[发明专利]一种耐剥落腐蚀的含铒Al-Zn-Mg-Cu合金双级时效工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐剥落腐蚀的含铒Al-Zn-Mg-Cu合金双级时效工艺，属于有色金属材料技术领域。

背景技术

文献调查表明，铝合金由于具有低密度，高比强度，韧性好、易成形，价格便宜等特点而在航天航空、交通运输、轻工通讯等行业得到广泛的应用，并且世界各国也越来越重视对铝合金材料的研究开发及推广应用。其中，Al-Zn-Mg-Cu(7xxx系)合金是一种可热处理强化的高强铝合金，作为轻质结构材料广泛的应用于航天航空及军工等领域，但韧性低、耐腐蚀性能相对较差等缺点限制其使用范围。怎样保证Al-Zn-Mg-Cu合金具有高强度的同时具有良好的韧性、耐蚀性已经成为重要的研究方向。

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金主要的时效方式是单级峰值时效和双级过时效工艺。峰值时效时合金具有高强度、低韧性和耐腐蚀性能很差的特点，在实际应用过程中存在很大的局限性。采用双级时效能使合金得到断续的晶界组织和弥散的晶内析出相，从而具有较高的强度同时显著提高韧性和耐腐蚀性。在双级时效的过程中，关键在于控制好二级时效时间和温度来改善材料的性能。同时，研究表明，在铝合金在添加一些稀土元素Er能够形成稳定的Al₃(Er，Zr)弥散粒子，抑制再结晶，调节晶内、晶界的析出相，提高合金的综合性能。

发明内容

本发明的目的是通过调整双级时效中第二级时效的温度与时间，探索适用于含铒Al-Zn-Mg-Cu合金的双级时效工艺，使合金具有优越的耐剥落腐蚀性能和较高的硬度、强度、延伸率等综合性能。

本发明提供的一种耐剥落腐蚀的含铒Al-Zn-Mg-Cu合金双级时效工艺，适用的合金名义成分为：(质量百分比)Zn7.6％，Mg3.2％，Cu0.5％，Mn0.5％，Zr0.2％，Er0.15％，余量为Al及不可避免的杂质，该工艺为合金经过470℃/2h固溶水淬后的时效工艺，具体包括以下步骤：

(1)第一级时效：合金在120℃保温4h；

(2)第二级时效：将合金在高温中继续时效，时效工艺为160℃保温8～16h。

本发明最佳双级时效热处理工艺为：120℃/4h+160℃/(8～16)h。采用本发明的技术方案能为合金热处理提供有效的工艺窗口，在保证合金具有优越的耐剥落腐蚀性能同时拥有较高强度等综合性能。

附图说明

图1为合金进行120℃/4h+(150～170)℃/(1～60)h时效后的硬度曲线；

图2为合金进行120℃/4h+160℃/(1～60)h时效后的强度、延伸率曲线；

图3为合金进行120℃/4h+160℃/8h时效后的晶内析出相显微组织图；

图4为合金进行120℃/4h+160℃/8h时效后的晶界析出相显微组织图。

具体实施方式

为实施本发明，按照上述发明内容描述制备合金铸锭并进行热挤压成板材，合金名义成分为：Zn7.6％，Mg3.2％，Cu0.5％，Mn0.5％，Zr0.2％，Er0.15％，余量为Al及不可避免的杂质。经过470℃×2h固溶水淬处理后，进行不同的时效处理。试验结果采用硬度、耐剥落性能、拉伸力学性能进行评价。其中，力学性能按照《金属材料室温拉伸试验方法》标准(GB/T228.12010)进行室温拉伸性能测试，剥落腐蚀实验按照《铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法》(GB/T22639-2008)标准进行。

实施例

合金经固溶淬火后，于120℃保温4h；而后将合金在150℃、160℃和170℃分别保温1～60h。图1为对应的时效硬度曲线，表1为合金双级时效后合金的剥落腐蚀评级。

表1第二级时效后合金的剥落腐蚀评级

对比图1和表1可以发现，随着二级时效时间的延长和温度的增加，合金的硬度逐步下降，且温度越高下降越快；而合金的耐剥落腐蚀性能得到明显的改善，在时效前期逐渐变好，到达一定程度后开始变差。综合图1和表1，合金在第二级时效为160℃保温一定时间耐剥落腐蚀性能比其他温度的要好，且具有很高的硬度值。表2为120℃/4h+160℃/xh时效合金的性能，综合考虑，可以得到适合本合金的最佳双级时效工艺：120℃/4h+160℃/(8～16h)。此时合金的硬度值≥187.6HV、抗拉强度≥583.7MPa，屈服强度≥531.7MPa，延伸率≥8.5，耐剥落腐蚀评级为≥PC级。

表2120℃/4h+160℃/xh时效后合金的性能

对比例1