一种改善含Zr的7xxx系铝合金组织与性能的阶段均匀化热处理方法技术

一种改善含Zr的7xxx系铝合金组织与性能的阶段均匀化热处理方法，包含：在阶段I，将合金铸锭放入热处理加热炉中，由室温升温至T1进行保温处理，用时t1，其中，300℃≤T1≤450℃，1h≤t1≤14h；在阶段II，由温度T1升温至T2进行保温处理，用时t2，其中，460℃≤T2≤480℃，1h≤t2≤48h；在阶段III，由温度T2升温至T3进行保温处理，用时t3，其中，480℃≤T2≤510℃，0.1h≤t3≤16h；之后将合金锭坯由T3温度冷却至室温。本发明专利技术方法可以针对合金成分特点，在防止合金过烧的情况下，使合金在均匀化热处理过程中充分促进弥散相的均匀细小析出、以及可溶第二相的回溶，并有效抑制晶粒组织的长大，从而显著改善合金的微观组织及其综合性能。本方法还具有可操作性强、控制精确、经济适用的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铝合金热处理
，特别是7XXX系(Al-Zn-Mg-Cu)铝合金的热处理方法；更具体地，本专利技术涉及ー种改善含Zr的7xxx系铝合金组织与性能的阶段均匀化热处理方法。
技术介绍
7xxx系(Al-Zn-Mg-Cu系)铝合金是典型的热处理可强化变形铝合金，合金铸锭(或铸件)的均匀化处理是使合金获得理想均一组织及优良综合性能的关键エ艺环节之一。其合金铸锭需要经过变形加工及固溶时效处理后，才能使合金具有致密的结构及理想的显微组织，从而具有优良的综合性能。但是，传统鋳造、半连铸生产的铝合金锭坯，其铸态组织中通常含有大量粗大的一次凝固析出相以及明显的溶质元素显微偏析，变形加工前必须 经过均匀化热处理以消除凝固组织中这些粗大的硬脆相，以避免变形加工过程中铸锭的开裂。均匀化热处理时，主要的组织变化是枝晶偏析消除、凝固过程中形成的非平衡相溶解和过饱和的过渡元素沉淀，溶质的浓度逐渐均匀化。在均匀化热处理过程中，不溶的过剩相也会发生聚集、球化。合理的均匀化热处理可以促使铸造过程中形成的非平衡结晶相溶入基体、第二相形态改变、基体成分均匀化，为后续的变形加工和固溶处理创造条件，同时也由于尽可能降低了合金中残留相的数量，提高了合金的韧性、疲劳性能和淬透性。均匀化热处理后的组织变化，会使室温下塑性提高并使冷、热变形エ艺性能改善，降低铸锭变形加工过程中开裂的危险，改善热轧带板的边缘质量，提高挤压制品的挤压速度。同时，均匀化热处理可降低变形抗力，减少变形功消耗，提高设备生产效率。均匀化热处理可消除铸锭残余应力，改善铸锭的机械加工性能。7xxx系铝合金，合金化程度高，在半连续铸造凝固过程中，由于冷却速度较快，容易形成大量的非平衡共晶组织和金属间化合物，其铸态组织比较复杂，主要存在的相有低熔点的Mg (Cu, Zn, Al) 2非平衡共晶相、高熔点的Al2CuMg和Al2Cu相、以及难溶的Mg2Si、Al7Cu2Fe和Al23CuFe4相等，而且成分的变化或铸造エ艺的差别都会引起合金铸态组织的显著变化。在许多Al-Zn-Mg-Cu合金的铸态组织中都可以观察到铸造过程中形成的粗大Al2CuMg相及少量的Al2Cu相存在；其中Al2CuMg相还可以在合金均匀化过程中由部分Mg (Zn, Cu, Al)2相转变而来。合金中存在的富Cu或富Fe的粗大第二相(>1 U m) JnAl2CuMg,Al2Ciu Al7Cu2Fe和Al23CuFe4等相粒子,会降低合金的韧性以及淬透性能。而且，形成这些粗大的第二相，会消耗一部分主合金元素Cu，从而影响到了合金強度的提高和合金抗应カ腐蚀性能的提高。在Al-Zn-Mg-Cu合金的制备加工及热处理过程中应尽可能地減少和消除Al2CuMg, Al2Cu, Al7Cu2Fe等相的粗大粒子的存在。同时,对于含Zr、Sc、Er、Mn、Y等微合金化元素的7xxx系招合金,在均勻化热处理过程中还会析出Al3Zr、Al3Sc, Al3Er, Al6Mru Al3Y等弥散相粒子。在均匀化过程中促使Zr等元素均匀化并充分脱溶析出，获得大量弥散细小的Al3Zr等粒子，可以使Al3Zr等粒子在后续变形加工及热处理过程中有效发挥钉扎晶界抑止再结晶的作用。控制Al3Zr等粒子的形态对改善合金的淬火敏感性也具有重要的作用。通常，根据所选取温度点和保温时间的不同可将均匀化分为单级、双级和多级均匀化工艺等。传统的均匀化热处理方法多采用470°C左右单级均匀化热处理24 72h的エ艺，经该方法处理的含Zr的7xxx系铝合金的组织并不理想，第二相回溶不充分，而且Al3Zr粒子尺寸粗大、分布不均、失去钉扎晶界的作用；继续升高温度会很容易发生过烧，使材料报废。