[发明专利]一种7XXX系铝合金的非等温时效工艺

说明书

技术领域

本发明是一种7XXX系铝合金的非等温时效工艺，属于金属材料热处理技术领域。

背景资料

时效析出是沉淀硬化型铝合金获得良好综合性能的基础，其研究历经100年发展获得巨大成就。为了工艺控制易控，传统的时效处理均采用等温工艺，即铝合金经固溶之后在某一或者某几个恒定的温度下保温一定时间以获得尺寸、形状和性质适当的沉淀相来实现合金的强化。

这类时效工艺在组织控制方面表现出一定的局限性，难于满足铝合金综合性能优化的要求。尤其，当时效工艺应用于大型构件时，传统时效工艺的局限性日益突出。首先，目前广泛采用的现行等温时效工艺(包括多级时效工艺)在组织控制方面表现出一定的局限性。例如，单级等温时效中温度一旦确定，则基体过饱和度、析出相形态等组织参数只能通过时效时间的变化进行控制。析出相的演变方向单一、可控性差，相应的性能变化也往往是此消彼长。T7x、RRA等多级时效工艺的提出部分解决了这一问题，但是等温时效工艺热力学参数可调控范围窄的局限性仍难于消除。此外，当对大尺寸构件进行时效处理时，因为快速的加热/冷却难于实现，因此构件势必经历缓冷/缓热的非等温过程并存在不同位置的温度差异，因此以传统的等温时效工艺进行处理构件中容易出现性能不易控制、表层/心部性能差异显著等缺陷，影响材料及构件的服役性能。

随着以大型构件替代组合结构的“整体制造”技术理念的快速发展，大型铝合金构件在航空、航天工业中的应用日益广泛。此时，以传统的等温时效工艺处理这些构件已经难于满足设计要求。因此，开发新型的时效处理工艺、充分挖掘合金的潜能，对于优化大型构件的组织性能控制，拓展大型铝合金构件的应用具有十分重要的工程意义。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术存在的不足而设计提供了7XXX系铝合金的非等温时效工艺，该时效工艺是针对大尺寸铝合金构件时效处理的要求，目的是强化大尺寸构件的组织控制、充分挖掘7xxx铝合金的潜能、兼容缓冷-换热过程并提高热处理工艺的效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种7XXX系铝合金的非等温时效工艺，其特征在于：该时效工艺为以下连续加热和冷却的非等温过程之一：

(1).缓慢加热+空冷；

(2).快速加热+缓慢加热+空冷；

(3).缓慢加热+缓慢冷却；

(4).快速加热+缓慢冷却；

上述过程中，加热速率R_h在5～250℃/h范围内可调，当R_h≤25℃/h时定义为缓慢加热，当R_h＞25℃/h时定义为快速加热；

上述过程中，当冷却速率R_c≤25℃/h时，定义为缓慢冷却，空冷是与缓慢冷却相比更快的冷却方式；

上述过程中，缓慢加热和快速加热的加热起点为T_h-s为20～120℃；

上述过程中，缓慢冷却的起点T_c-s为170～200℃；

上述过程中，缓慢加热和快速加热的加热的最高温度为185～220℃。

该时效工艺实施之前需要对铝合金材料或构件进行固溶-淬火处理；固溶-淬火方法与传统工艺一致。该时效工艺的主要特点是在温度连续变化的过程中完成铝合金的时效处理，这一过程中，非等温时效工艺包含一个或两个升、冷却速率和起点各不相同的连续变温区间，通过不同区间的合理搭配实现性能的合理控制，并最终满足材料/构件的性能要求。该时效工艺不仅可强化铝合金的组织结构控制、充分发挥铝合金的潜能，并且可以很好的兼容大型构件时效处理过程中固有的非等温过程，非常适合大尺寸铝合金构件的时效处理。

附图说明

图1为四种典型非等温时效工艺的示意图

图中，a)恒加热速率加热，b)先缓慢后快速加热时效，c)先快速后缓慢加热时效，d)快速加热+缓慢冷却；

图2为缓慢加热时效过程中7A85铝合金硬度和电导率的变化

图中，(a)为硬度-时间曲线，(b)为电导率-温度曲线

图3缓慢加热时效过程中7A85铝合金力学性能的变化

图4缓慢加热+缓慢冷却过程中7A85铝合金硬度和电导率的变化

图5缓慢加热+缓慢冷却过程中7A85铝合金力学性能的变化

图6快速加热+缓慢冷却时效冷却过程中7A85合金硬度和电导率演变

图7快速加热+缓慢冷却时效中7A85铝合金力学性能的变化