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技术

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，属于钣金成形加工技术领域。本发明专利技术在蠕变时效成形过程中采用合理的时效制度，可使铝合金复杂构件成形成性一体化制造，步骤有：470～480℃固溶0.5～3h，立即水淬；随后进行一级115℃/6h，二级165℃/18h的过时效处理；再在470～480℃重固溶0.5～3h，立即水淬；最后在120～165℃下进行12～24h的蠕变时效成形。本发明专利技术在蠕变时效成形过程中，使材料同时获得高的强度和抗应力腐蚀断裂性能，起到类似回归再时效的效果，但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，且不受板材厚度限制，工艺简单易于实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材蠕变时效成形方法，属于钣金成形加工

技术介绍
为满足航空航天构件高性能、轻量化的要求，二十世纪50年代起，在大型复杂整体壁板的制造过程中采用蠕变时效成形技术，极大地提高了产品质量，缩短了生产周期，降低了制造成本。蠕变时效成形技术具有成形与热处理同时进行的特点，常采用可热处理强化的Al-Cu-Mg系和Al-Zn-Mg-Cu系铝合金。在蠕变时效成形过程中采用不同的时效制度，直接影响成形件的尺寸精度和力学性能。目前Al-Zn-Mg-Cu系铝合金常用的人工时效制度有单级时效、双级时效、回归再时效(三级时效)等，均可运用到蠕变时效成形过程中。单级蠕变时效成形是指时效温度保持恒定的成形工艺，板材蠕变成形的同时可使材料获得峰值时效(T6)强度，但是该状态下材料的抗应力腐蚀断裂性能较差。张新明等人专利技术的公布号为CN102978545A的专利，一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材蠕变时效成形方法，在蠕变时效成形中运用单级时效制度，时效温度120～150℃，保温时间2～36h，此方法在保证成形时间的前提下，低温时效条件导致蠕变速率较低，成形效果不明显，而高温条件下材料易发生过时效降低力学性能。因此，在蠕变时效成形中有必要采用多级时效工艺。双级蠕变时效成形是指时效温度采用先低后高的方式，使材料获得过时效(T7)状态。该工艺可以显著提高材料抗应力腐蚀断裂性能，但强度较峰值时效状态降低15％左右。邓运来等人专利技术的公布号为CN102978549A的专利，一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板的弯曲蠕变时效方法，将双级时效制度运用于蠕变时效成形中，一级制度为100～140℃保温4～7h，二级制度为150～190℃保温2～24h，采用此方法材料将获得典型的过时效组织和性能。田福泉等在“双级时效对7050铝合金组织和性能的影响”(中国有色金属学报2006年16卷第6期)一文中研究了7050铝合金双级时效后的组织和性能，先在120℃保温6h，再经过165℃保温不同时间后，合金的强度较峰值时效状态下降8％～19％。由此可见，双级时效制度并不适用于对材料强度有较高要求的航空航天构件的蠕变时效成形。回归再时效制度综合了单级时效和双级时效的优点，为一种三级时效制度。第一阶段在较低温度下时效，使材料获得峰值时效状态，第二阶段采用较高温度进行回归处理，提高抗应力腐蚀断裂性能，但强度有所下降，第三阶段仍采用较低温度进行再时效处理，继续提高抗应力腐蚀断裂性能的同时强度回升。邓运来等人专利技术的公布号为CN102978544A的专利，一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材多级蠕变时效成形方法，将回归再时效制度运用于蠕变时效成形中，一级制度为120℃保温24h，二级制度为回归温度150～170℃保温20～240min，三级制度为120℃保温24h。在蠕变时效成形过程中采用回归再时效制度存在两点问题：一是若采用较高的蠕变时效成形温度(150～180℃)，则相应的回归处理温度应更高(＞180℃)，这样将导致温度-时间窗口较窄，通常仅有几十秒到十几分钟，成形中使用的加热炉不易实现短时间的快速升温和降温；二是回归再时效蠕变时效成形工艺仅适用于薄板成形，较短的回归时间无法使厚板加热均匀。因此，为达到高强铝合金大型复杂整体壁板形性协同一体化制造的目的，迫切需要一种简单有效的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金蠕变时效成形方法，可以同时获得较高的材料强度和较好的抗应力腐蚀断裂性能，并且不受板材厚度限制，工艺简单易于实现。
