同时提高铝合金强度、抗疲劳性能的热处理方法，是将经过460-495℃/1-2小时固溶处理的铝锌镁铜合金加热至70-120℃，保温24-96小时；然后，在150-170℃，保温2-120分钟并冷却至室温后，再在70-120℃下保温24-96小时后出炉空冷。所述铝锌镁铜合金包括下述组分：Zn,Mg,Cu，Mn,Zr,Al。本发明专利技术工艺方法简单合理，通过三级时效热处理工艺，使铝锌镁铜合金晶界处于过时效状态，晶内组织主要由η’相和G.P.区组成。晶界的过时效组织具有优异的抗腐蚀性能，而晶内的G.P.区粒子有利于位错在交变应力作用下的往复滑移和裂纹闭合，提高抗疲劳性能，使合金具有优良的抗应力腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能，适于工业化应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种；具体涉及一种同时提高铝锌镁铜合金的强度、抗疲劳综合性能的热处理方法。属于金属材料热处理
技术介绍
高Zn含量的Al-Zn-Mg-Cu合金具有超过600MPa的抗拉强度，在航空航天等众多领域具有广泛的用途。以往，常常只关注Al-Zn-Mg-Cu合金的强度和耐腐蚀性能。随着航空科技的发展，尤其是随着损伤容限设计理论的发展，对于Al-Zn-Mg-Cu合金，不仅要求铝合金具有超高的强度和优良的耐腐蚀性能，更要求优异的抗疲劳性能。这种集综合优异性能于一身的铝合金处理技术是航空领域迫切需要的。 研究表明，该系合金为了获得最高的抗拉强度，通常采用T6峰值时效处理方法。但该方法处理的铝合金材料的晶内组织为弥散分布的GP区粒子和η ’相，晶界组织为连续分布的Π相粒子。由于晶界粒子呈连续分布，导致耐腐蚀性能差。为了提高铝合金抗应力腐蚀性能，过去几十年采取的方法是将铝合金进行两级过时效处理，得到断续分布的晶界粒子，如Τ73、Τ74、Τ76等过时效状态。但是，这些过时效状态在得到断续分布的晶界粒子的同时，也使得晶内强化粒子粗化，造成合金强度下降。近年来开发出的回归再时效(RRA)三级时效处理技术，可以在保持晶内弥散组织的同时，将晶界粒子处理成过时效的断续分布状态，较好地实现了抗拉强度和抗腐蚀性能的协同提高。然而，对于航空用铝合金而言，除强度和抗应力腐蚀性能外，更加关注抗疲劳性能。虽然有研究报道了 7055-Τ7751合金的低周疲劳行为，但航空铝合金更加关注的是高周疲劳，而且高周疲劳行为与低周疲劳有着本质的区别。在高周疲劳方面，有研究报道了三级时效(RRA)处理对Al-Zn-Mg-Cu合金抗疲劳性能的影响，该研究采用了较高的回归温度，虽然相对于过时效处理(Τ7351、Τ761)方法而言，合金的抗疲劳性能有所提高，其裂纹扩展速率在AK=28Mpam1/2下，为4. OXKrtim/cycle，但与2000系铝合金的抗疲劳性能水平(Δ K=33MPam1/2下,2. OX l(T3mm/cycle)相比,相去甚远。研究表明，经过时效处理的合金在疲劳过程中裂纹几乎完全沿晶界扩展，三级时效(RRA)处理的合金试样中也有相当部分的裂纹沿晶界扩展。究其原因，这是由于合金经过时效处理和三级时效处理后产生了晶界无析出带，晶界无析出带是合金组织的薄弱区域，因此，晶界无析出带成为了疲劳裂纹扩展的通道。由此可见，阻止疲劳裂纹沿无析出带扩展成为提高合金抗疲劳性能的关键。如何阻止疲劳裂纹沿晶界无析出带扩展呢？减小晶界无析出带宽度、提高晶界强度可以阻止裂纹沿晶界无析出带扩展。这样，就需要降低三级时效处理的回归温度。但是，降低回归温度必然会降低晶界的过时效程度和影响晶界析出粒子的分散性，从而降低合金的抗应力腐蚀性能。因此，开发新的三级时效处理技术，调节合金中晶界无析出带宽度，提高晶内过时效程度，在提高合金晶界强度的同时，适当降低合金的晶内强度，抑制和避免疲劳裂纹沿晶界无析出带扩展，成为在保持高强度和优良耐腐蚀性能的前提下，大幅度提高Al-Zn-Mg-Cu合金抗疲劳性能的唯一有效途径。如果能够使其达到与2000系铝合金相当水平的抗疲劳性能，对于提升该合金在航空领域的应用水平将具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单合理、可有效提高Al-Zn-Mg-Cu合金常规拉伸强度、抗疲劳综合性能的热处理方法。本专利技术，是采用下述方案实现的将经过固溶处理的淬火态铝锌镁铜合金加热至70_120°C，保温24-96 小时，出炉空冷至室温，然后，升温至150-170°C，保温2-120分钟，出炉空冷至室温后，再加热至70-120°C下保温24-96小时，出炉空冷。本专利技术中，铝锌镁铜合金包括下述组分，按重量百分比组成Zn5. 