[发明专利]一种Al-Cu-Li合金预时效重固溶再时效的热处理方法

说明书

本发明公开了一种Al‑Cu‑Li合金预时效重固溶再时效的热处理方法，属于材料热处理领域，从控制热处理工艺制度及其参数出发，对Al‑Cu‑Li合金挤压板材进行常规固溶、预时效、重固溶和再时效处理。常规固溶和重固溶处理温度为515±10℃，保温60～90min，然后水淬，其淬火转移时间5s。预时效和再时效处理温度为160～180℃，保温24～48h，取出后空冷。重固溶处理可以降低合金强度，提高合金塑性，有利于矫形和再加工工艺的进行；再时效处理能有效调控析出相的种类、密度及分布，提高合金强度。再加上合金中不连续晶界析出相的粗化及含铜量的增多，在保持合金强度基本不损失的前提下，提高了抗应力腐蚀、晶间腐蚀和电化学腐蚀的性能，且合金塑性提高。该工艺简单易行且不受板材厚度限制。

技术领域

本发明涉及一种Al-Cu-Li合金预时效重固溶再时效的热处理方法，属于金属材料热处理技术领域，特别是铝合金热处理技术领域。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

Al-Cu-Li合金作为一种新兴的轻质合金材料，以其较高的弹性模量、高比强和比刚度、高损伤容限性、低密度、良好的可焊性等优势，被广泛应用于航空、航天以及军事等领域，已成为2xxx和7xxx系铝合金的主要替代材料。

Al-Cu-Li合金作为一种可热处理强化的合金，通过合适的固溶和时效处理制度能够获得较高的硬度和强度。然而，航空航天科学技术的快速发展对其结构件的综合性能(强度、韧性、耐蚀性等)提出了更高的要求。虽然通过单级峰时效(T6态)处理，能够使合金获得相对较高的强度，但合金的抗应力腐蚀性能相对较差。尽管过时效处理能够有效提高合金的抗应力腐蚀性能，但合金的强度又会降低10～15％。因此，同时获得较高的强度和良好的抗应力腐蚀性能，成为Al-Cu-Li合金热处理研究的焦点问题。为兼顾合金的强度和抗应力腐蚀性能，许多学者对铝合金的热处理工艺进行了探索和研究。

郑子樵等研发了一种超高强铝合金回归再时效热处理工艺。对7A55铝合金进行常规固溶处理后按T6工艺参数进行峰值时效及高温回归处理，然后，再按T6工艺参数对合金进行再时效强化。本发明在保持超高强铝合金强度几乎不降低的基础上，提高了合金的电导率水平和抗应力腐蚀性能，但合金的延伸率有较大幅度降低。苏睿明等研发了一种喷射态Al-Zn-Mg-Cu系合金的回归再时效热处理工艺。通过对喷射态Al-Zn-Mg-Cu合金进行不充分预时效—回归处理—再时效，提高了合金的抗腐蚀性能，然而其回归处理的时间仅为10min，相对较短，不适合大型厚壁件的热处理。虽然回归再时效处理制度能够在保持初始峰时效合金强度损失较低的前提下，提高合金的抗应力腐蚀性能，但该工艺的回归处理工艺参数窗口相对狭窄，固溶时间较短，仅有几十秒到十几分钟，对加热设备要求较高，且不适用于复杂壁厚的型材构件的热处理。

李恒等研发了一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材过时效重固溶蠕变时效成形方法，在蠕变时效成形过程中采用合理的时效制度，使材料同时获得高的强度和抗应力腐蚀断裂性能，起到了类似回归再时效的效果，且又克服了回归再时效制度在蠕变时效成形中温度时间窗口狭窄的问题。但该专利是针对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金在蠕变时效成形过程中所面临的形性协同一体化制造问题提出的，且其重固溶处理工艺针对的是过时效状态的合金。另外，与T6态相比，经过该工艺处理的合金，其强度降低了6.5％，延伸率降低了14.3％，且其淬火转移时间相对较长，在转移过程中会伴随合金温度的缓慢降低，可能会导致已回溶原子的重新偏析。所以，有必要探索更佳的热处理工艺来同时兼顾合金的强度、塑性和抗应力腐蚀性能。目前关于回归再时效或重固溶再时效处理工艺的研究大都是针对Al-Zn-Mg-Cu系合金进行的，该合金的主要强化机理是η′亚稳相向η平衡相的转变。而Al-Cu-Li系合金中主强化相为T₁和θ相，两种系列合金的主要元素成分、析出相种类以及强化机理均不相同，至于重固溶再时效处理能否适用于Al-Cu-Li系合金还未可知，且关于Al-Cu-Li系合金回归再处理工艺的研究也相对较少，未见相关专利公开。