[发明专利]一种改善7xxx系铝合金微观组织和综合性能的多级时效处理方法

说明书

技术领域

本发明所涉及的技术领域的铝合金的热处理方法，特别是由国际铝协会和中国有色金属标准化技术委员会所注册的7xxx系（Al-Zn-Mg-Cu系）铝合金的热处理方法；更具体地，本发明涉及具有卓越的强度和其他综合性能匹配的7xxx系铝合金的多级时效处理方法。

背景技术

7xxx系（Al-Zn-Mg-Cu系）铝合金是典型的可热处理强化铝合金，时效工艺过程是使其获得高强度与其他综合性能匹配最为关键的工艺环节之一。为此，自上世纪50年代第一个实用化7xxx铝合金诞生以来，材料工作者一直致力于开发出能改善组织性能的时效新工艺。上世纪60年代以前，Al-Zn-Mg-Cu系铝合金常采用的时效制度为峰值时效（T6），目的是获得最高强度。但此状态主要强化相是GP区和少量的η′，晶界为链状连续的析出物，这对合金的抗应力腐蚀性能非常不利，极易给应力腐蚀裂纹的发展提供腐蚀通道，使应力腐蚀裂纹更易于扩展。为解决此问题，材料工作者开发了T7x（T73、T74、T76、T79）双级过时效制度，其中，第一级时效为低温预时效，为成核阶段；第二级时效是高温时效，为稳定化阶段。低温预时效对随后高温时效产生的沉淀相的尺寸、分布和密度有强烈的影响，有助于η′相的形成。双级过时效制度使晶界上的η′相和η相质点聚集，破坏了晶界析出相的连续性，使组织得到改善，减小了应力腐蚀和剥落腐蚀敏感性，也提高了合金的断裂韧性。与此同时，由于晶粒内的强化相质点发生粗化，因此在提高抗应力腐蚀能力的同时却以牺牲10～15%的强度为代价。这些双级时效制度已被广泛用于飞机机身框架、船壁、机翼蒙皮、加强筋、起落架支撑部件、铆钉等构件的热处理中，但它们不可避免地都损失了一定的静强度性能。

为解决该系合金的强度和抗应力抗腐蚀性能之间的矛盾这一问题，1974年以色列飞机公司的Cina等提出了一种三级时效工艺——回归再时效处理工艺(RRA)，使回归现象在Al-Zn-Mg-Cu系合金中有了突破性应用。RRA处理包括三级：第一级在较低温度下进行T6峰值预时效，显微组织和性能与峰值时效状态相同；第二级在较高温度下(200℃～260℃)进行短时保温（几十秒到几分钟）后淬火，经回归处理后，晶内的共格或半共格析出相又溶解进固溶体内，晶界上连续链状析出相合并、集聚，不再连续分布，这种晶界组织改善了抗应力腐蚀和剥落腐蚀性能，而晶内GP区和η′的溶解大大降低了合金的强度；第三级在较低温度下再时效，达到峰值强度，晶内析出细小的GP区和η′相，弥散分布，晶界仍为不连续的非共格析出相。RRA处理后，晶内与T6态的组织相似，晶界与T7状态相似，使合金获得高强度和良好的抗应力腐蚀性能的统一。但不幸的是，由于RRA工艺需要被处理件在高温下短时暴露，因而只能应用于较小结构件，但对于工作环境导致应力腐蚀更为严重的厚板及厚壁件却无能为力，这也成为RRA制度在工业化上获得应用的主要障碍。