本發(fā)明屬于鋁合金熱處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種提高鋁合金抗腐蝕性能和保持其強度的時效熱處理方法。
背景技術(shù)：
：5xxx系鋁合金是以鎂為主要合金元素的鋁合金，該系合金屬于防銹鋁合金，不可進行熱處理強化，只能通過Mg元素的固溶強化和冷加工硬化來強化合金。該系列鋁合金屬于中高強度鋁合金，抗疲勞性能和焊接性能良好，耐海洋大氣腐蝕性好；主要作為裝甲板材、艦船的結(jié)構(gòu)材料及汽車內(nèi)飾材料，得到廣泛的應(yīng)用。然而，當Mg含量超過3％時，Mg原子會優(yōu)先在晶界析出形成β相(Al3Mg2)，因為β相的電位要比Al-Mg基體低，所以β相在晶界優(yōu)先腐蝕導(dǎo)致合金的晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂。此外，相比7xxx系(Al-Zn-Mg-Cu)鋁合金，5xxx系鋁合金在力學(xué)性能方面還是有待于提高的。因此，通過合理的設(shè)計與優(yōu)化成分來開發(fā)新一代高強度抗腐蝕5xxx系鋁合金以滿足國內(nèi)汽車工業(yè)、船舶工業(yè)對高強度和良好的耐蝕性鋁合金的需求具有重要意義。專利CN104313413A通過向傳統(tǒng)Al-Mg合金中加入一定量的Zn元素，使合金變?yōu)榭蔁崽幚韽娀暮辖穑?jīng)過固溶與時效處理后，可以顯著提高其強度，但是其抗腐蝕性能并沒有得到改善。因此需要開發(fā)一種合適的熱處理工藝去改善其綜合性能，而7xxx系鋁合金的熱處理工藝對它有一定的借鑒意義。對于7xxx系鋁合金，早期的合金都采用峰時效(T6)熱處理，但是其抗腐蝕性能欠佳，于是材料工作者在20世紀60年代開發(fā)了過時效(T7X)熱處理工藝，大大提高了鋁合金的抗應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕的性能，但是與T6態(tài)合金相比，其強度下降了10％-15％。為了提高7xxx系鋁合金的抗腐蝕性能同時又不損失強度，在20世紀70年代早期有人提出了回歸再時效(RRA)熱處理工藝。其具體過程為：第一級峰時效后，在200-260℃保溫7-120s，然后進行再時效。由于回歸時效時間太短，它并不適用于厚板，因此人們開發(fā)了在較低溫度(180-200℃)和較長時間(45-90min)的RRA工藝，也被稱作為T77熱處理工藝，廣泛應(yīng)用于航空器件。RRA可以改善7xxx鋁合金的微觀組織，使η-MgZn2相在晶界呈斷續(xù)分布，而在晶內(nèi)彌散均勻分布，從而提高了其抗腐蝕性能，同時又保持了較高強度。對于7xxx系鋁合金，其析出強化相主要是η相，而對于可熱處理強化型Al-Mg-Zn合金，它的析出強化相主要是T-Mg32(Al,Zn)49相。η相和T相的析出溫度、時效析出序列完全不同，所以7xxx系鋁合金和Al-Mg-Zn合金RRA中預(yù)時效、回歸時效和再時效所需的溫度和時間也不相同。因此針對Al-Mg-Zn合金開發(fā)一種合理的熱處理工藝，使其抗腐蝕性能提高而又能保持其強度變得尤為重要。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有的可熱處理強化型Al-Mg-Zn合金熱處理技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種合適的熱處理工藝，如圖1所示，改善Al-Mg-Zn合金的微觀組織和綜合性能，使合金保持較高強度的同時，很大程度上改善其抗腐蝕性能。本發(fā)明通過預(yù)時效、高溫短時回歸時效、雙級再時效等與現(xiàn)有技術(shù)不同的熱處理工藝，可以實現(xiàn)T相在晶內(nèi)和晶界處的最優(yōu)分布，從而提高其綜合性能。本發(fā)明的技術(shù)方案為：第一步：預(yù)時效，固溶處理后，將合金在80～220℃保溫15～50h進行單級或雙級時效處理，冷卻至室溫或隨爐升溫。其中預(yù)時效優(yōu)選在80～100℃保溫12～24h進行單級時效，或在80～100℃保溫12～24h，然后在120～160℃保溫12～24h進行雙級時效；第二步：回歸時效，將合金在380～460℃保溫10min～6h，冷卻至室溫。其中回歸時效優(yōu)選將合金在405～430℃保溫10min～2h；第三步：再時效，分為兩級。第一級讓先讓回歸時效后的合金在50～100℃保溫10～80h，第二步在110～180℃保溫10～50h，冷卻至室溫。其中再時效優(yōu)選將合金在70～90℃保溫15～30h，然后在120～150℃保溫15～30h。當采用雙級時效，經(jīng)第一級時效后，可采用空冷、水冷、風(fēng)冷中的任意一種方式冷卻至室溫，放置一定時間后進行第二級時效；或者隨爐升溫進行第二級時效；進一步的預(yù)時效與回歸時效的銜接方式為：預(yù)時效后，可采用空冷、水冷、風(fēng)冷中的任意一種方式冷卻至室溫，放置一定時間后進行回歸時效；或者隨爐升溫進行回歸時效；進一步的所述步驟(2)回歸時效若采用隨爐升溫，則升溫速率≥20℃/min；進一步的所述步驟(2)回歸時效后冷卻至室溫，冷卻介質(zhì)為水或油；進一步的所述的Al-Mg-Zn合金時效處理方法，所述Al-Mg-Zn合金的Mg含量大于3％，并且Mg/Zn質(zhì)量比大于1。