[发明专利]一种用于喷射成形超高强铝合金材料的致密化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于喷射成形超高强铝合金材料的致密化处理方法，属于金属材料加工技术领域。

背景技术

Al-Zn-Mg-Cu系(7xxx系)合金是高强铝合金中的典型代表，其出现可追溯至二十世纪三十年代，随着飞机制造业的发展，工业发达国家相继开发出了实用化的7075和B95高强铝合金，代替在飞机制造业中普遍使用的杜拉铝，广泛用于飞机部件的制造。二十世纪六十年代，在优化传统制备加工技术的基础上，通过改变7xxx系铝合金中各种微量元素的添加种类及含量、研究合金的新型热处理工艺等，开发了多种具有良好使用性能的高强铝合金，包括7175、7475等，用于制造各种飞机的机身、机翼壳翼梁、机舱壁板、飞机和火箭中高强度结构零件；另外，还通过进一步提高并优化设计7xxx系铝合金中Zn、Mg、Cu等主合金元素的含量，相继开发了7049、7050、7055、7449、7136、7095和B96等强度性能更高的合金，在许多场合获得了广泛的应用。长期以来，在采用传统工艺开发和生产Al-Zn-Mg-Cu系(7xxx系)合金过程中，人们发现随着主合金元素(Zn、Mg、Cu)总含量增加、合金化程度的提高，材料的性能可以得到一定程度的提升，但当主合金元素总含量超过一定界限时，由于传统制坯工艺凝固冷却速度的限制(一般不超过10℃/s)，合金中会形成大量的粗大一次析出相，这些相很难通过后续的固溶处理使其回溶到基体中，不仅不会进一步提高最终合金中时效强化相的体积分数，反而会恶化材料的各项性能。

随着以喷射成形为代表的新一代快速凝固/粉末冶金(RS/PM)工艺走向实用，使得以生产规模制备各种快速凝固超高强7xxx系铝合金及产品变为现实。利用喷射成形技术制备各种材料，除保持合金元素固溶度增加、晶粒细小、组织均匀、宏观及微观偏析受到抑制等传统RS/PM工艺所具备的优点外，由于从合金熔炼到坯件最终成形可一次完成，与传统RS/PM工艺相比，减少了材料在整个制备工艺过程中被氧化的可能性，缩短了制备流程，降低了成本，且易于制备大尺寸块体材料，因此，自该技术诞生以来，在工业发达国家获得了迅速的发展，7xxx系铝合金便是喷射成形技术首先应用的领域之一。工业发达国家利用喷射成形技术，成功地开发制备出了强度级别达到800MPa快速凝固超高强7xxx系铝合金，并在一些关键的构件制造中获得应用。

美中不足的是，与传统铸锭冶金方法制备铝合金不同，采用快速凝固喷射成形技术制备铝合金锭坯中不可避免地会出现疏松、气孔、氧化层夹杂等缺陷，通常情况下喷射成形铝合金沉积坯件的致密度约为91～95％左右。传统中，这些缺陷完全依赖于后续热变形加工(挤压、锻造、轧制)进行消减，然而，经变形加工后的合金制品虽已基本致密，但缺陷并未彻底消除，部分缺陷仍将以假闭合(没有实质的冶金结合)或完全未闭合等形态存留于最终加工材制品之中，对最终合金加工材制品性能不利。另外，在此类材料的制造工艺流程中，常规做法一般在对喷射成形合金沉积坯件进行热变形/致密化处理之前，直接进行长时间的高温均匀化退火处理(一般为36～48h)，以达到锭坯均质化处理的目的；但不幸的是，对于快速凝固喷射成形超高强铝合金而言，由于沉积坯件中存在的连通缺陷，在长时间大气暴露下进行高温均匀化退火时，缺陷内壁容易被氧化，形成新的片状氧化层缺陷，致使沉积坯件中出现氧化层缺陷加剧的现象。以上问题都是导致最终产品加工材不同部位性能均一性、批次稳定性及可靠性不足的主要原因，是此类材料走向实际工程应用之前必须解决的关键技术难题。

发明内容

针对现有技术中沉积坯件中的缺陷在长时间高温均匀化退火时形成新的片状氧化层缺陷、经热变形加工后组织缺陷未得到完全闭合等一系列问题，本发明的目的在于提供一种用于喷射成形超高强铝合金材料的致密化处理方法，以显著改善材料的组织与性能，提高最终产品的质量一致性和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于喷射成形超高强铝合金材料的致密化处理方法，将喷射成形的超高强铝合金坯件经包套和抽气处理后置于热等静压炉中，抽真空、加热、加压，进行保温、保压致密化处理，该致密化处理的参数范围如下：温度为440～475℃，压强为80～120MPa，保持时间为0.5～24h。

根据以上致密化处理方法，喷射成形制备致密化态的超高强铝合金材料的具体工艺步骤如下：

(1)对喷射成形制备好的超高强铝合金沉积坯件进行包套、抽气处理，获得带包套的喷射成形超高强铝合金沉积坯件；

(2)将经包套和抽气处理的喷射成形坯件置于热等静压炉中，进行抽真空、加热、加压；