[发明专利]一种变形铝合金及其热处理方法

说明书

本发明涉及变形铝合金热处理技术领域，具体涉及一种变形铝合金及其热处理方法。本发明提供的变形铝合金的热处理方法为，对铸棒或扁锭先进行高温时效，后进行低温时效。该方法可有效抑制晶粒长大，充分提高了溶质元素的过饱和程度，基体中析出的η′相和Al₃(Y,Er,Zr,Ti)相弥散、细小，大幅提升本体性能的同时也避免了晶界粗大析出的产生；因而所得变形铝合金组织各向异性小，各向力学性能、断裂韧度性能均匀，进一步扩大了变形铝合金的应用范围。同时，该热处理方法生产成本低、周期短，解决了现有变形铝合金存在的力学性能、断裂韧度不足，三向力学性能不均匀，生产周期长而不能满足航空飞机快速维修、低成本要求的问题。

技术领域

本发明涉及变形铝合金热处理技术领域，具体涉及一种变形铝合金及其热处理方法。

背景技术

7xxx系铝合金是一类可热处理强化的高强变形铝合金，其强度高、韧性好且具有良好的抗应力腐蚀性能，已在航空领域广泛应用，如作为飞机机身主承力框梁、飞机接头部件等重要部位。

随着武器装备轻量化和机动性要求逐渐提升，服役过程中的零部件承载情况和服役环境要求越来越苛刻，这要求零部件力学性能越来越高且较均匀，特别是飞机维修部件，要求提供的替换零部件供货周期短且成本更低。

对于7xxx系铝合金而言，半连续铸棒或扁锭通常作为后续轧制、挤压、锻造工序的原材料，通过加工变形而使材料具备较高的力学性能和致密的内部组织；但加工变形处理中难免引入纤维状组织和由于变形不均匀造成的力学性能差异以及各向异性，不能完全满足部分零部件的力学性能及各向均匀性要求。

在以往的零部件维修替换过程中，也常采用铝合金砂型铸造、金属型铸造的方式生产制件，但开具模具需时、生产工序繁琐、造价高且合格率不高，已不作为飞机维修厂的首选方案。

同时，随着零部件力学性能要求越来越高，传统的砂型铸造、金属型铸造也难到达到所需要的断裂韧度要求(如某零部件要求三向本体抗拉强度≥480MPa，三向断裂韧度≥32MPa·m^1/2。

目前，部分7xxx铝合金如7A85、7A99合金，虽可通过反复锻打满足零部件性能要求，但带来了较高的制造成本与较长的生产周期。

发明内容

针对现有变形铝合金存在的力学性能、断裂韧度不足，三向力学性能不均匀，生产周期长而不能满足航空飞机快速维修、低成本要求的问题，本发明提出一种不同于传统热处理的新热处理工艺。该热处理工艺得到的变形铝合金的析出相尺寸细小且分布均匀，合金具有良好的拉伸性能和断裂韧性，而且工艺相对简单、生产成本低、周期短。

本发明提供的变形铝合金的热处理方法为：对铸棒或扁锭，先进行高温时效，后进行低温时效。

不同于以往传统热处理工艺的先低温时效、后高温时效的工艺，本发明提出先进行高温时效处理，析出高温相，如此可防止传统的二次相长大情况的发生；同时，高温时效处理有利于铸棒或扁锭的残余应力释放，减小内部残余应力，更有利于后续机械加工的尺寸控制。高温时效结束后再进行低温时效，析出传统的低温相，增强基体。通过高、低温时效协同作用，使变形铝合金的析出相尺寸细小且分布均匀，合金具有良好的拉伸性能和断裂韧性，且各向力学性能、断裂韧度性能均匀。

本发明所述的热处理方法与传统热处理工艺完全相反，改变了本领域技术人员对变形铝合金热处理工艺的传统认知，克服了技术偏见。该热处理为本发明首创，且取得显著的技术进步。

本发明进一步发现，上述先高温时效、后低温时效处理虽一定程度改善了变形铝合金的各向力学性能及断裂韧度性能，但改善程度有限。为此本发明进一步优化高温时效、低温时效的处理条件：

高温时效的条件：400～410℃下时效0.5～1h，空冷；

低温时效的条件：120～140℃下时效15～20h，冷却。