一種超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法，鑄錠合金成分質(zhì)量百分比為：Zn：8.13，Cu：2.36，Mg：2.08，Sc：0.21，Zr：0.12，F(xiàn)e≤0.07，Si≤0.09，單個其他元素≤0.05，其他元素總和≤0.15，余量為Al；包括以下步驟：在電阻加熱爐內(nèi)將鑄錠升溫加熱至315-325℃進(jìn)行低溫預(yù)析出處理，保溫時間4-6h；將鑄錠在爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度462-467℃，保溫時間23-25h，空冷。本發(fā)明在消除合金鑄錠中主要合金元素的偏析和共晶組織的基礎(chǔ)上，有效地調(diào)控合金鑄錠中Al3Sc/Al3Zr析出相的尺寸和分布，從而大大提高合金的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度。
【專利說明】一種超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金鑄錠的熱處理方法，尤其涉及的是一種超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的 雙級均勻化熱處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 超高強(qiáng)度Al-Zn-Cu-Mg-Sc-Zr合金由于合金化程度較高，在凝固過程中存在枝晶 偏析，晶界存在粗大共晶組織，晶內(nèi)和晶界化學(xué)成分和組織分布不均勻，惡化熱加工性能， 使加工產(chǎn)品的強(qiáng)度和塑性降低，應(yīng)力腐蝕敏感性增加。為了消除鑄錠組織對加工性能和加 工產(chǎn)品最終使用性能帶來的危害，超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠熱變形前必須進(jìn)行均勻化熱處理， 以消除成分偏析和低熔點(diǎn)共晶組織，改善鑄錠的熱塑性，提高合金元素在基體中的固溶度， 同時孕育析出Al 3Sc/Al3Zr粒子，阻止合金在熱變形過程中發(fā)生再結(jié)晶，提高合金的強(qiáng)度。 均勻化過程越徹底，固溶時效后合金的強(qiáng)度越高。
[0003] 鑄錠的均勻化是制備超高強(qiáng)度鋁合金的一個極其重要的工藝過程，對加工產(chǎn)品 最終性能有著顯著的影響。超高強(qiáng)度Al-Zn-Cu-Mg-Sc-Zr鋁合金傳統(tǒng)的均勻化處理通常 在低于最低非平衡固相線溫度20°C -30°C下進(jìn)行，能夠從一定程度上消除偏析和溶解共 晶組織，但不能讓Al3Sc/Al3Zr粒子呈彌散、細(xì)小、均勻的充分析出。因此，對于超高強(qiáng)度 Al-Zn-Cu-Mg-Sc-Zr合金鑄錠的均勻化處理，如何在鑄錠化學(xué)成分均勻的基礎(chǔ)上，同時使得 細(xì)小的Al3Sc/Al 3Zr粒子均勻彌散析出，充分發(fā)揮其在超高強(qiáng)度鋁合金中強(qiáng)化和提高再結(jié) 晶溫度的作用，是急需解決的一個關(guān)鍵問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法，旨在 解決如何在鑄錠化學(xué)成分均勻的基礎(chǔ)上，同時使細(xì)小的Al 3Sc/Al3Zr粒子均勻彌散析出的 問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法，其 中超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的合金成分質(zhì)量百分比為：Zn :8. 13%，Cu :2. 36%，Mg :2. 08%，Sc : 0. 21%，Zr :0. 12%，F(xiàn)e不大于0. 07%，Si不大于0. 09%，單個其他元素的質(zhì)量百分比不大于 0. 05%，其他元素質(zhì)量百分比總和不大于0. 15%，余量為A1 ;其中，具體包括以下步驟： 步驟A00 :低溫預(yù)析出處理：在電阻加熱爐內(nèi)將超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠從室溫升溫加熱 至315-325?進(jìn)行低溫預(yù)析出處理，保溫時間4-6h ; 步驟B00 :高溫長時均勻化處理：將經(jīng)過步驟A00處理的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠在電阻加 熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度462-467°C，保溫時間23-25h，隨后空冷。
[0006] 所述的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法，其中，具體包括以下步 驟： 步驟A00 :低溫預(yù)析出處理：在電阻加熱爐內(nèi)將超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠從室溫升溫加熱 至315°C進(jìn)行低溫預(yù)析出處理，保溫時間6h ; 步驟BOO :高溫長時均勻化處理：將經(jīng)過步驟A00處理的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠在電阻加 熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度465°C，保溫時間24h，隨后空冷。
[0007] 所述的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法，其中，具體包括以下步 驟： 步驟A00 :低溫預(yù)析出處理：在電阻加熱爐內(nèi)將超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠從室溫升溫加熱 至325°C進(jìn)行低溫預(yù)析出處理，保溫時間4h ; 步驟B00 :高溫長時均勻化處理：將經(jīng)過步驟A00處理的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠在電阻加 熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度465°C，保溫時間24h，隨后空冷。
[0008] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過提供一種超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處 理方法，本方法在消除合金鑄錠中主要合金元素的偏析和共晶組織的基礎(chǔ)上，有效地調(diào)控 合金鑄錠Al 3Sc/Al3Zr析出相的尺寸和分布，從而大大提高合金的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度；合金 鑄錠經(jīng)本方法處理后，不僅消除了合金成分的偏析和低熔點(diǎn)共晶組織，而且還調(diào)控了合金 鑄錠中Al 3Sc/Al3Zr析出相的大小和分布，使其在合金基體中呈細(xì)小、均勻、彌散析出，以利 于后續(xù)的擠壓、固溶和時效處理過程中控制合金材料的晶粒結(jié)構(gòu)，大大提高合金材料的強(qiáng) 度和再結(jié)晶溫度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖la是本發(fā)明中經(jīng)傳統(tǒng)單級均勻化處理后的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的一張微觀組 織圖像。
