一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法技术

本发明专利技术公开了一种Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法，本发明专利技术在蠕变时效成形过程中采用合理的非等温时效制度，结合蠕变变形，可实现铝合金复杂构件的成形成性一体化制造。主要步骤为首先将板材固溶处理，并立即水淬。在室温下放置一定时间后，将板材在成形模具上固定、加载，再从室温按一定加热速率逐渐升至蠕变时效最高温度，随后立即按相同速率冷却至室温，最后卸载。相比包含升温、保温和降温三阶段的传统蠕变时效成形过程，本发明专利技术只包含升温和降温过程，无较长时间的保温过程，总成形时间远少于传统的包含等温阶段的蠕变时效成形时间，可在保证成形效果相同的前提下，大幅缩短生产周期，提高成形效率，节约生产成本。

A Non-isothermal and High Efficiency Creep Aging Forming Method for Al-Zn-Mg-Cu Aluminum Alloy Sheets

The invention discloses a non-isothermal high-efficiency creep aging forming method for Al Zn Mg Cu series aluminum alloy sheets. The method adopts reasonable non-isothermal aging system in the creep aging forming process, and integrates creep deformation to realize the integrated manufacturing of forming ability of complex aluminum alloy components. The main step is to first solidify the sheet and quench it immediately. After being placed at room temperature for a certain period of time, the sheet metal is fixed and loaded on the forming die, then gradually rises from room temperature to creep aging maximum temperature at a certain heating rate, and then immediately cools to room temperature at the same rate, and finally unloads. Compared with the traditional creep aging forming process which includes three stages of heating, holding and cooling, the present invention only includes heating and cooling processes, and has no longer holding process. The total forming time is much shorter than that of the traditional creep aging forming process which includes isothermal stage. It can greatly shorten the production cycle, improve the forming efficiency and save the production cost on the premise of guaranteeing the same forming effect. \u3002

【技术实现步骤摘要】
一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法
本专利技术涉及一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法，属于板金成形加工

