一種Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的多級熱處理工藝制造技術

本發明專利技術涉及一種Al?Mg?Si?Cu?Zr?Sc鋁合金的多級熱處理工藝，本發明專利技術熱處理工藝采用三級強化升溫固溶熱處理工藝，其熱處理為：首先在230±5℃溫度下保溫1?2小時，然后升溫至550±5℃溫度下保溫1?2小時，最后升溫至575±5℃保溫0.5?1小時后立即在室溫的水中淬火5分鐘，其中淬火轉移時間小于10秒；然后進行單級時效熱處理：在170℃溫度下保溫12?16小時。本發明專利技術的優點是：可以使合金中粗大的非平衡相得以充分溶解和均勻化、固溶體過飽和度增加與晶界共晶相應力集中趨勢減小，晶界為斷續狀分布的晶界析出相，在實現高強度(σs≥443MPa)的同時兼具較好的塑性(δ≥17％)。

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術涉及一種Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的三級升溫固溶熱處理工藝，屬于鋁合金熱處理

技術介紹
：高強度高韌性Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金具有密度低、強度高、耐腐蝕、熱加工性能好等優點，是航空航天、交通運輸領域的重要結構材料。隨著航空航天、交通運輸等工業技術的發展，對結構材料的要求逐漸提高。通過微合金化可以有效抑制Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金再結晶和晶粒長大、保持變形回復組織。Zr、Sc是到目前為止所發現的對抑制鋁合金再結晶最為有效的兩種合金元素，在鋁合金中復合添加Zr、Sc可提高Al-Mg-Si-Cu合金的強度、塑性、耐蝕和焊接等性能。另外，鋁合金中復合添加Zr、Sc對合金熱處理過程中的組織性能變化有著顯著影響，當前對Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金熱處理技術的認識還不夠深入和系統，缺乏有效的理論依據和數據積累，因此亟待對Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的熱處理工藝開展系統深入的研究。
技術實現思路
：本專利技術所要解決的技術問題是，本專利技術一種Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的多級熱處理工藝，包括固溶處理和時效處理，所述固溶處理采用三級強化升溫，所述固溶處理啟始溫度在230±5℃溫度下保溫1-2小時，然后所述固溶處理溫升溫至550±5℃溫度下保溫1-2小時，最后所述固溶處理溫度升溫至575±5℃保溫0.5-1小時，所述時效處理為單級時效處理，并且處理時間滿足：在170℃溫度下保溫12-16小時。作為優選，所述Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的化學成分為：Mg的質量分數 為1.0％～1.4％，Si的質量分數為0.8％～1.3％，Cu的質量分數為0.9％～1.3％，Zr的質量分數為0.05％～0.15％，Sc的質量分數為0.02％～0.06％，其余組分為Al。作為優選，所述固溶處理在溫度575±5℃保溫0.5-1小時后立即在室溫的水中淬火5分鐘。作為優選，所述淬火轉移時間小于10秒鐘。與現有技術相比，本專利技術的有益之處是：本專利技術系統研究了固溶溫度，固溶時間對一種Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金力學性能及微觀組織的影響。通常情況，在不發生過燒的狀態下，固溶溫度越高，回溶的合金元素濃度也就越大，也就提高了合金的固溶程度，淬火后的過飽和固溶體的濃度也就越高，使合金時效析出的相變驅動力增大，析出相增加，時效后產生的析出相細小、彌散沿晶界分布，阻礙位錯運動，從而可以提高合金的強度；而影響固溶處理的主要因素有固溶溫度、保溫時間和冷卻速度，其中固溶溫度的影響最大，而保溫時間也對合金強度有較大的影響，合金第二相粒子有足夠的時間溶入基體中，在隨后的淬火中形成過飽和固溶體，從而在時效過程中析出更多的強化相，因此強度提高，然而固溶處理時的加熱，除了發生強化相溶解外，也可能發生再結晶和晶粒長大過程，因此固溶溫度不宜過高，保溫時間不宜過長。合金中加入Zr、Sc后，其在熱處理過程中抑制再結晶的能力顯著增強，固溶熱處理的溫度可以適當提高。與現有技術比較，本專利技術采用了三級升溫強化固溶處理的技術方案，使該合金首先在230±5℃溫度下保溫1-2小時，然后升溫至550±5℃溫度下保溫1-2小時，最后升溫至575±5℃保溫0.5-1小時后立即取出水淬；然后進行單級時效熱處理：在170℃溫度下保溫12-16小時；第一級固溶處理屬于針對Al3Zr、Al3Sc的低溫預處理，通過高溫處理之前適當的預處理來控制Al3Zr、Al3Sc彌散相的尺寸及其彌散程度；第二級固溶熱處理為常規處理，其目的是使合金中Mg、Si、 Cu等強化元素固溶，在此階段大部分低熔點化合物溶解于鋁基體內，但依然會有少量化合物未溶解；第三級固溶熱處理為強化處理，隨著溫度升高，Mg、Si、Cu等強化元素的固溶程度進一步提高；通過三級升溫強化固溶處理，一方面合金中大部分低熔點等原子均勻細小的分布在晶界處，達到抑制固溶處理后再結晶晶粒長大的目的，另一方面鋁基體中強化元素濃度升高，為隨后的時效處理提供良好的基礎。而單級固溶處理中原子來不及均勻擴散就發生了自身的長大，導致抑制再結晶晶粒長大的效果減弱，另外合金元素在鋁基體中的濃度也低于三級固溶。因此三級固溶較單級固溶可以顯著提高合金的力學性能。