一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，屬于鋁合金材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Al-Zn-Mg系變形鋁合金擠壓型材的熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]Al-Zn-Mg系變形鋁合金，由于其強度高、塑性好、可焊接及熱處理強化，因而被用來擠壓成型材，制作高強度、高韌性的焊接結(jié)構(gòu)受力件，如軌道交通車輛的牽引梁、車架枕梁、大型熱交換器部件等。還可以制作體育自行車、網(wǎng)球拍和皇球棒。因而質(zhì)量要求苛刻。
[0003]Al-Zn-Mg系變形招合金，雖作為7xxx系招合金大家族中的一員，但終究由于合金化程度較低而強度不足，且該系合金與該家族其他合金一樣，在潮濕環(huán)境或工業(yè)廢氣中存在一定的腐蝕敏感性。在過去很長一段時間，人們大都采用傳統(tǒng)的單級時效(T6峰時效)對合金進(jìn)行熱處理強化；同時為了提高耐蝕性，改用多級時效進(jìn)行處理，但都會導(dǎo)致合金的強度的下降。大量報道稱復(fù)雜的回歸再時效處理(RRA，先進(jìn)行T6處理，后在高溫下進(jìn)行回歸處理，再進(jìn)行T6處理)能在強度不下降的前提下，改善7XXX系鋁合金的耐蝕性。然而，該制度中回歸處理卻因高溫短時間特點不適用于大截面、厚件的熱處理。目前已報道的文獻(xiàn)中，未見相關(guān)熱處理工藝能使厚壁鋁合金空心擠壓型材的強度突破400MPa，且仍具備優(yōu)異的延展性與耐蝕性。厚壁鋁合金空心擠壓型材的綜合性能有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述的不足，提供了一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的多級熱處理工藝，充分挖掘并提高該系合金的潛能。
[0005]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，包括下述步驟:
[0006]第一步:將厚壁鋁合金空心擠壓型材加熱至390?440°C進(jìn)行一級固溶保溫后，繼續(xù)升溫至475?490°C進(jìn)行二級固溶保溫，出爐，強制冷卻至室溫;優(yōu)選的一級固溶溫度為395-435°C，更優(yōu)選的一級固溶溫度為400-430°C ；優(yōu)選的二級固溶溫度為480_490°C，更優(yōu)選的二級固溶溫度為485-490°C;
[0007]第二步:將第一步處理后的型材依次進(jìn)行三級人工時效；
[0008]—級人工時效溫度100?130°C，優(yōu)選的溫度為105-125°C，更優(yōu)選的溫度為110-120°C;冷卻方式:強制冷卻至室溫；
[0009]二級人工時效溫度50?80°C，優(yōu)選的溫度為60-70°C，更優(yōu)選的溫度為65_70°C ；冷卻方式:自然空冷至室溫；
[0010]三級人工時效溫度100?130°C，優(yōu)選的溫度為105-125°c，更優(yōu)選的溫度為110-120°C;冷卻方式:自然空冷至室溫。
[0011]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，
[0012]一級固溶保溫時間5?1h;優(yōu)選的保溫時間為5_9h，更優(yōu)選的保溫時間為5_8h;
[0013]二級固溶保溫時間1.5?2h;優(yōu)選的保溫時間為1.6-1.8h，更優(yōu)選的保溫時間為1.7-1.8h；
[0014]一級人工時效保溫時間20?90min;優(yōu)選的保溫時間為30-90min，更優(yōu)選的保溫時間為 40_90min;
[0015]二級人工時效保溫時間5?14天;優(yōu)選的保溫時間為6-12天，更優(yōu)選的保溫時間為7-10 天；
[0016]三級人工時效保溫時間28?72h;優(yōu)選的保溫時間為30_60h，更優(yōu)選的保溫時間為40-48h；o
[0017]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，
[0018]二級固溶后以及一級人工時效后的強制冷卻速度2 100°C/min。
[0019]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，
[0020]二級固溶后以及一級人工時效后的強制冷卻速度為100-120°C/min。
[0021]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，所述強制冷卻采用風(fēng)冷。
[0022]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，二級固溶后，控制型材在10?30s內(nèi)進(jìn)入強制冷卻工序;一級人工時效后，控制型材在20?60s進(jìn)入強制冷卻工序。
[0023]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，二級固溶的加熱速度為50?80°C/h;—級人工時效、二級人工時效、三級人工時效的加熱速度為80?100°C/h。
[0024]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，所述厚壁鋁合金空心擠壓型材的壁厚2 7.5_，型材的橫截面選自多邊形、圓形、橢圓形中的一種。
