[发明专利]一种高锌含钪铝合金的时效热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金热处理技术领域，具体涉及一种高锌含钪铝合金的时效热处理方法。

背景技术

高强度高韧性Al-Zn-Mg-Cu铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点，是航空航天领域的重要结构材料。随着航空航天、交通运输等工业技术的发展，对结构材料的要求逐渐提高。

通过微合金化可以有效抑制Al-Zn-Mg-Cu铝合金再结晶和晶粒长大、保持变形回复组织。钪是到目前为止所发现的对优化铝合金性能最为有效的合金元素，钪可提高Al-Zn-Mg-Cu铝合金的强度、塑性、耐蚀和焊接等性能。另外，Zn含量对屈服强度有很大的影响，随着Zn含量的增加，合金强度显著上升，但是随着Zn含量的增加，合金的成型性难度显著加大。

目前我国主要研究高锌合金的成型工艺，对其性能和热处理技术的认识还不够深入和系统，缺乏有效的理论依据和数据积累，因此亟待对高锌含钪铝合金的热处理工艺开展系统深入的研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高锌含钪铝合金的时效热处理方法，目的是

通过设计优化的时效热处理工艺制度使高锌含钪铝合金获得超高强度的同时具有足够的塑性。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

首先将高锌含钪铝合金在455~465℃温度下保温3.5~4.5h，然后在保温结束后10s将高锌含钪铝合金转移到室温的水中淬火5min，再进行双级时效热处理：于100~120℃下保温5.5~6.5h后随炉在2小时内升温至155~175℃保温6～8h，最终冷却至室温，得到经时效热处理的高锌含钪铝合金。

所述的高锌含钪铝合金的化学成分按照质量百分比为：Zn 8～9％，Mg 2.5～3.5％，Cu 2.3～3.5％，Zr 0.05~0.25%，Sc 0.01~0.10%，其余组分为Al。

所述的经时效热处理的高锌含钪铝合金抗拉强度为750MPa，屈服强度为580~586MPa，延伸率为12.8~13.8%，硬度为140~150Hv。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明通过控制时效的温度和时间，使经过热处理后铝合金基体中弥散分布的大量细小Al₃(Sc,Zr)粒子，与基体共格，有着很小的共格错配度，弥散度也很高，热稳定性好，并能强烈钉扎位错和晶界，阻碍位错运动和晶界迁移，使合金中固溶体充分在晶内析出，晶界为断续状分布的晶界析出相，显著提高铝合金强度，如图说明书附图1所示。

本发明提供的铝合金的时效热处理方法提高了一种高锌含钪铝合金的力学性能，使该合金的硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率都得到显著提升，扩大了该种铝合金在工业领域的应用范围。

附图说明

图1 为本发明实施例1中经时效热处理的高锌含钪铝合金的透射电镜图；

图2 为本发明实施例1~3 中经时效热处理的高锌含钪铝合金的力学性能变化曲线图；

图3 为本发明实施例1~3 中经时效热处理的高锌含钪铝合金的硬度变化曲线图；

图4 为本发明实施例4~6 中经时效热处理的高锌含钪铝合金的力学性能变化曲线图；

图5 为本发明实施例4~6中经时效热处理的高锌含钪铝合金的硬度变化曲线图；

图6 为本发明实施例7~9中经时效热处理的高锌含钪铝合金的力学性能变化曲线图；

图7 为本发明实施例7~9 中经时效热处理的高锌含钪铝合金的硬度变化曲线图；

图8 为本发明实施例10~12 中经时效热处理的高锌含钪铝合金的力学性能变化曲线图；

图9 为本发明实施例10~12 中经时效热处理的高锌含钪铝合金的硬度变化曲线图。

具体实施方式

本发明实施例中的高锌含钪铝合金为自制铸锭，经过均质后挤压成直径为10mm的圆棒，化学成分按质量百分比为：Zn 8.5％，Mg 3.0％，Cu 3.0％，Zr 0.15%，Sc的质量分数为0.05%，其余组分为Al，其抗拉强度和屈服强度为492.9MPa 和352.4MPa，延伸率是 9.74%，硬度是110.7HV。

硬度试样为直径10mm的圆棒，高度为5mm，检测设备为452-SVD型自动转塔数显维氏硬度计；拉伸试样根据GB/G228-2002《金属材料拉伸试验方法》加工制定，拉伸检测设备为SANS CMT-5105型微机控制电子万能拉伸实验机；取三组试样每组试样取三个硬度试样和三个拉伸试样，且尺寸相同。

实施例1