[0010] 圖lb是本發(fā)明中經(jīng)傳統(tǒng)單級均勻化處理后的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的另一張微觀 組織圖像。
[0011] 圖2是本發(fā)明中經(jīng)實施例1雙級均勻化工藝處理后的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的微觀 組織圖像。
[0012] 圖3是本發(fā)明中經(jīng)實施例2雙級均勻化工藝處理后的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的微觀 組織圖像。

【具體實施方式】
[0013] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明中的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的合金成分質(zhì)量百分比為：Zn : 8. 13%，Cu :2· 36%，Mg :2· 08%，Sc :0· 21%，Zr :0· 12%，F(xiàn)e 不大于 0· 07%，Si 不大于 0· 09%，單 個其他元素的質(zhì)量百分比不大于〇. 05%，其他元素質(zhì)量百分比總和不大于0. 15%，余量為A1 (以下簡稱Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠）；具有上述合金成分的超 高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法具體包括以下步驟： 步驟A00 :低溫預(yù)析出處理：在電阻加熱爐內(nèi)將Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠從室溫升溫加熱至315-325°C進(jìn)行低溫預(yù)析出處理，保溫時間4-6h ; 步驟B00 :高溫長時均勻化處理：將經(jīng)過步驟A00處理的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠在電阻加熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度462-467°C，保溫 時間23-25h，隨后空冷。
[0014] 本發(fā)明在低溫預(yù)析出處理階段，從過飽和鑄錠中均勻彌散析出細(xì)小的Al3Sc/Al 3Zr 相，強(qiáng)烈釘扎晶界和位錯，抑制后續(xù)擠壓和固溶處理過程中的再結(jié)晶；在高溫均勻化處理階 段，使得鑄錠中粗大的低熔點(diǎn)共晶組織充分溶解，且加速主合金元素 Zn、Cu、Mg的擴(kuò)散，以 消除成分偏析。
[0015] 本雙級均勻化熱處理方法中，A1-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄 錠的整個熱處理過程都在同一電阻加熱爐內(nèi)完成，不需要繁瑣的加工工藝和加工設(shè)備，可 操作性強(qiáng)；本熱處理方法在消除Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠中主 要合金元素的偏析和共晶組織的基礎(chǔ)上，有效地調(diào)控A1-8. 13Ζη-2· 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0 .12Zr合金鑄錠中Al3Sc/Al3Zr析出相的尺寸和分布，從而大大提高合金的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫 度。
[0016] 根據(jù)上述的雙級均勻化熱處理方法，現(xiàn)提供以下具體實施例加以說明： 實施例1 對Al-8. 13Zn-2. 36CU-2. 08Mg-0. 21SC-0. 12Zr合金鑄錠采用本雙級均勻化熱處理方 法進(jìn)行均勻化處理，具體步驟為：步驟A00 :低溫預(yù)析出處理：在電阻加熱爐內(nèi)將Al-8. 13Zn -2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠從室溫升溫加熱至315°C進(jìn)行低溫預(yù)析出處理， 保溫時間6h ; 步驟B00 :高溫長時均勻化處理：將經(jīng)過步驟A00處理的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg- 0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠在電阻加熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度465°C，保溫時間 24h，隨后空冷。
[0017] 將經(jīng)上述工藝處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠與 經(jīng)傳統(tǒng)的單級均勻化(加熱溫度465°C，保溫時間24h)處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08M g-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠對比可以看出，經(jīng)本發(fā)明雙級均勻化處理后的Al-8. 13Zn-2. 36 Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠的Al3Sc/Al3Zr析出相更為細(xì)小均勻彌散(如圖la、圖 lb、圖2所示。圖la和圖lb為經(jīng)傳統(tǒng)單級均勻化處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠的微觀組織圖像，圖2為經(jīng)本發(fā)明雙級均勻化處理后的八1-8.13211-2. 36Cu-2· 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠的微觀組織圖像)。由圖中可以看出，經(jīng)本雙級均 勻化熱處理工藝處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠由于在低 溫預(yù)析出處理階段Al3Sc/Al3Zr相可以充分析出，為后續(xù)擠壓、固溶時效處理過程中形成未 再結(jié)晶的細(xì)小纖維組織奠定了基礎(chǔ)。
