改善7系鋁合金抗晶間與抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝的制作方法

本發(fā)明涉及一種提高7系超高強鋁合金抗晶間腐蝕性能以及抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理方法，本發(fā)明涉及金屬熱處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

7系鋁合金具有較高的比強度和硬度，以及優(yōu)良的加工性能，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造領(lǐng)域中。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對其性能有進一步的要求：在保持合金高強度、硬度的情況下，也要求其具有更優(yōu)良的抗晶間腐蝕性和抗應(yīng)力腐蝕性能。

7系鋁合金是一種典型的可熱處理強化的鋁合金，通過熱處理可以得到很高的強度、硬度等力學(xué)性能。但是在儲存后卻出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂以及晶間腐蝕的情況，不利于7系鋁合金的進一步發(fā)展與應(yīng)用。

7系鋁合金的熱處理工藝主要為固溶與時效。固溶處理使合金中粗大的第二相回溶到基體中，同時會對晶粒的形態(tài)和尺寸、再結(jié)晶程度以及固溶體的過飽和度等產(chǎn)生很大影響，導(dǎo)致材料組織發(fā)生變化，進而影響抗晶間腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕性能。傳統(tǒng)的固溶處理大都為單級固溶，這種處理不能使第二相充分溶入基體中，導(dǎo)致時效析出階段不夠理想，從而使得合金的晶間腐蝕性能提高不顯著。二級固溶時由于極限固溶溫度高于合金的多相共晶溫度，此時合金中粗大第二相能夠最大程度地回溶到基體中，從而提高抗晶間腐蝕性能。時效處理時，過飽和固溶體從基體中析出形成彌散第二相，進一步對合金產(chǎn)生強化作用。峰時效處理可以使7系鋁合金獲得較高的強度，但其抗晶間腐蝕性能下降卻很明顯；過時效雖然可以提高其抗應(yīng)力腐蝕性能和斷裂韌性，但是此時合金的強度卻損失的很嚴(yán)重。

針對鋁合金材料的固溶時效制度，很多學(xué)者已經(jīng)開展了廣泛研究。但由于鋁合金的力學(xué)性能往往與其抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能成反比，因此目前尚未開發(fā)出較好的熱處理制度來平衡三者之間的相互矛盾，并真正被應(yīng)用于實際生產(chǎn)。因此，開發(fā)一種優(yōu)越的的雙級固溶雙級時效熱處理制度，既能保證鋁合金高強度和硬度等力學(xué)性能，又使其具有良好的抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能，顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服背景技術(shù)中所陳述的鋁合金力學(xué)性能、抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能之間的矛盾而提供一種提高7系鋁合金綜合性能的熱處理工藝制度。

本發(fā)明所涉及的在保持7系鋁合金強度和硬度較高水平的基礎(chǔ)上，提高其抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的方法，步驟如下：

(1)對7系鋁合金進行雙級固溶熱處理：將試樣隨爐升溫，首先將溫度升高到440℃～460℃進行一級固溶熱處理，處理時間0.5～2h，然后將溫度升高到475℃～500℃進行第二級固溶處理，處理時間0.5～2h；

(2)雙級固溶熱處理結(jié)束后立即進行淬火處理，淬火介質(zhì)為室溫水，并冷卻到室溫狀態(tài)；

(3)進行雙級時效熱處理：將試樣隨爐升溫到110℃～140℃進行一級時效處理，時效處理時間為2～12h，隨后繼續(xù)升溫到150℃～170℃進行第二級時效處理，第二級時效時間16～36h；

(4)進一步地，在上述熱處理過程中的淬火階段，步驟(2)中淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s。

本發(fā)明采用雙級固溶熱處理工藝，第二級高溫固溶階段能夠使合金中更多的粗大第二相粒子溶入基體中，提高過飽和度，保證合金在淬火后有優(yōu)良的強度和硬度，并且為時效階段做好準(zhǔn)備。在時效階段，第一階段為低溫預(yù)時效處理，使合金析出細小彌散的第二相，并且促進GP區(qū)形核；第二級時效處理為150℃～170℃，處理時間16h～36h，該階段進一步促進第二相析出。通過合理控制時效的時間，在強度和硬度略微下降的情況下，使合金具有優(yōu)良的抗晶間腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕性能。經(jīng)過這幾個階段的熱處理，本發(fā)明不僅保證了高強鋁合金的強度和硬度，還使鋁合金具有優(yōu)良的抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能，突破了傳統(tǒng)熱處理工藝中強度、硬度與晶間腐蝕性能、應(yīng)力腐蝕性能不可兼得的技術(shù)難題。

