[发明专利]一种超高Zn含量铝合金的低温时效和多级热处理工艺

说明书

本发明提供一种超高Zn含量铝合金的低温时效和多级热处理工艺，包括固溶阶段及低温时效阶段；所述固溶阶段为单级固溶或双级固溶或双级以上多级固溶；所述低温时效阶段的具体工艺为：低温时效处理；或低温时效处理后常规时效处理；或低温时效处理后多级时效处理再常规时效处理。采用本发明的低温分段时效热处理工艺可以使高Zn铝合金材料中合金元素充分固溶的同时减少再结晶程度，可以缓冲并精确控制析出相的形核和长大速率，利用低温的时效时长控制析出强化相的形核数量和尺寸，使析出相分布均匀、尺寸合适，避免因为合金元素含量高导致的在单一段常规时效保温时析出相形核分布不均匀和部分析出相长大速率过快、尺寸过大。

技术领域

本发明属于铝合金处理工艺，尤其涉及一种超高Zn含量铝合金的低温时效和多级热处理工艺。

背景技术

近些年，国防领域在国家大力的支持下得到了迅速的发展，其针对材料的要求日益严苛。铝合金作为国防武器装备领域“轻量化”的结构材料之一，同样需要适应这一需求的变化。与钢和钛合金等其他结构材料相比，铝合金材料虽然具有质轻等传统的优势，但是其强度不足的缺点同样显著；目前，结构材料的主流研究方向是通过提高合金的强度来实现材料的减重目标。因此，如何发挥铝合金传统优势的同时，弥补其不足，对于铝合金材料在国防领域取得进一步的发展和应用具有重要的意义。

目前，在国防领域中的应用最为广泛的超高强度铝。

合金为7000系Al-Zn-Mg-Cu合金，其通常具有强度高，合金化程度高等特点。该系列铝合金材料强度提升的主要手段为提高Zn元素含量的同时控制Zn/Mg比，并添加其他微合金化元素，一般而言，主合金元素含量增加至12.5％时，强度可达800MPa以上，但高合金元素含量带来了析出物的大尺寸、高体积占比分布，导致材料在发挥强度优势时损失了塑韧性，这也是800MPa级7000系铝合金塑性不高的主要原因。

铝合金中第二相对铝合金塑韧性的影响主要取决于三个方面：数量、形貌与尺寸。随着第二相的体积百分数的增加，第二相间平均间距减小，材料抵抗裂纹临界开裂的抗力降低，断裂韧性大幅降低。第二相若呈球形，或颗粒细小，则对断裂韧性的有害作用减小。为了匹配超高强度铝合金的强塑性，通过控制热处理工艺，使析出相尺寸和分布在一定水平，是获得高综性能的有利路径。超高的Zn及合金元素含量导致铝合金在固溶时合金元素难以完全固溶，一般存在部分难溶相，难以形成过饱和固溶体，同时主要的时效析出强化相MgZn2由于Zn、Mg合金元素含量高，在固溶后时效阶段对时效温度和时间极其敏感，常规的人工时效温度会导致强化相的部分形核不均匀及部分长大，降低整体材料塑性。

专利：CN201710160142.8公开了一种高Zn元素含量铝合金的熔铸及热处理工艺。该方法制定了一种三级固溶+三级时效的热处理工艺，获得了抗拉强度最高为790MPa、延伸率7％左右的铝合金性能。该专利仅给出了合金元素含量为Zn：9.8～11.2；Mg:1.6～2.4；Cu:1.2～2.1；Zr:0.08～0.20；Fe≤0.15；Si≤0.1；Mn≤0.05；Cr≤0.05；Ti≤0.05；Al余量的铝合金热处理工艺，但对于更高合金元素含量，特别是Zn含量超过11.2％的铝合金不适用，同时，该专利并未获得强度超过800MPa，延伸率≥5％的常用800MPa级铝合金拉伸性能。由此可见，如何从更微观的层面上制定适合高合金元素含量的铝合金高强塑性热处理工艺，是下一代更高强度铝合金研发的重要方向之一。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超高Zn含量铝合金的低温时效和多级热处理工艺。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：