9-8. 4%, MnO. 2-0. 6%, Mg I. 6-2. 4%, Cu2. 0-2. 6%,余量为 Al。本专利技术中，铝锌镁铜合金包括下述组分，按重量百分比组成Zn5. 9-8. 4%, MnO. 2-0. 6%, Mg I. 6-2. 4%, Cu2. 0-2. 6%, Zr O. 05-0. 25%,余量为 Al。本专利技术中，固溶处理工艺为460_495°C /1-2小时。本专利技术采用上述工艺方法，Al-Zn-Mg-Cu合金经过70_120°C较长时间的预时效，150-170 V较低温度、较短时间的回归处理以及70-120°C较长时间的再时效(第三级时效)处理。由于采用了稍低于常规回归的温度，获得足够分散的晶界过时效粒子，可以有效减小晶界无析出带宽度并使合金保持较高的抗应力腐蚀性能，同时使得合金晶内粒子粗化、间距增大、弥散度下降。随后，进行的长时间的再时效(第三级时效)，可以有效提高合金晶内的过时效程度、降低晶内强度，这样的组织具有较高的晶界强度和较低的晶内强度，可有效避免疲劳裂纹沿晶界扩展的现象的发生。同时，虽然晶内粒子长大、间距增大和弥散度下降，但晶内组织仍然主要是G. P.区粒子和η’相，没有出现Π平衡相。很显然，G.P.区粒子和H’相与基体保持有共格和半共格界面关系，可以被位错切割。而且粒子间距较大，在疲劳过程中的交变应力作用下，无疑将有利于裂纹尖端处位错的往复滑移，乃至于疲劳裂纹的闭合，表现出高的耐疲劳性能。同时，以G.P.区粒子和η’相为主要强化相的合金还具有更高的室温强度。此外，Al-Zn-Mg-Cu合金经过较低温度回归和较长时间再时效的三级时效处理后，晶界析出了非连续的粗大n平衡相，显示出了较好的抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀性能。综上所述，本专利技术工艺方法简单合理，通过较低温度回归和较长时间再时效的三级时效热处理工艺，使Al-Zn-Mg-Cu合金获得了以G.P.区粒子和η’相为主的晶内组织，该组织结构不仅具有高强度，而且有利于疲劳过程中裂纹尖端的位错往复滑移和裂纹闭合，大幅度提高了疲劳性能。在AK=33MPam1/2的疲劳裂纹扩展速率约2.0X10_3mm/CyCl e左右，达到了与2000系铝合金相当的抗疲劳性能水平。同时，晶界组织为粗大、分离的η平衡相粒子，使合金具有较好的抗应力腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能，适于工业化应用。附图说明附图Ia是本专利技术实施例I采用70°C /96h单级时效热处理的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蚀液中浸泡48h后的表面形貌。附图Ib是本专利技术实施例2采用100°C /24h+160°C /2min+100°C /24h三级时效的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蚀液中浸泡48h后的表面形貌。附图Ic是本专利技术实施例3采用70°C /24h+170°C /20min+100°C /96h三级时效的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蚀液中浸泡48h后的表面形貌。附图Id是本专利技术实施例4采用100°C /24h+160°C /120min+100°C /24h三级时效的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蚀液中浸泡48h后的表面形貌。附图Ie是本专利技术实施例5采用100°C /24h+170°C /30min+100°C /24h三级时效的Al-Zn-Mg-Cu合金在腐蚀液中浸泡48h后的表面形貌。 附图If是本专利技术实施例6采用100°C /24h+170°本文档来自技高网...
【技术保护点】
同时提高铝合金强度、抗疲劳性能的热处理方法，其特征在于：将经过固溶处理的淬火态铝锌镁铜合金加热至70？120℃，保温24？96小时，出炉空冷至室温，然后，升温至150？170℃，保温2？120分钟，出炉空冷至室温后，再加热至70？120℃下保温24？96小时，出炉空冷。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志义，夏鹏，高丽芳，陈旭，林茂，陈来，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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