本發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，通過向Al-Mg合金中加入Zn元素，可使Al-Mg合金變?yōu)榭蔁崽幚韽娀秃辖穑?jīng)固溶時效后，合金析出大量的T相，其峰時效狀態(tài)形貌如圖2所示，由于T相的強化作用，其強度增高，但其抗腐蝕性能比傳統(tǒng)的Al-Mg合金下降很多。由Factsage軟件計算得到Al-5Mg-χZn合金相圖，如圖3所示，可以看出，Al-Mg-Zn合金析出相T相的析出溫度在400℃左右，遠高于傳統(tǒng)的7xxx系合金中η相的析出溫度，因此需要較高的回歸溫度，才可以使T相回溶。經(jīng)預(yù)時效后，合金在晶內(nèi)形成細小彌散分布的GP區(qū)和T’相，回歸時效后晶內(nèi)相充分回溶，晶界相部分長大，部分回溶，因此呈斷續(xù)分布?；貧w時效工藝采用高溫短時，因為T相的析出溫度在400℃左右，短時間的回歸處理可以防止晶界相完全回溶，回歸時效后的組織形貌如圖4所示。若回歸溫度太低則晶內(nèi)相不能回溶，會導(dǎo)致再時效后析出相不能充分析出，從而強度會下降很多；若回歸溫度過高，晶界完全回溶，再析出后晶界又呈連續(xù)分布，對抗腐蝕性能不利。再時效階段采用“雙級”時效，先低溫時效，使晶內(nèi)形成大量的GP區(qū)，均勻彌散分布，具有較高的密度，隨后進行高溫時效，使GP區(qū)迅速長大形成T’相，從而可以保證合金具有較高的強度，同時減少了再時效的時間。再時效后的組織形貌圖如圖5所示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和積極效果：該熱處理方法能明顯改善Al-Mg-Zn合金的微觀組織和抗腐蝕性能，合金晶內(nèi)析出相T相的大小與密度和T6態(tài)合金相當，晶界析出相粗大并且呈斷續(xù)分布，抗晶間腐蝕性能提高兩倍以上。與欠時效態(tài)或過時效態(tài)合金相比，當抗腐蝕性能相當時，其硬度要比前兩者高，而當硬度相當時，其抗腐蝕性能又明顯優(yōu)于前兩者。附圖說明圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。圖2為Al-Mg-Zn合金峰時效狀態(tài)晶內(nèi)晶界析出相形貌透射電鏡照片。圖3是用FactSage軟件計算的Al-5Mg-χZn合金相圖。圖4為Al-Mg-Zn合金回歸時效狀態(tài)晶內(nèi)晶界析出相形貌透射電鏡照片。圖5為Al-Mg-Zn合金RRA時效狀態(tài)晶內(nèi)晶界析出相形貌透射電鏡照片。表1是Al-Mg-Zn合金時效處理工藝。表2是不同時效狀態(tài)Al-Mg-Zn合金最大腐蝕深度，拉伸強度，斷后延伸率與維氏硬度值。具體實施方式配置Al-5.1Mg-3Zn-0.4Mn-0.15Cu-0.15Zr-0.07Ti-0.03Cr-0.2Fe-0.15Si合金，經(jīng)熔煉，鑄造，均勻化退火，熱軋，中間退火，冷軋至5mm厚。經(jīng)475～550℃/10～60min固溶處理，對固溶后的樣品進行不同的時效處理，如表1所示，對時效態(tài)合金進行維氏硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試。晶間腐蝕試驗參照國標GBT7998-2005中5xxx系鋁合金進行，腐蝕液為3.0％NaCl+10ml/LHCl的去離子水，試驗溫度為35±2℃，侵蝕時間為24h，試樣表面積與試驗溶液體積的比值小于20mm2/mL。腐蝕后的試樣，用水洗凈，吹干，經(jīng)磨制和拋光后用金相顯微鏡觀察其最大腐蝕深度。對比例1試樣采用雙級欠時效，90℃/24h+140℃/8h。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。對比例2試樣采用雙級峰時效，90℃/24h+140℃/24h。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。對比例3試樣采用雙級過時效，90℃/24h+180℃/5h。