[发明专利]一种7000系铝合金高温快速均匀化处理方法

说明书

技术领域：

本发明属于金属材料热处理技术领域，特别是提供了一种实现7000系铝合金的高温快速均匀化处理方法。

技术背景：

7000系铝合金为超高强度铝合金，主要应用于航空航天、轨道交通等高新技术领域，对产品的强度、韧性和耐腐蚀等方面的综合性能要求很高。目前7000系铝合金主要通过挤压、轧制、锻造等塑性成形工艺生产所需的型材、板材或零件，然后通过后续固溶和时效处理获得满足使用要求的性能。

7000系铝合金元素含量高，Zn、Mg、Cu等合金元素容易在铸造组织的晶界处富集而形成脆性低熔点共晶相（以下简称晶间相）。晶间相在塑性加工及后续热处理过程中极难消除，对产品综合性能影响很大，具体表现在：在变形中，作为裂纹形核位点，诱发裂纹形成，降低合金的断裂韧性；强化元素在晶间相的富集，相应的降低了基体中强化元素的含量，降低时效强化效果；晶间相电极电位低，与基体形成浓差电池，导致晶间腐蚀产生。因此，在塑性加工之前必须对铸锭进行均匀化处理（也称均匀化退火），以消除或减少晶间相的数量、减小偏析程度。[见：李松瑞，周善初. 金属热处理[M].第2版. 长沙: 中南大学出版社. 2003.]

常见的7000系铝合金均匀化处理工艺有一级均匀化、强化均匀化、二级均匀化等[见：李国峰，张新明.7B50高强铝合金的均匀化.中国有色金属学报，2008，5（18）：764-770]。一级均匀化是将铸锭在低熔点共晶熔点（T_m）之下某温度保温，通过元素在固相中扩散实现均匀分布；强化均匀化是在比一级均匀化稍高的温度下延长保温时间以强化扩散作用；二级均匀化是先在第一级温度下（＜T_m）均热处理，再提高到第二级温度（＜T_m）保温。常见均匀化处理的共同特点是：均匀化温度较低，均在T_m之下，残余晶间相较多；处理周期基本在20~30h甚至更长，生产效率低。

现有均匀化处理工艺之所以选择在T_m以下保温，其目的是为了避免温度过高所导致的“过烧”缺陷[见：王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册. 长沙: 中南大学出版社. 2000]。“过烧”对于材料性能的不利影响表现在两个方面：（1）晶间低熔点共晶熔化后，周围气氛中的氧或其他气体会沿液相间隙渗入，产生晶间氧化，从而破坏晶间结合而使铸锭报废；（2）晶间低熔点共晶熔化后，在较快的冷却速度下体积急剧收缩或气体在其周围析出，而形成空洞等缺陷。

铝合金铸锭具有以下特殊性。一方面，晶间相熔化后的氧化产物具保护性时（如致密性），氧化产物会阻碍氧化的进一步深入，从理论上讲，若能合理控制铸锭均匀化保温时间，可以确保晶间氧化只在铸锭表层很小的厚度层发生。

另一方面，若能选择合适的均匀化保温温度和保温时间，在铸锭快冷之前消除晶界上的熔化相，并在冷却阶段控制冷却速度，可避免收缩孔洞的形成。具体可以采取以下控制手段：（1）将铸锭加热到T_m之上，晶间相熔化形成晶间液相；（2）通过保温使晶间液相所富集的合金元素向基体扩散；（3）晶间液相中合金元素含量降低导致其熔点提高，待熔点提高到均匀化保温温度时，晶间液相开始固化；（4）在快冷阶段之前缓冷至T_m以下的温度，以防残余晶间液相急速受冷收缩而形成空洞。

上述两方面的分析表明，如能采取合理工艺和控制手段，实现将铝合金直接在晶间共晶熔化温度以上进行高温均匀化处理具有可行性。

基于上述背景，本发明提出7000系铝合金的一级高温快速均匀化处理方法，其目的在于缩短均匀化时间，降低晶间残余相含量，从而提高生产效率和产品的综合性能。

发明内容：

本发明的目的在于突破低熔点共晶熔点（T_m）的限制，开发一种在高于T_m的温度下对7000系铝合金进行均匀化处理的方法，在显著提高生产效率的同时并使综合性能不低于常规均匀化处理或得到一定程度的提高。