本專利技術提供的鋁合金的固溶熱處理方法提高了一種Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的性能，使該合金的抗拉強度、屈服強度、延伸率分別達到：443MPa、370MPa、18％。因此擴大了該種鋁合金在工業領域的應用范圍。附圖說明：下面結合附圖對本專利技術進一步說明。附圖1為本專利技術實施例Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的化學成分表；附圖2為本專利技術實施例Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金三級固溶時效處理后力學性能表；附圖3為為本專利技術實施例Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金單級固溶時效處理后力學性能表；具體實施方式：下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術進行詳細描述，圖1至圖3所示的一種Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的多級熱處理工藝，包括固溶處理和時效處理，所述固溶處理采用三級強化升溫，所述固溶處理啟始溫度在230±5℃溫度下保溫1-2小時，然后所述固溶處理溫升溫至550±5℃溫度下保溫1-2小時，最后所述固溶處理溫度升溫至575±5℃保溫0.5-1小時，所述時效處理為單級時效處 理，并且處理時間滿足：在170℃溫度下保溫12-16小時。為了保證Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的力學性能，所述Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的化學成分為：Mg的質量分數為1.0％～1.4％，Si的質量分數為0.8％～1.3％，Cu的質量分數為0.9％～1.3％，Zr的質量分數為0.05％～0.15％，Sc的質量分數為0.02％～0.06％，其余組分為Al。為了保證Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金在固溶處理時能達到可控和可靠的力學性能，所述固溶處理在溫度575±5℃保溫0.5-1小時后立即在室溫的水中淬火5分鐘。為了保證Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金在淬火后能達到一個滿意的力學性能，所述淬火轉移時間小于10秒鐘。具體的，將成分如圖1所示的Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金擠壓棒材放入電阻爐進行三級固溶處理：首先在230℃溫度下保溫1小時，然后升溫至550℃溫度下保溫2小時，最后升溫至575℃保溫0.5小時后立即在室溫的水中淬火5分鐘，其中淬火轉移時間小于10秒；然后進行單級時效熱處理：在170℃溫度下保溫14小時。圖2是棒材固溶時效處理后的性能。對比例將同樣成分的Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金擠壓棒材放入電阻爐進行單級固溶處理：升溫至550℃溫度下保溫2小時，然后在室溫的水中淬火5分鐘，其中淬火轉移時間小于10秒；然后進行單級時效熱處理：在170℃溫度下保溫14小時。圖3是棒材固溶時效處理后的性能。從圖2和圖3可以看出，同樣成分的Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金，在經過三級升溫固溶處理后，其抗拉強度、屈服強度、斷后延伸率均比單級固溶處理有了較明顯的提高。需要強調的是：以上僅是本專利技術的較佳實施例而已，并非對本專利技術作任何 形式上的限制，凡是依據本專利技術的技術實質對以上實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Al?Mg?Si?Cu?Zr?Sc鋁合金的多級熱處理工藝，包括固溶處理和時效處理，其特征在于：所述固溶處理采用三級強化升溫，所述固溶處理啟始溫度在230±5℃溫度下保溫1?2小時，然后所述固溶處理溫升溫至550±5℃溫度下保溫1?2小時，最后所述固溶處理溫度升溫至575±5℃保溫0.5?1小時，所述時效處理為單級時效處理，并且處理時間滿足：在170℃溫度下保溫12?16小時。

【技術特征摘要】
1.一種Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的多級熱處理工藝，包括固溶處理和時效處理，其特征在于：所述固溶處理采用三級強化升溫，所述固溶處理啟始溫度在230±5℃溫度下保溫1-2小時，然后所述固溶處理溫升溫至550±5℃溫度下保溫1-2小時，最后所述固溶處理溫度升溫至575±5℃保溫0.5-1小時，所述時效處理為單級時效處理，并且處理時間滿足：在170℃溫度下保溫12-16小時。2.根據權利要求1所述的一種Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁合金的多級熱處理工藝，其特征在于：所述Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc鋁...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙志浩，涂季冰，李展志，
申請(專利權)人：昆山捷安特輕合金科技有限公司，鼎鎂昆山新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32