐蝕的含Zn、Er高Mg鋁合金板材穩(wěn)定化的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]Al-Mg合金以其良好的耐蝕性和焊接性能廣泛應(yīng)用于船舶、航空航天等領(lǐng)域，如何提高合金強度和耐蝕性一直是Al-Mg合金研究的關(guān)鍵問題。該系鋁合金可以通過Mg原子固溶強化來提高強度，但對于高Mg (Mg > 6%~7%)鋁合金，其在室溫下長期服役時，將會沿晶界析出連續(xù)的β相(Mg2A13)，這會造成嚴重的晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕。實際上熱處理可以改變第二相在晶界的分布形貌，從而減低或消除相應(yīng)的腐蝕。在專利201210065948.6中即針對含Er高Mg 的5A06鋁合金冷軋板進行了 235°C~245°C退火熱處理，使得β相在晶界的分布形貌發(fā)生變化，從而提高了合金的耐長期晶間腐蝕性能。這種低溫退火熱處理即為穩(wěn)定化熱處理。
[0003]相對于上述專利中的含Er5A06招合金,本實驗所用合金添加了少量的Zn。Zn不僅起到了固溶強化的作用，更重要的是它和Mg原子形成耐蝕性較好的τ相，且這種相彌散分布于晶內(nèi)和斷續(xù)分布于晶界，從而減少了耐蝕性較差的β相析出量。同時也會改變β相在晶界的分布情況。
[0004]本實驗合金為含Zn、Er高Mg鋁合金板材，其穩(wěn)定化溫度會不同于含Er5A06鋁合金，選擇在200°C~250°C溫度區(qū)間進行退火，以期找到合適的穩(wěn)定化熱處理工藝，改善含Zn、Er高Mg鋁合金板材的耐長期晶間腐蝕性能，提高合金的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于提高含Zn、Er高Mg鋁合金板材的耐長期晶間腐蝕性能的穩(wěn)定化熱處理工藝，通過穩(wěn)定化退火處理，使合金具有良好的耐長期晶間腐蝕性能的同時，也能夠保證較高的強度。
[0006]本發(fā)明所提供的一種耐長期晶間腐蝕的含Zn、Er高Mg鋁合金板材的穩(wěn)定化熱處理工藝，含Zn、Er高Mg鋁合金熱軋板各組分的質(zhì)量百分含量分別為Mg5.3%~6.3%，Zn0.4% ~0.8%, Mn0.4% ~0.8%, Er0.15% ~0.3%, Zr0.15% ~0.25%,不可避免雜質(zhì)含量< 0.4%，余量為Al，步驟為:
[0007]含Zn、Er高Mg鋁合金板材經(jīng)熱軋、中間退火后冷軋，至最終冷變形量為55%±2%，然后進行穩(wěn)定化退火，穩(wěn)定化退火溫度為240°C~250°C，退火時間為5~10h。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點在于:
[0009]采用本發(fā)明的耐晶間腐蝕的含Zn、Er高Mg鋁合金板材穩(wěn)定化熱處理工藝，使合金具有良好的耐長期晶間腐蝕性能的同時，也能夠保證較高的強度，顯著提高板材的使用壽命O【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為含Zn、Er高Mg鋁合金冷軋板顯微硬度隨退火溫度的變化曲線；
[0011]圖2為含Zn、Er高Mg鋁合金板材200°C不同時間退火后的失重變化曲線；
[0012]圖3為含Zn、Er高Mg鋁合金板材220°C不同時間退火后的失重變化曲線；
[0013]圖4為含Zn、Er高Mg鋁合金板材230°C不同時間退火后的失重變化曲線；
[0014]圖5為含Zn、Er高Mg鋁合金板材240°C不同時間退火后的失重變化曲線；
[0015]圖6為含Zn、Er高Mg鋁合金板材250°C不同時間退火后的失重變化曲線；
[0016]圖7為含Zn 、Er高Mg鋁合金板材240°C穩(wěn)定化退火+150°C不同時間退火后的失重變化曲線；
[0017]圖8為含Zn、Er高Mg鋁合金板材在240°C的退火時間一IGC最短時間及對應(yīng)硬度關(guān)系圖；
[0018]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步闡述。
【具體實施方式】
[0019]對比例I