本發(fā)明的工藝流程簡單，熱處理操作難度不大，具有良好的可推廣性，極大的提高了該合金的使用領(lǐng)域與范圍。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步的說明：

圖1為本發(fā)明的對比例1的晶間腐蝕晶相圖；

圖2為本發(fā)明的對比例2的晶間腐蝕晶相圖；

圖3為本發(fā)明的對比例1的掃描電鏡圖；

圖4為本發(fā)明的對比例2的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面通過以上附圖并且結(jié)合具體實例對本發(fā)明做進一步說明。

本發(fā)明提高7系超高強鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理方法，將試樣依次進行雙級固溶處理、快速淬火處理和雙級時效熱處理。具體包括以下步驟：

(1)首先對7系超高強度鋁合金進行雙級固溶處理，即先在440℃～460℃進行一級固溶熱處理，處理時間0.5～2h，再在475℃～500℃進行第二級固溶處理，處理時間0.5～2h?？刂坪镁Я５拈L大程度，避免過燒晶粒的出現(xiàn)，提高溶質(zhì)原子的過飽和度，為雙級時效處理時彌散相的析出做好準(zhǔn)備；

(2)在雙級固溶處理后進行淬火處理并冷卻至室溫，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水；

(3)淬火后先進行一級低溫時效，時效溫度為110℃～140℃，時效時間為2～12h；然后升溫到150℃～170℃進行第二級時效處理，時效處理時間16～36h。

本發(fā)明中各實施例以及對比樣采用相同成分和規(guī)格的7系鋁合金試樣，所采用的7系鋁合金成分如表1所示。

表1各實施例和對比樣中所采用的7系鋁合金成分/wt％

實施例1：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括雙級固溶、淬火、雙級時效熱處理。首先進行一級固溶處理，將試樣按一定的升溫速率隨爐加熱至440℃，保溫0.5h。保溫完成后繼續(xù)隨爐升溫至500℃，保溫0.5h繼續(xù)進行二級固溶處理。固溶結(jié)束后立馬轉(zhuǎn)移進行淬火并冷卻至室溫。然后進行雙級時效處理。所述雙級時效處理具體為：首先在110℃下保溫2h進行一級時效處理，保溫完成后繼續(xù)升溫至170℃，保溫36h進行二級時效處理。

所述的熱處理升溫階段升溫速率10°/s，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水。

實施例2：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括雙級固溶、淬火、雙級時效熱處理。首先進行一級固溶處理，將試樣按一定的升溫速率隨爐加熱至450℃，保溫0.5h，保溫完成后繼續(xù)隨爐升溫至485℃，保溫1.5h進行二級固溶處理。固溶結(jié)束后立馬轉(zhuǎn)移進行淬火并冷卻至室溫。

然后進行雙級時效處理。所述的雙級時效處理具體為：在110℃下保溫10h進行一級時效處理，保溫完成后繼續(xù)升溫至160℃，保溫36h進行二級時效處理。

所述的熱處理升溫階段升溫速率10°/s，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水。

實施例3：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括雙級固溶、淬火、雙級時效熱處理。首先進行一級固溶處理，將試樣按一定的升溫速率隨爐加熱至460℃，保溫0.5h，保溫完成后繼續(xù)隨爐升溫至485℃，保溫2h進行二級固溶處理。固溶結(jié)束后立馬轉(zhuǎn)移進行淬火并冷卻至室溫。然后進行雙級時效處理。

所述的雙級時效處理具體為：在140℃下保溫10h進行一級時效處理，保溫完成后繼續(xù)升溫至170℃，保溫36h進行二級時效處理。

所述的熱處理升溫階段升溫速率10°/s，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水。

實施例4：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括雙級固溶、淬火、雙級時效熱處理。首先進行一級固溶處理，將試樣按一定的升溫速率隨爐加熱至460℃，保溫2h，保溫完成后繼續(xù)隨爐升溫至500℃，保溫2h進行二級固溶處理。固溶結(jié)束后立馬轉(zhuǎn)移進行淬火并冷卻至室溫。然后進行雙級時效處理。

