[发明专利]降低喷射成形7000系铝合金产品应力的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及7000系铝合金，具体是一种降低喷射成形7000系铝合金产品应力的热处理方法。

背景技术

以Zn、Mg、Cu为最主要强化合金元素的7000系（Al-Zn-Mg-Cu）铝合金具有密度小、强度高、塑性好等优点，是当前广泛应用于航空航天等高端领域的高强高韧铝合金；采用喷射成形工艺生产的7000系铝合金，具有晶粒细小、组织均匀致密、无宏观偏析等优点。

7000系铝合金属于可热处理强化铝合金，通过各种热处理制度其强度可大幅提高，如喷射成形7055-T6态抗拉强度可达720MPa，较O态下220MPa提高了227%，但与此同时，热处理后材料的残余应力大幅提高，不适宜在应力腐蚀、交变载荷等复杂工况条件下使用；为降低残余应力，提高韧性、抗应力腐蚀等综合性能，许多热处理制度如T76、T74、T73、T77、T79被相继开发出来，在这些热处理制度中，T76、T74、T73均为二级时效且第二级时效的时效时间逐步延长，随着时效时间的延长，铝合金产品的残余应力逐渐降低，抗应力腐蚀能力、断裂韧性、断面收缩率、电导率等指标逐步提高，但与此同时强度也在逐渐降低。

一般对同一种合金而言，高强度-低应力是相互矛盾的，提高强度的同时合金的内应力也大幅提高，这给后续的机加工带来很多不便，在高强铝合金在淬火热处理和机加工过程中，其内部不可避免的引入残余应力，高水平的残余应力降低了7000系铝合金的实用性，主要体现在：

①高残余应力铝合金构件在后续机加工过程中变形严重甚至开裂报废。

②为避免加工过程中残余应力引发构件开裂，高残余应力构件的机加工工艺被严格限制：如加工方式不能使用线切割、机加工刀具选择和进刀量控制的要求较普通铝合金构件更为苛刻，而且在机加工过程中往往伴随着多道次的低温时效去应力或校形等工艺，这些因素都降低了构件的生产效率，提高了其生产成本。

③高残余应力降低了构件的综合性能，研究表明，高残余应力使得构件的裂纹敏感性提高，抗应力腐蚀能力和疲劳性能降低。

传统残余应力的消减技术主要集中在以下几个方面：机械拉伸/压缩法、低温时效法、震动时效法；在这些方法中，机械拉伸/压缩法对设备要求高且变形量难控制，低温时效法效率低效果差，震动时效法相关工艺还不够成熟机理研究不够充分，目前在铝合金残余应力的消减工艺中还没有一种工艺同时具备高效、实用、易推广的特点。

对于7000系铝合金，如果采用二级时效，即T76/T74/T73，其第一级时效的温度为120℃，第二级时效的温度为160℃；如果在T6峰时效后继续人工时效，随着人工时效的时间延长或温度上升，合金的应力水平逐渐降低，但传统低温时效（低于120℃）效率低效果差，达到或超过一级时效温度（120℃）则会导致力学性能迅速下降；对于喷射成形7000系铝合金，在第一级时效（120℃）与第二级时效（160℃）之间存在一定的温度区间，可以在该区间长时间保温并维持材料力学性能，而采用半连续铸造生产的7000系铝合金在该温度区间保温强度则会大幅度降低；针对该特点，开发出一套高温时效去应力工艺方案，代替传统工艺，可大幅提高工作效率和去应力效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在维持较高强度的基础上提供一种能够高效降低喷射成形7000系铝合金产品的残余应力，同时提高产品的综合性能的热处理方法，降低产品在后续加工过程中的开裂风险，并减小产品的加工变形提高尺寸精度。

降低喷射成形7055铝合金产品应力的热处理方法，依次包括双级固溶和人工时效的步骤，其特征在于：在人工时效的步骤完成后粗加工前或/和在粗加工后精加工前，进行高温去应力时效，即在125-155℃下保温8-24小时。

其中，人工时效后粗加工前进行去应力时效，可降低产品的淬火残余应力；粗加工后精加工前进行去应力时效，可降低机加残余应力；在实际生产中，可根据加工难度来安排一次或多次去应力退火。

进一步地，所述双级固溶的步骤为：将产品随炉由室温升至445-455℃，保温0.5-4小时，0.5小时升至465-480℃，保温0.5-4小时，40-50℃水温淬火。

进一步地，所述人工时效的步骤为单级峰时效或为多级时效。

进一步地，双级固溶步骤和人工时效的步骤之间间隔的时间不大于4小时。

本发明具有以下有益效果：

1）固溶