[0020]I)以含Zn、Er的高Mg鋁合金20mm厚熱軋板為例，化學(xué)成分為Mg5.98%, Zn0.79%，Mn0.5%,Er0.2%, Zr0.22%，不可避免雜質(zhì)含量< 0.4%，余量為Al。對合金熱軋板在460°C再結(jié)晶退火2h后熱軋、后在350°C中間退火，保溫2h，空冷至室溫。
[0021]2)對步驟I)所得含Zn、Er高Mg鋁合金板材進行多道次冷軋，最終冷變形量為55%±2% (由于軋制的不均勻性，變形量存在2%的誤差)。
[0022]3)對步驟2)所得冷軋板在不同溫度下退火lh，空冷至室溫。測試冷軋板顯微硬度隨退火溫度的變化，如圖1所示。由圖1的硬度曲線可知，合金的再結(jié)晶開始溫度為300°c。為了保證合金具有較高的力學(xué)性能，以下實施例選取250°C以下溫度對冷軋板進行退火處理。
[0023]對比例2
[0024]步驟I)，步驟2 )同對比例I。
[0025]3)對合金冷軋板在200°C下進行不同時間退火。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準ASTG67對合金冷軋態(tài)和不同退火態(tài)試樣進行硝酸失重實驗，以浸泡前后合金單位面積的失重評定材料的晶間腐蝕敏感性。其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖2所示。
[0026]對比例3
[0027]步驟1)，步驟2)同對比例I。
[0028]3)對步驟2)所得冷軋板在220°C下進行不同時間退火。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準AST G67對合金冷軋態(tài)和不同退火態(tài)試樣進行硝酸失重實驗，以浸泡前后合金單位面積的失重評定材料的晶間腐蝕敏感性。其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖3所示。
[0029]對比例4
[0030]步驟I)，步驟2 )同對比例I。
[0031]3)對步驟2)所得冷軋板在230°C下進行不同時間退火。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準AST G67對合金冷軋態(tài)和不同退火態(tài)試樣進行硝酸失重實驗，以浸泡前后合金單位面積的失重評定材料的晶間腐蝕敏感性。其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖4所示。
[0032]實施例1
[0033]步驟I)，步驟2 )同對比例I。
[0034]3)對步驟2)所得冷軋板在240°C下進行不同時間退火。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準AST G67對合金冷軋態(tài)和不同退火態(tài)試樣進行硝酸失重實驗，以浸泡前后合金單位面積的失重評定材料的晶間腐蝕敏感性。其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖5所示。
[0035]實施例2
[0036]步驟1)，步驟2)同對比例I。
[0037]3)對步驟2)所得冷軋板在250°C下進行不同時間退火。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準AST G67對合金冷軋態(tài)和不同退火態(tài)試樣進行硝酸失重實驗，以浸泡前后合金單位面積的失重評定材料的晶間腐蝕敏感性。其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖6所示。
[0038]由圖2-圖6可以看出，合金經(jīng)過200°C退火處理后的失重隨退火時間的延長逐漸增加，耐晶間腐蝕性能降低；而2201: -250°C退火處理的失重都是隨著退火時間的延長先增加后減小。