所述的雙級時效處理具體為:在140℃下保溫2h進行一級時效處理，保溫完成后繼續(xù)升溫至150℃，保溫16h進行二級時效處理。

所述的熱處理升溫階段升溫速率10°/s，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水。

實施例5：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括雙級固溶、淬火、雙級時效熱處理。首先進行一級固溶處理，將試樣按一定的升溫速率隨爐加熱至460℃，保溫2h，保溫完成后繼續(xù)隨爐升溫至500℃，保溫2h進行二級固溶處理。固溶結(jié)束后立馬轉(zhuǎn)移進行淬火并冷卻至室溫。然后進行雙級時效處理。

所述的雙級時效處理具體為:在120℃下保溫8h進行一級時效處理，保溫完成后繼續(xù)升溫至170℃，保溫24h進行二級時效處理。

實施例6：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括雙級固溶、淬火、雙級時效熱處理。首先將試樣進行雙級固溶處理，在460℃下保溫2h，然后升溫至495℃并保溫2h，然后淬火并冷卻至室溫。

隨后進行雙級時效處理：將試樣進行一級時效處理，隨爐升溫至110℃，保溫12h。保溫結(jié)束后進行第二級時效處理，繼續(xù)升溫至170℃，保溫24h。

所述的熱處理升溫階段升溫速率10°/s，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水。

實施例7：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括雙級固溶、淬火、雙級時效熱處理。首先將試樣進行雙級固溶處理，在450℃下保溫1h，然后升溫至495℃并保溫1h，然后淬火并冷卻至室溫。

然后將固溶處理并淬火后的試樣進行雙級時效處理：將試樣進行一級時效處理，隨爐升溫至120℃，保溫8h。保溫結(jié)束后進行第二級時效處理，繼續(xù)升溫至160℃，保溫22h。

所述的熱處理升溫階段升溫速率10°/s，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水。

實施例8：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括雙級固溶、淬火、雙級時效熱處理。首先將試樣進行雙級固溶處理，在460℃下保溫1h，然后升溫至500℃并保溫1h，然后淬火并冷卻至室溫。

然后將固溶處理并淬火后的試樣進行雙級時效處理：將試樣進行一級時效處理，隨爐升溫至110℃，保溫2h。保溫結(jié)束后進行第二級時效處理，繼續(xù)升溫至170℃，保溫12h。

所述的熱處理升溫階段升溫速率10°/s，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水。

對比例1：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括固溶處理、淬火以及時效熱處理。將試樣進行單級固溶處理，隨爐升溫至450℃并保溫2h。結(jié)束后淬火并冷卻至室溫，然后進行升級時效處理為：在120℃下保溫8h，繼續(xù)升溫至160℃下保溫22h。

所述的熱處理升溫階段升溫速率10°/s，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水。

對比例2：

一種提高7系鋁合金抗晶間腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的熱處理工藝，包括固溶處理、淬火以及時效熱處理。將試樣進行雙級固溶處理，在450℃下保溫1h，然后升溫至495℃并保溫1h，雙級固溶熱處理結(jié)束后立即轉(zhuǎn)移淬火，然后在140℃下保溫30h進行一級時效處理。

所述的熱處理升溫階段升溫速率10°/s，淬火轉(zhuǎn)移時間小于16s，淬火介質(zhì)為室溫水。

上述實施例及對比例中固溶時效制度以及合金的性能見表2所示。

表2不同固溶時效制度下合金的各項參數(shù)值

由圖1、圖2表明，采用本發(fā)明的雙級固溶雙級時效處理，合金基體內(nèi)的粗大第二相數(shù)量明顯減少，且彌散度更高。

由對比例1、對比例2中的各項性能參數(shù)可知，在單極固溶或者單級時效制度的處理下，無法得到最佳的性能。

由實施例8可看出此時的晶間腐蝕深度最小，同時其強度、硬度與抗應(yīng)力腐蝕性能具佳。