[发明专利]一种改进的7000系铝合金双级过时效热处理工艺

说明书

技术领域

本发明所涉及的技术领域的铝合金的热处理方法，特别是由国际铝业协会和中国有色金属标准化技术委员会所注册的7000系（Al-Zn-Mg-Cu系）铝合金的热处理方法；更具体地，本发明涉及一种改进的7000系铝合金双级过时效热处理工艺方法。

背景技术

7xxx系（Al-Zn-Mg-Cu系）铝合金是典型的可热处理强化铝合金，时效工艺过程是使其获得高强度与其他综合性能匹配最为关键的工艺环节之一。为此，自上世纪50年代第一个实用化7xxx铝合金诞生以来，材料工作者一直致力于开发出能改善组织性能的时效新工艺。上世纪60年代以前，Al-Zn-Mg-Cu系铝合金常采用的时效制度为峰值时效（T6），目的是获得最高强度。但此状态主要强化相是GP区和少量的η′，晶界为链状连续的析出物，这对合金的抗应力腐蚀性能非常不利，极易给应力腐蚀裂纹的发展提供腐蚀通道，使应力腐蚀裂纹更易于扩展，该工艺虽可获得极高的静强度，但降低了合金的抗应力腐蚀性能。为解决此问题，材料工作者开发了T7x双级过时效制度，根据过时效程度由重到轻排序，包含有T73,T74,T76和T79制度，即T79态强度最高、T73态强度最低。双级时效中，第一级时效一般在相对较低的温度区间（100～125℃）内某一确定温度点进行恒温处理，为析出成核阶段；第二级时效是高温时效，即相对较低的温度区间（150～175℃）内某一确定温度点进行恒温处理，为稳定化阶段。低温预时效对随后高温时效产生的沉淀相的尺寸、分布和密度有强烈的影响。双级过时效制度使晶界上的η′相和η相质点聚集，破坏了晶界析出相的连续性，使组织得到改善，减小了应力腐蚀和剥落腐蚀敏感性，也提高了合金的断裂韧性。与此同时，由于晶粒内的强化相质点发生粗化，因此在提高抗应力腐蚀能力的同时却以牺牲10～15%的强度为代价。这些双级时效制度已被广泛用于飞机机身框架、船壁、机翼蒙皮、加强筋、起落架支撑部件、铆钉等构件的热处理中，但它们不可避免地都损失了一定的静强度性能。

为解决该系合金的强度和抗应力抗腐蚀性能之间的矛盾，1974年以色列飞机公司的Cina等人提出了一种三级时效工艺——回归再时效处理工艺(RRA)，使回归现象在Al-Zn-Mg-Cu系合金中有了突破性应用。RRA处理包括三级：第一级在较低温度下进行T6峰值预时效，显微组织和性能与峰值时效状态相同；第二级在较高温度下(200℃～260℃)进行短时保温（几十秒到几分钟）后淬火，经回归处理后，晶内的共格或半共格析出相又溶解进固溶体内，晶界上连续链状析出相合并、集聚，不再连续分布，这种晶界组织改善了抗应力腐蚀和剥落腐蚀性能，而晶内GP区和η′的溶解大大降低了合金的强度；第三级在较低温度下再时效，达到峰值强度，晶内析出细小的GP区和η′相，弥散分布，晶界仍为不连续的非共格析出相。RRA处理后，晶内与T6态的组织相似，晶界与T7状态相似，使合金获得高强度和良好的抗应力腐蚀性能的统一。但不幸的是，由于RRA工艺需要被处理件在高温下短时暴露，因而只能应用于较小结构件，但对于工作环境导致应力腐蚀更为严重的厚板及厚壁件却无能为力，这也成为RRA制度在工业化上获得应用的主要障碍。在RRA处理的基础上，材料工作者不断对RRA工艺开展深入的研究和改进，主要是围绕如何在保证合金综合性能的不显著降低前提下尽量拓宽第二级时效时间，以满足厚截面制品生产的需要。1989年美国的Alcoa公司以T77热处理状态为名注册了第一个可工业应用的RRA处理规范，并将这种工艺用于7150板材和挤压件的处理，使之既保持了T6状态的强度又达到了T76状态的抗应力腐蚀性能。

然而，由于T77时效包含三级时效处理，工艺流程较长，且第二级高温回归处理后要求进行淬冷处理，这就导致T77时效需要采用比传统时效炉更为复杂、精度要求更高的专用时效炉，且三级时效需要进行在不同时效炉上分别进行，这给工业条件下操作带来了较大的操作难度，生产效率较低。因此，在对材料综合性能平衡要求不是极端严苛的应用场合下，T7x双级过时效仍是当前高强高韧7000系铝合金各种产品生产过程中最主流的热处理工艺。

发明内容

针对7000系铝合金双级过时效（T73、T74、T76、T79）热处理技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种改进的7000系铝合金双级过时效热处理工艺。本发明采用先低温后高温的两阶段预时效工艺方案，同时采用与之相匹配的第二级高温稳定化时效处理等与传统T7x双级过时效完全不同的新型技术方案，可以实现有利于改善合金综合性能平衡的晶内与晶界析出相协同调控，获得相对理想的综合性能匹配。