[0025]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，所述厚壁鋁合金空心擠壓型材的壁厚為7.5?18mm。
[0026]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，所述的熱處理工藝過程按順序依次進(jìn)行，不可調(diào)換。
[0027]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，對厚壁鋁合金空心擠壓型材表面進(jìn)行打磨，去除表面的氧化層及臟物，并用有機溶劑清洗后，進(jìn)行固溶處理。
[0028]本發(fā)明一種厚壁鋁合金空心擠壓型材的熱處理工藝，所述的厚壁鋁合金空心擠壓型材以質(zhì)量百分比計包括下述組分:
[0029]Zn 3.5?3.8，
[0030]Mg 1.2?1.5，
[0031]Cu 0.08?0.10，
[0032]Fe 0.06?0.10，
[0033]Si 0.10?0.15，
[0034]Mn 0.30?0.35，
[0035]Cr 0.18?0.22，
[0036]Zr 0.10?0.15，
[0037]Ti 0.04?0.06，
[0038]V 0.01?0.03，其他雜質(zhì)元素合計<0.20;余量為Al。
[0039]本發(fā)明的機理如下:
[0040]本發(fā)明采用了雙級強化固溶處理，即先在低于合金再結(jié)晶溫度下進(jìn)行一段時間的保溫，既可以溶解一部分易溶相，也可降低合金的變形儲能，消除大部分組織內(nèi)應(yīng)力，抑制后續(xù)的再結(jié)晶及晶粒粗大；而后在略低于合金的固相線溫度下進(jìn)行固溶保溫，可進(jìn)一步溶解組織中的第二相及難溶相，提高合金淬火后的過飽和度。本發(fā)明在時效階段，間斷了傳統(tǒng)的單級時效制度，即在時效溫度下先進(jìn)行較短時間的預(yù)時效，為后續(xù)時效作組織準(zhǔn)備;然后在較低的溫度下(約0.45?0.6?*)進(jìn)行二次時效，由于具有較高的過冷度及析出驅(qū)動力，合金內(nèi)部普遍脫溶析出，形核位置更多、尺寸更細(xì)小，在晶界與晶內(nèi)均析出彌散細(xì)小的相質(zhì)點；最后又恢復(fù)至單級時效制度，晶內(nèi)的析出相緩慢長大，晶界上的析出相聚集粗化，最終使合金兼?zhèn)淞司?nèi)析出相彌散細(xì)小、晶界析出相孤立、不連續(xù)的組織特征，從而截斷晶間腐蝕通道，提高了合金的耐腐蝕性能，同時由于合金的強度主要有晶內(nèi)析出相的數(shù)量、分布和尺寸影響，晶界析出相的形態(tài)對強度的影響較小，本發(fā)明由于采用三級時效工藝，前兩級的預(yù)時效和低溫長時間時效，使合金中析出相的形核位置增加，最終時效后可形成更多的強化相，而合金中用于形成析出相的元素(鋅元素)數(shù)量有限，形核位置增多，可使最終時效后形成的強化相尺寸減小，因此最終合金的晶內(nèi)析出相數(shù)量多，尺寸小，可使合金具有更高強度。本發(fā)明中第二級和第三級的長時間時效工藝，特別適合于厚壁型材的熱處理，通常情況下，對于7XXX系鋁合金要保持高強度的同時提高腐蝕性能需要采用回歸再時效(RRA)熱處理，但是RRA熱處理工藝中高溫短時的回歸熱處理過程，對于厚壁型材來說，可能存在熱不透和受熱不均的缺點，因此RRA熱處理制度對于厚壁型材來說存在缺陷，本發(fā)明長時間的時效過程，保證了材料各部位加熱均勻，對最終強化相的析出調(diào)控性更好。
[0041]與傳統(tǒng)熱處理技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點和有益效果:
[0042]1、本發(fā)明的實施只需常規(guī)的熱處理設(shè)備，流程簡單易行、安全可靠，適用于處理各類可熱處理強化型鋁合金變形件；
[0043]2、本發(fā)明可以看作是一種新型三級時效工藝，即間斷了傳統(tǒng)的單級時效制度，亦有初時效、二次時效及再時效三個階段；
[0044]3、與7χχχ系鋁合金的RRA處理相比，本發(fā)明第二階段的時效由于其低溫長時間的特點克服了大截面、厚件的難熱處理的缺點，避免了大截面、厚件熱處理后心部與表面組織的不均勻性；
[0045]4、本發(fā)明最明顯的有益效果:通過本發(fā)明所述的熱處理工藝能使厚壁鋁合金空心擠壓型材的屈服強度2 380MPa，抗拉強度2 445MPa，延伸率2 13.60%。與傳統(tǒng)熱處理工藝相比，本發(fā)明方案在塑性不降低的前提下，使厚壁鋁合金空心擠壓型材的強度提高15%以上，且耐腐蝕性能也有明顯改善。
【附圖說明】
[0046]附圖1為本發(fā)明實施例與對比例中軌道交通用鋁合金空心擠壓型材沿擠壓方向上的常溫拉伸σ_ε曲線。
[0047]附圖2為本發(fā)明對比例中軌道交通用鋁合金試樣在剝落腐蝕溶液中浸泡48h后的表面形貌。
[0048]附圖3為本發(fā)明實施例3中軌道交通用鋁合金試樣在剝落腐蝕溶液中浸泡48h后的表面形貌。
[0049]附圖4為本發(fā)明熱處理工藝路線圖。
[0050]圖1中:數(shù)字I表示對比例，2?4分別表示實施例1?3。[0051 ]由圖1可見，采用本發(fā)明所述的熱處理工藝可使軌道交通用鋁合金空心擠壓型材的強度提高15%以上，且延伸率亦略有上升。
[0052]由圖2可見，該條件下軌道交通用鋁合金試樣的剝落腐蝕敏感性大，腐蝕等級為EC
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