[发明专利]一种改善Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能的时效处理方法

说明书

本发明总体地涉及金属材料热处理技术领域，提供了一种改善Al‑Zn‑Mg‑Cu合金力学性能的时效处理方法，Al‑Zn‑Mg‑Cu合金化学成分质量百分比为：Zn占8.45～8.85％，Mg占2.30～2.78％，Cu占2.54～2.78％，Zr占0.13～0.17％，余量为Al。合金经过挤压、锻造或轧制变形后，进行逐级固溶处理(200℃/1h+300℃/1h+400℃/1h+470℃/1h)，淬火之后，进行如下双级时效：第一步，将淬火后的工件在175±5℃的温度下时效3～4h，第二步，将工件继续在120±5℃的温度下时效23～24h。经本发明处理之后的合金力学性能明显得到提升。

技术领域

本发明总体地涉及金属材料热处理技术领域，特别涉及一种改善Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能的时效处理方法。

背景技术

热处理是合金材料制造过程中不可缺少的一部分，通过合理的热处理方法，能充分挖掘发挥材料的潜力，使其满足服役环境的要求。热处理是指通过热作用来改变合金表面和内部的微观组织，从而改善合金性能的一种方法，它包括均匀化处理、固溶处理和时效处理。将合金工件进行固溶处理，紧接着进行从高温淬火或者对工件进行冷加工变形，然后进行时效处理。时效处理是指将合金工件放在高于室温或者室温条件下保持一定的时间，其形状、尺寸、性能随时间变化的热处理方法。固溶处理使得合金成为过饱和固溶体，在时效处理的过程中，原子从饱和固溶体中析出，形成许多细小弥散分布的析出相，这些析出相对合金基体起到强化作用，从而改善合金的力学性能。

Al-Zn-Mg-Cu合金即7000系铝合金，具有密度小、强度高、焊接性能优良等特点，被广泛应用于军事工业、航空航天工业和汽车制造工业等领域，如机身蒙皮、机身框架等。其时效处理方法的研究经历了峰时效处理(T6)，双级时效处理(T73/T76)，回归再时效处理(RRA)三个阶段。峰时效处理是指将合金在某一温度下保温一定时间的处理，处理之后的合金强度会达到峰值；双级时效是指合金在某一温度下处理一定的时间，之后再提高或者降低温度处理一定的时间，从而改善合金的性能；回归再时效是指三级时效处理，在较低的温度下预时效一段时间，之后提高温度，在较高温度下回归处理较短的时间，最后在一定的温度下再时效一段时间。

Al-Zn-Mg-Cu合金的时效析出序列一般认为是SSSS(过饱和固溶体)→GP区(GPΙ和GPⅡ)→η’相→η相(MgZn₂)。GP区是指过饱和固溶体中原子偏聚区，GPΙ区为圆片状，尺寸约为1～2nm，是Zn原子和Mg/Al原子在{100}_Al面上形成的原子团簇，GPⅡ区为盘状，厚约1nm，长约3～4nm，是平行于{111}_Al面富Zn的原子团簇。η’相为盘状，与合金基体半共格，具有六方结构，晶格常数a＝0.496nm，c＝1.402nm，(0001)_η’∥{111}_Al，[11-20]_η’∥112_Al，(10-10)_η’∥(110)_Al，为主要强化相。η相为板条状或者球状，与基体不共格，为稳定的平衡相，不具有强化作用，晶格常数a＝0.523nm，c＝0.857nm，化学组成为MgZn₂，与基体的取向关系比较多，有9种。

Al-Cu合金的时效析出序列一般认为是SSSS(过饱和固溶体)→GP区(GPΙ和GPⅡ(θ”相(Al₃Cu)))→θ’相→θ相(Al₂Cu)。GPΙ区长度大约为2～10nm，在铝基体中由Al原子包裹一层富Cu原子组成，具体的成分目前还不是很清楚。GPⅡ区也被称为θ”相，GPΙ区向GPⅡ区的变化是一个动态过程，这两者没有明显的区分界限。θ’相为{111}_Al面上的矩形或八角形片层，具有四方结构，与基体部分共格，晶格常数a＝0.404nm，c＝0.508nm。θ相与基体不共格，为稳定的平衡相，不具有强化作用，与基体的位向关系与θ’相与基体的位向关系基本一致。