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例1試樣經(jīng)90℃/24h時效后，在405℃回歸1h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例2試樣經(jīng)90℃/24h+140℃/24h時效后，在405℃回歸1h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例3試樣經(jīng)90℃/24h+220℃/15h時效后，在405℃回歸1h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例4試樣經(jīng)90℃/24h時效后，在405℃回歸2h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例5試樣經(jīng)90℃/24h+140℃/24h時效后，在405℃回歸2h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例6試樣經(jīng)90℃/24h+220℃/15h時效后，在405℃回歸2h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例7試樣經(jīng)90℃/24h時效后，在420℃回歸0.5h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例8試樣經(jīng)90℃/24h+140℃/24h時效后，在420℃回歸0.5h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例9試樣經(jīng)90℃/24h+220℃/15h時效后，在420℃回歸0.5h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例10試樣經(jīng)90℃/24h時效后，在420℃回歸1h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例11試樣經(jīng)90℃/24h+140℃/24h時效后，在420℃回歸1h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例12試樣經(jīng)90℃/24h+220℃/15h時效后，在420℃回歸1h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例13試樣經(jīng)90℃/24h時效后，在450℃回歸1h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例14試樣經(jīng)90℃/24h+140℃/24h時效后，在450℃回歸1h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。實施例15試樣經(jīng)90℃/24h+220℃/15h時效后，在450℃回歸1h，水冷，進行90℃/24h+140℃/24h再時效。時效結(jié)束后進行硬度、拉伸試驗和晶間腐蝕測試，實驗結(jié)果如表2所示。對比表2中不同預(yù)時效與回歸時效處理工藝可以看出，實施例7、8、9的抗拉強度、屈服強度、延伸率較高，最大腐蝕深度較小，為優(yōu)選工藝?？紤]到節(jié)省時間和成本，實施例7(90℃/24h+420℃/0.5h+90℃/24h+140℃/24h)為最佳工藝。與峰時效(90℃/24h+140℃/24h)相比，實施例7(90℃/24h+420℃/0.5h+90℃/24h+140℃/24h)時效處理后，Al-Mg-Zn合金的抗拉強度下降0.8％，屈服強度下降1.9％，延伸率由13.88％提高到15.20％，最大腐蝕深度由201μm下降到68.7μm，抗晶間腐蝕提高一個等級。因此通過RRA熱處理工藝可以使其保持Al-Mg-Zn合金擁有峰時效的強度，同時其抗晶間腐蝕性能有較大的提高。表1實例熱處理方式對比例190℃/24h+140℃/8h對比例290℃/24h+140℃/24h對比例390℃/24h+180℃/5h實施例190℃/24h+405℃/1h+90℃/24h+140℃/24h實施例290℃/24h+140℃/24h+405℃/1h+90℃/24h+140℃/24h實施例390℃/24h+220℃/15h+405℃/1h+90℃/24h+140℃/24h實施例490℃/24h+405℃/2h+90℃/24h+140℃/24h實施例590℃/24h+140℃/24h+405℃/2h+90℃/24h+140℃/24h實施例690℃/24h+220℃/15h+405℃/2h+90℃/24h+140℃/24h實施例790℃/24h+420℃/0.5h+90℃/24h+140℃/24h實施例890℃/24h+140℃/24h+420℃/0.5h+90℃/24h+140℃/24h實施例990℃/24h+220℃/15h+420℃/0.5h+90℃/24h+140℃/24h實施例1090℃/24h+420℃/1h+90℃/24h+140℃/24h實施例1190℃/24h+140℃/24h+420℃/1h+90℃/24h+140℃/24h實施例1290℃/24h+220℃/15h+420℃/1h+90℃/24h+140℃/24h實施例1390℃/24h+450℃/1h+90℃/24h+140℃/24h實施例1490℃/24h+140℃/24h+450℃/1h+90℃/24h+140℃/24h實施例1590℃/24h+220℃/15h+450℃/1h+90℃/24h+140℃/24h表2當前第1頁1 2 3