[发明专利]一种Al-Zn-Mg-(Cu)系合金材料的加工处理方法

说明书

本发明提供了一种Al‑Zn‑Mg‑(Cu)系合金材料加工处理方法，用以解决现有技术中该系合金板材优异成型性与高强度及优良耐腐蚀性兼得问题。所述制备方法将Al‑Zn‑Mg‑(Cu)系合金板材进行高温固溶和淬火处理后，在预设中低温下等温处理，冷却后在室温下等温时效处理，再进行加工成型，最后在预设中高温下等温处理，获得Al‑Zn‑Mg‑(Cu)系合金板材构件。本发明经过短时间的中低温预时效处理，使合金板材具有较低的强度和优异成性性，利于加工成型；成型后再在中高温下进行等温处理，可提高构件强度并使其兼具优良耐腐蚀性，显著缩短合金构件制造流程，降低生产成本，可应用于批量化生产。

技术领域

本发明属于材料成型与加工领域，特别涉及一种Al-Zn-Mg-(Cu)系合金材料的加工处理方法。

背景技术

轻量化、高性能铝材是车辆、船舶、飞行器等实现高速、节能、安全、舒适运行的重大应用需求，特别是具有低密度、高强韧、优良耐腐蚀的Al-Zn-Mg-(Cu)系合金被广泛用于制备航空航天、汽车、装甲、高速列车等关键承力构件。一些车辆的耐冲击防撞构件逐渐采用轻量化的高性能铝合金材料制造，替代了密度较高的钢铁材料，利于车辆减重和提高碰撞吸能效果，其中高强韧、高比强度的Al-Zn-Mg-(Cu)系合金成为此类构件实现轻量化设计和制造的重要基材。目前，部分铝材生产商和汽车制造商已展开了Al-Zn-Mg-(Cu)系合金板材或型材在汽车零部件上的应用开发和试验考核工作。

现有技术中，Al-Zn-Mg-(Cu)系合金通过固溶、时效处理方法获得优异综合性能，其固溶-淬火态合金在时效处理过程中会发生一定序列的沉淀相析出：过饱和固溶体→GP区→η’→η(MgZn₂)。一般认为，在欠时效和峰时效状态下，Al-Zn-Mg-(Cu)系合金的主要强化相是GP区和η’相，其中GP区与铝基体呈完全共格关系，η’相与铝基体呈半共格关系。在过时效状态下，Al-Zn-Mg-(Cu)系合金主要形成η相，其与铝基体呈非共格关系，基本无强化能力。经T6峰时效(一般为120℃/24h)处理后的Al-Zn-Mg-(Cu)系合金可在晶内析出大量细小弥散的GP区和η’相，使合金的硬度、强度达到最高值，但耐腐蚀性能不佳。通过采用如T74、T73等双级时效热处理工艺可显著提升Al-Zn-Mg-(Cu)系合金的耐蚀性，但会使合金强度降低10-15％，而回归再时效处理工艺(三级时效处理)可使Al-Zn-Mg-(Cu)系合金兼具高强度和良好耐蚀性。诸如T6、T74、T73及回归再时效处理工艺等均针对大尺寸、具有一定厚度的Al-Zn-Mg-(Cu)系合金板材或型材设计开发，其总时效时间达18-60h，但是需要反复加热与冷却，工艺过程相对复杂。

铝合金构件的成型热处理工艺过程通常为：板材→固溶处理→淬火→预拉伸矫直→成型→时效硬化处理，从而获得强度较高的铝合金构件。由于Al-Zn-Mg-(Cu)系合金材料强度较高，板材、型材或管材在进一步冲压、弯曲、弯折、胀形等深加工时难度大或难以实现进一步的深加工，导致深加工成品率低，无法在车辆等关键结构件的轻量化制造方面获得广泛应用。同时，经冲压或挤压等制造的车身框架、覆盖板、防撞梁等铝合金部件经装配后会进行整体的阳极氧化、喷漆及烤漆等处理，而烤漆处理会影响时效硬化型铝合金基体内强化相的类型、形貌、尺寸等，进而影响铝合金零部件的最终服役性能。对于冲压成型部件的制造来说，要求铝合金板材在冲压成型前具有较低的强度和优异的成型性，而Al-Zn-Mg-(Cu)系合金经固溶处理和淬火后存在较为明显的自然时效现象，导致淬火态Al-Zn-Mg-(Cu)系合金板材强度随室温存储时间延长而增大，即自然时效后Al-Zn-Mg-(Cu)系合金板材强度高且不稳定，造成冲压成型过程控制难度大、成型质量低等问题。

同时，汽车等运输装备的车身框架和主要构件(如覆盖件、碰撞件等)在产线上装配好后，会进行涂漆和一定温度下的烤漆处理，因而构件成型过程、烤漆处理等均会对时效硬化型铝合金的时效析出行为造成显著影响，若成型与热处理工艺控制不当，会导致成型质量不高或使最终构件难以兼具高强度和良好耐蚀性，大大影响构件的安全服役。

发明内容