[0018] 實施例2 對Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠采用本雙級均勻化熱處理方 法進(jìn)行均勻化處理，具體步驟為：步驟A00 :低溫預(yù)析出處理：在電阻加熱爐內(nèi)將Al-8. 13Zn -2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠從室溫升溫加熱至325°C進(jìn)行低溫預(yù)析出處理， 保溫時間4h ; 步驟B00 :高溫長時均勻化處理：將經(jīng)過步驟A00處理的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg- 0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠在電阻加熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度465°C，保溫時間 24h，隨后空冷。
[0019] 將經(jīng)上述工藝處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠與 經(jīng)傳統(tǒng)的單級均勻化(加熱溫度465°C，保溫時間24h)處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08M g-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠對比可以看出，經(jīng)本發(fā)明雙級均勻化處理后的Al-8. 13Zn-2. 36 Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠的Al3Sc/Al3Zr析出相更為細(xì)小均勻彌散(如圖la、圖 lb、圖3所示。圖la和圖lb為經(jīng)傳統(tǒng)單級均勻化處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠的微觀組織圖像，圖3為經(jīng)本發(fā)明雙級均勻化處理后的八1-8.13211- 2. 36Cu-2· 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠的微觀組織圖像)。由圖中可以看出，經(jīng)本雙級均 勻化熱處理工藝處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠由于在低 溫預(yù)析出處理階段Al3Sc/Al3Zr相可以充分析出，為后續(xù)擠壓、固溶時效處理過程中形成未 再結(jié)晶的細(xì)小纖維組織奠定了基礎(chǔ)。
[0020] 為了進(jìn)一步比較經(jīng)本發(fā)明雙級均勻化處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21S c-0. 12Zr合金鑄錠和經(jīng)傳統(tǒng)的單級均勻化處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0 ? 12Zr合金鑄錠的不同效果，把熱處理后的Al-8. 13Ζη-2· 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合 金鑄錠加工成合金擠壓棒材，測試經(jīng)不同工藝加工后的合金擠壓棒材的拉伸力學(xué)性能和再 結(jié)晶溫度，具體操作如下： 將同一熔次和鑄次的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金鑄錠分別按實 施例1和實施例2的工藝規(guī)范進(jìn)行雙級均勻化處理后車皮，然后加熱至420°C保溫3h擠壓 成直徑為20毫米的合金棒材，擠壓比為25 ;拉伸試驗前將合金棒材進(jìn)行475°C保溫lh固 溶處理，水淬，再加熱到120°C時效24h。合金力學(xué)性能測試采用標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣并按標(biāo)準(zhǔn)拉 伸試驗方法進(jìn)行，數(shù)據(jù)取三次試驗的平均值。合金再結(jié)晶溫度的測定采用硬度法和金相法。 3種經(jīng)不同均勻化處理工藝處理后的Al-8. 13Zn-2. 36Cu-2. 08Mg-0. 21Sc-0. 12Zr合金擠壓 棒材的室溫拉伸力學(xué)性能和再結(jié)晶溫度對比見表1 : 表13種合金擠壓棒材的室溫拉伸力學(xué)性能和再結(jié)晶溫度對比

【權(quán)利要求】
1. 一種超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法，其中超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的 合金成分質(zhì)量百分比為：Zn :8. 13%，Cu :2. 36%，Mg :2. 08%，Sc :0. 21%，Zr :0. 12%，F(xiàn)e 不大于 0. 07%，Si不大于0. 09%，單個其他元素的質(zhì)量百分比不大于0. 05%，其他元素質(zhì)量百分比總 和不大于0. 15%，余量為A1 ;其特征在于，具體包括以下步驟： 步驟A00 :低溫預(yù)析出處理：在電阻加熱爐內(nèi)將超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠從室溫升溫加熱 至315-325?進(jìn)行低溫預(yù)析出處理，保溫時間4-6h ; 步驟B00 :高溫長時均勻化處理：將經(jīng)過步驟A00處理的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠在電阻加 熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度462-467°C，保溫時間23-25h，隨后空冷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法，其特征在 于，具體包括以下步驟： 步驟A00 :低溫預(yù)析出處理：在電阻加熱爐內(nèi)將超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠從室溫升溫加熱 至315°C進(jìn)行低溫預(yù)析出處理，保溫時間6h ; 步驟B00 :高溫長時均勻化處理：將經(jīng)過步驟A00處理的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠在電阻加 熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度465°C，保溫時間24h，隨后空冷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠的雙級均勻化熱處理方法，其特征在 于，具體包括以下步驟： 步驟A00 :低溫預(yù)析出處理：在電阻加熱爐內(nèi)將超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠從室溫升溫加熱 至325°C進(jìn)行低溫預(yù)析出處理，保溫時間4h ; 步驟B00 :高溫長時均勻化處理：將經(jīng)過步驟A00處理的超高強(qiáng)度鋁合金鑄錠在電阻加 熱爐內(nèi)進(jìn)行高溫長時間處理，加熱溫度465°C，保溫時間24h，隨后空冷。
【文檔編號】C22F1/053GK104109825SQ201410315766
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】黃志其, 潘清林, 劉志銘, 胡權(quán), 史運(yùn)嘉, 尹志民 申請人:佛山市三水鳳鋁鋁業(yè)有限公司, 廣東鳳鋁鋁業(yè)有限公司