今年来，国内外为此开展了相关的双级或多级均匀化热处理方法研究，多为44(T490°C范围内的分级处理24 72h，经该方法处理的含Zr的7xxx系铝合金的组织仍不够十分理想，要么第二相回溶充分、晶粒粗长大明显，要么Al3Zr均匀细小、第二相回溶不充分，而且部分方法不易操控、易发生过烧现象。如何根据合金特点、对合金铸锭均匀化处理过程进行准确调控，实现对材料晶粒组织与第二相的合理调配，以提升合金组织均匀性及其综合性能显得至关重要，已成为当前7xxx系铝合金研究領域的技术难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种改善含Zr的7xxx系铝合金组织与性能的阶段均匀化热处理方法，可以针对合金成分特点、充分调控合金中第二相与晶粒组织的演变，能显著改善合金组织的均匀性及其综合性能。为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案ー种改善含Zr的7xxx系铝合金组织与性能的阶段均匀化热处理方法，所述方法主要包含以下エ艺步骤(I)阶段I (弥散相均匀细小析出):将含Zr的7xxx系铝合金铸锭放入热处理加热炉中，由室温升温至T1进行保温处理，用时h，其中，300°C彡T1 ( 450 °C,Ih彡h彡24h ; (2)阶段II (低熔点共晶相充分回溶)即由温度T1升温至T2进行保温处理，用时セ2，其中，460°C彡T2彡480°C, Ih彡t2彡48h ；(3)阶段III (高熔点相充分回溶):即由温度T2升温至T3进行保温处理，用时t3，其中，480°C彡T2彡510°C，0. Ih彡t3彡16h ;(4)完成步骤(3)，将含Zr的7xxx系铝合金锭坯由T3温度冷却至室温。本专利技术通过大量研究和エ业实践发现，通过采用精细设计的阶段均匀化热处理方法(各阶段可选择单级或多级处理)，可以有效调控含Zr的7xxx系铝合金在均匀化过程中的组织演变，在合金在均匀化的第一个阶段使Zr元素均匀化、并通过控制Al3Zr相的形核和长大过程获得均匀、细小分布的Al3Zr弥散粒子，并增加Al3Zr粒子的稳定性、使其在随后较高温均匀化处理过程中不易长大，这将利于增加其对晶界的钉扎作用，可有效抑制随后较高温度下热处理时晶粒的长大；在第二个阶段使低熔点的非平衡共晶相Mg(Zn，Cu，Al)2充分回溶，使其他第二相发生部分回溶，提高合金的熔点，同时继续稳定已形成的Al3Zr弥散粒子；在第三个阶段使未溶的高熔点相Al2CuMg和Al2Cu等可溶第二相在必要的时间内发生充分回溶，既最大程度的減少了合金中残留相得数量，又防止了合金晶粒组织的长大。采用该方法、通过三个阶段处理的协同，可有效改善现有方法的组织无法兼顾的技术缺陷，使合金获得更佳的微观组织和优良的综合性能匹配，在合金強度水平得到提高的情况下，使合金的伸长率、断裂韧性、抗应カ腐蚀性能和淬透性等性能得到显著提高。而且，本专利技术方法在エ业条件下具有良好的可操作性，其需要的能耗与传统方法相比基本相当、甚至更低。本专利技术的第一个优选方案为所述的ー种改善含Zr的7XXX系铝合金组织与性能的阶段均匀化热处理方法，其主要包含以下エ艺步骤(1)阶段I :将含Zr的7xxx系铝合金铸锭放入热处理加热炉中，由室温升温至T1进行保温处理，用时h，其中，3800C^ T1彡440°C，4h ^ ^ 24h ;(2)阶段II :即由温度T1升温至T2进行保温处理，用时t2，其中，460°C彡T2彡480°C，12h彡t2彡48h ; (3)阶段III :即由温度T2升温至T3进行保温处理，用时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善含Zr的7xxx系铝合金组织与性能的阶段均匀化热处理方法，所述方法包含以下工艺步骤：（1）阶段I均匀化热处理：将含Zr的7xxx系铝合金铸锭放入热处理加热装置中，由室温升温至T1进行保温处理，用时t1，其中，300℃≤T1≤450℃，1h≤t1≤24h；（2）阶段II均匀化热处理：即由温度T1升温至T2进行保温处理，用时t2，其中，460℃≤T2≤480℃，1h≤t2≤48h；（3）阶段III均匀化热处理：即由温度T2升温至T3进行保温处理，用时t3，其中，480℃≤T2≤510℃，0.1h≤t3≤16h；（4）完成步骤（3），将含Zr的7xxx系铝合金锭坯由T3温度冷却至室温。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李锡武，熊柏青，张永安，李志辉，刘红伟，王锋，朱宝宏，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：