技术介绍
蠕变时效成形是为满足航空航天对大型整体壁板类零件的要求而发展起来的一种先进的板材成形技术。在蠕变时效过程中，通过在合适的人工时效温度下加载低于屈服强度的外力，使工件产生初始的弹性变形。随后保持温度和外力的加载，一部分弹性变形将逐渐转变为不可恢复的塑性变形，工件内部同时产生应力松弛现象，微观组织发生时效析出。经冷却、卸载后，工件中残余的弹性变形发生回弹，而塑性变形部分得以保留，最终获得具有一定曲率的时效强化铝合金壁板。Al-Zn-Mg-Cu系铝合金作为一类典型的可热处理强化铝合金，是蠕变时效成形的理想材料。传统蠕变时效成形按温度变化包含三个阶段：升温阶段、保温(等温)阶段、冷却阶段。其中，针对保温阶段，开发出不同的热处理制度，如单级时效、双级时效和三级时效。目前在实际生产过程中主要采取单级时效制度，时效时间取为峰值时效时间，材料强度较高，而腐蚀性能较差，延长时效时间则进入过时效，腐蚀性能得到改善，却牺牲了强度，同时使成形周期变长。对此，Lin等(JournalofAlloysandCompounds,2018,743:448-455)将双级时效制度应用于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的蠕变时效，其中一级时效工艺为120℃×6h，二级时效工艺为120℃～160℃×18h；ArabiJeshvaghania等(MaterialsCharacterization,2012,73(11):8-15)将三级时效制度应用于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金蠕变时效成形，其时效工艺为150℃×24h+190℃×20～90min+120℃×24h。通过多级时效制度，材料在蠕变时效后的力学性能和腐蚀性能得到部分或综合的提高，但也极大地增加了总蠕变时效时间，使生产周期变长，增加了生产成本，造成更多的能源消耗。同时，传统蠕变时效成形中的升温和降温阶段较短，要求较快的加热和冷却速率，对温控设备要求较高；对大型壁板构件而言难以实现温度短时间内均匀变化，容易造成组织、变形不均匀，给精确控制蠕变时效成形带来困难。传统蠕变时效成形过程中，虽然升温和降温阶段在短时间内完成，但升温阶段的变形、微观组织演变和力学性能变化明显。Lei等(JournalofAlloysandCompounds,2017,731:90-99)和Fu等(JournalofMaterialsProcessingTechnology,2018,255:354-363)分别对7050和5A90铝合金蠕变时效过程热-力加载顺序的影响进行了研究，发现在先加载后升温条件下，加热阶段的蠕变变形分别贡献了总蠕变变形的44.4％和49.2％。Xu等(MaterialsScience&EngineeringA,2017,688:488-497)研究发现了不同加热速率对2524铝合金蠕变时效变形、组织和性能均具有显著影响。Peng等(MaterialsScience&EngineeringA,2017,688:146-154)研究了非等温人工时效处理对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金组织和性能的影响，从100℃按40℃/h升温至210℃，后按20℃/h降温至100℃，总时间约8.25h。结果发现非等温处理可以获得材料力学性能和腐蚀性能的良好结合，同时比传统时效要极大缩短了时间。上述研究为发展非等温的蠕变时效成形技术以减少成形时间、降低生产成本提供了思路。选择合适优化的时效制度对蠕变时效成形成性起着至关重要的作用。针对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材，为取得兼顾力学性能和抗腐蚀性能的良好效果，同时尽可能缩短周期，降低成本，避免传统蠕变时效成形时效制度面临的不足，迫切需要开发一种高效的、节能的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材蠕变时效成形方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术在板材蠕变时效成形过程中采用非等温时效制度，提供了一种能大幅缩短成形周期、提高生产效率、减少能源消耗、降低制造成本，而且获得力学、耐蚀性能等综合性能优良的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材蠕变时效成形方法。本专利技术在Al-Zn-Mg-Cu铝合金板材蠕变时效成形中采用非等温蠕变时效制度，升温阶段的初期发生GP区和η'相的形核和生长，材料力学性能得到提高。升温阶段的后期GP区转变为η'相，η'相转变为η相并发生粗化，显著提高了材料的抗腐蚀性能。在接近最高蠕变时效温度(高于传统蠕变时效的保温温度)时，部分初生析出相发生溶解，未溶解部分继续粗化，导致力学性能和抗腐蚀性能有所下降。在冷却阶段，一部分先前溶解的析出相二次析出，形成细小的沉淀相，使力学性能得到恢复。最终，获得粗化初生相和细小二次析出相的混合组织。其中，非等温蠕变时效获得的晶内析出相平均尺寸低于传统蠕变时效下的析出相尺寸，但数量密度有所增加；而晶界析出相平均尺寸和无析出带(PFZ)宽度和传统蠕变时效时的接近，因此非等温蠕变时效成形可以获得优良的力学性能，同时保持较好的耐蚀性能。本专利技术一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法，包括以下步骤：第一步，将板材固溶处理，并立即水淬，并在室温下放置超过24h；第二步，将板材在成形模具上进行固定(加载)，从室温按一定加热速率升温至最高蠕变时效温度，随后按与加热速率相同的冷却速率降温至室温，最后卸载。优选的，所述固溶温度为470℃～480℃，时间为1h～3h。优选的，所述固溶处理后的淬火方式为水淬，转移时间小于10s。优选的，所述水淬后放置时间大于24h。优选的，所述板材在成形模具上的固定方式为采用上下模的机械夹持，或采用真空袋和凹模的热压罐。优选的，所述起始温度为室温(25℃)，最高温度为180～200℃。优选的，所述加热速率和冷却速率相同，均为30～60℃/h。优选的，所述总蠕变时效成形时间为5.17h～11.67h。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果：相比传统的蠕变时效成形，此方法只有升温阶段和降温阶段，无较长时间的保温(等温)阶段，即在加载后按一定的加热速率升温至最高蠕变时效温度(高于传统蠕变时效成形中的保温温度)，随后以与加热速率相同的冷却速率降温至室温，最后卸载，在获得较高的变形，不损失材料强度的同时，保持了良好的抗应力腐蚀性能，极大地提高了生产效率；同时使蠕变时效成形的板材获得良好综合性能的同时极大地缩短了生产周期，提高了生产效率，节约了制造成本，降低了能源消耗。附图说明下面结合附图说明对本专利技术作进一步说明。图1为传统等温蠕变时效成形过程的示意图；图2为非等温蠕变时效成形过程的示意图；图3为传统等温蠕变时效成形后合金的析出相形貌TEM明场像照片；图4为非等温蠕变时效成形后合金的析出相形貌TEM明场像照片。具体实施方式下面对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更容易被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界点。本专利技术各实施例中采用3mm厚热轧态Al-5.9Zn-1.9Mg-2.5Cu-0.1Zr(质量百分数)合金板材。采用箱式电阻炉进行固溶热处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法，其特征在于：在Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金板材蠕变时效成形过程中，采用无保温阶段的非等温时效方式，其具体步骤如下：首先将板材固溶处理后，立即水淬，在室温下放置过后，将板材在成形模具上固定、加载，再从室温按一定加热速率逐渐升至蠕变时效最高温度，随后立即按相同速率冷却至室温，最后卸载。

【技术特征摘要】
1.一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法，其特征在于：在Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材蠕变时效成形过程中，采用无保温阶段的非等温时效方式，其具体步骤如下：首先将板材固溶处理后，立即水淬，在室温下放置过后，将板材在成形模具上固定、加载，再从室温按一定加热速率逐渐升至蠕变时效最高温度，随后立即按相同速率冷却至室温，最后卸载。2.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法，其特征在于：所述固溶温度为470℃～480℃，时间为1h～3h。3.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法，其特征在于：所述固溶处理后淬火方式为水淬，淬火转移时间应小于10s。4.根据权利要求1所述的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材非等温高效蠕变时效成形方法，其特征在于：所述水淬后室温放置时间大于24h。5.根据权利要求1所述一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒，边天军，雷超，王雨菲，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61