不同的是，220°C退火處理的失重最大接近至嚴重腐蝕區(qū)邊界，而后開始緩慢的下降，退火22.7h時進入介敏區(qū)，而在230°C退火的失重達到最大(53mg/(cm2))后便立刻快速下降，退火6..6h± 0.4h就已經(jīng)發(fā)生穩(wěn)定化，耐晶間腐蝕性能已大有提高；隨著退火溫度繼續(xù)升高至240°C，雖然在極短的時間(0.2h)就出現(xiàn)了晶間腐蝕敏感性，但是當(dāng)退火時間延長至3.2h±0.8h，合金就已經(jīng)發(fā)生了穩(wěn)定化，穩(wěn)定化時間相對于230°C大大減小，而且金相觀察發(fā)現(xiàn)240°C X4h完全沒有發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕，表現(xiàn)出非常優(yōu)異的耐晶間腐蝕性能；從圖6可以看出，合金在250°C下不同時間退火，失重一直處于晶間腐蝕不敏感區(qū)和介敏感區(qū)，退火0.5h達到達到最大失重為17mg/(cm2)，而且金相觀察并未發(fā)現(xiàn)該狀態(tài)發(fā)生晶間腐蝕，隨著退火時間的進一步延長，失重一直穩(wěn)定在IOmg/ (cm2),耐晶間腐蝕性能優(yōu)異。考慮到保證合金的力學(xué)性能，如果繼續(xù)升高溫度會降低合金的強度，因此，發(fā)明所提供的耐長期晶間腐蝕的含Zn、Er高Mg鋁合金板材的穩(wěn)定化退火溫度選取240°C~250°C。
[0039]實施例3
[0040]步驟I)，步驟2 )同對比例I。
[0041]3)對步驟2)中所得冷軋板在240°C進行不同時間退火(2.5h、3h、4h、4.5h、5h、IOh)后，空冷至室溫。
[0042]4)對步驟3)中所得退火樣品分別在150°C進行不同時間退火處理。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準AST G67對合金冷軋態(tài)和不同退火態(tài)試樣進行硝酸失重實驗，以浸泡前后合金單位面積的失重評定材料的晶間腐蝕敏感性。其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖7所示。
[0043]如圖7所示，合金在240°C進行不同時間的退火后，又在150°C進行不同時間退火的失重，隨著在240°C下退火的時間延長而減小，耐晶間腐蝕性能變好。根據(jù)圖7的實驗結(jié)果以及240°C下退火不同時間(2.5h、3h、4h、4.5h、5h、10h)對應(yīng)的硬度，繪制出含Zn、Er高Mg鋁合金板材在240°C的退火時間一 IGC敏化最短時間及對應(yīng)硬度關(guān)系圖，如圖8所示。由圖8可知，合金240°C X2.5h+150°C XOh退火態(tài)就已經(jīng)發(fā)生晶間腐蝕；隨著240°C退火時間的進一步延長到3~4.5h，之后又在150°C退火，只需要3.7~6.5h就對晶間腐蝕敏感區(qū)，相對在240°C退火2.5h耐晶間腐蝕性能已有所提高；然而當(dāng)240°C退火時間延長到5h后，需要在150°C退火14.6h才能對晶間腐蝕敏感，耐晶間腐蝕性能明顯提升；當(dāng)240°C退火時間進一步提高至IOh后，甚至需要在150°C退火45h才能發(fā)生晶間腐蝕，耐晶間腐蝕性能優(yōu)異。同時，根據(jù)圖8中240°C各退火時間對應(yīng)的硬度以及再結(jié)晶開始溫度對應(yīng)的硬度可知，240°C退火IOh的硬度要比再結(jié)晶開始時的硬度要高出3.1~4.1HV，仍然具有較高的力學(xué)性能。因此含Zn、Er高Mg招合金板材的穩(wěn)定化退火時間優(yōu)選5~10h。
[0044]綜合以上分析，本發(fā)明提供的55%±2%變形量的耐長期晶間腐蝕的含Zn、Er高Mg招合金板材，其最佳穩(wěn) 定化熱處理工藝為:退火溫度240°C~250°C,退火時間5~10h。
【權(quán)利要求】
1.一種耐長期晶間腐蝕的含Zn、Er高Mg鋁合金板材的穩(wěn)定化熱處理工藝，其中該鋁合金熱軋板各組分的質(zhì)量百分含量為:Mg:5.3%~6.3%，Zn:0.4%~0.8%，Mn:0.4%~0.8%，Er:0.15%~0.3%, Zr:0.15%~0.25%，不可避免雜質(zhì)含量< 0.4%，余量為Al，其特征在于:板材經(jīng)熱軋、中間退火后冷軋，至 最終冷變形量為55%± 2%，然后進行穩(wěn)定化退火，穩(wěn)定化退火溫度為240°C~250°C，退火時間為5~10h。
【文檔編號】C22C21/06GK103938038SQ201410146889
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月12日
【發(fā)明者】高坤元, 戴小偉, 聶祚仁, 文勝平, 黃暉, 張義 申請人:北京工業(yè)大學(xué)