技术实现思路
针对目前结合不同时效制度的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金蠕变时效成形方法所表现出的问题，本专利技术的目的在于提供一种不受板材厚度限制，工艺易于实现的过时效重固溶蠕变时效成形方法。且利用本专利技术成形的板材，与单级蠕变时效成形方法相比，强度仅降低6.5％，而电导率提高26.5％，即在不牺牲材料强度的同时，显著提高了抗应力腐蚀断裂性能，在工艺条件简便易实现的前提下，起到类似回归再时效的效果(强度降低3.7％，电导率提高23.6％)。本专利技术在Al-Zn-Mg-Cu系铝合金蠕变时效成形中运用过时效重固溶时效制度，使铝合金晶界处析出相保持不连续分布，提高抗应力腐蚀断裂性能，并使晶内析出相在重固溶时发生回溶，以便在后续蠕变时效成形过程中重新析出，进而提高材料强度。本专利技术没有回归再时效制度在蠕变时效成形中工艺窗口狭窄的问题，又可获得相类似的效果。微观组织研究表明，Al-Zn-Mg-Cu系铝合金时效过程中，析出相析出顺序为：过饱和固溶体→GP区→η′亚稳相→η平衡相。材料在峰值时效(T6)状态下，晶内弥散分布有大量与基体共格的GP区和半共格的η′相，强度得到显著提高，晶界析出相为细小连续分布的η相，抗应力腐蚀断裂性能较差；短时回归处理使晶内的GP区和η′相溶解，而晶界η相长大呈不连续分布，再时效时晶内析出相重新析出，恢复原有峰值时效强度；过时效(T7)状态下，晶内细小的GP区和η′相长大，转变为粗大的η′相和η相，强度明显下降，晶界原本细小的η相得到明显长大，呈不连续分布，抗应力腐蚀断裂性能较高；过时效重固溶处理与回归处理的原理相似，目的相同，都是通过高温使晶内析出相回溶，在再时效时重新析出以保证材料强度，且形成大尺寸不连续的晶界析出相来提高耐蚀性，二者不同的是回归处理采用峰值时效材料，晶内为细小的GP区和η′相，只能进行短时回归处理，因此工艺窗口狭窄，而重固溶处理时材料处于过时效状态，晶内为粗大的η′相和η相，可以进行长时间的重固溶处理，工艺窗口较宽，且无需快速升降温的加热设备，工艺易于实现，只是部分大于临界尺寸的η相无法发生回溶形成溶质原子，因此重固溶再时效处理后材料的强度会略低于回归再时效制度，但由于过时效组织晶界处η相更大更离散，在重固溶处理中并不溶解，因此具有更好的抗应力腐蚀断裂性能。本专利技术一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材过时效重固溶蠕变时效成形方法中，包括的步骤依次是，首先将Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材固溶处理，随后淬火，进行双级过时效处理，再次固溶淬火处理，随后在成形模具上进行固定，然后在人工时效温度下进行蠕变时效成形，最后空冷、卸载。本专利技术一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材过时效重固溶蠕变时效成形方法中，所述固溶处理温度为470～480℃，时间为0.5～3h。本专利技术一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材过时效重固溶蠕变时效成形方法中，所述两次淬火方式均为水淬，淬火转移时间＜10s。本专利技术一种Al-Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征是，在Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金板材蠕变时效成形过程中，采用过时效重固溶时效制度，包括以下步骤，首先对板材进行固溶处理，并立即水淬，随后进行双级过时效处理，再次对板材进行重固溶处理，并立即水淬，随后在成形模具上进行固定，然后在人工时效温度下进行蠕变时效成形，最后空冷、卸载。

【技术特征摘要】
1.一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材过时效重固溶蠕变时效成形方法，其特征是，在
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材蠕变时效成形过程中，采用过时效重固溶时效制度，包括以下步
骤，首先对板材进行固溶处理，并立即水淬，随后进行双级过时效处理，再次对板材进行重
固溶处理，并立即水淬，随后在成形模具上进行固定，然后在人工时效温度下进行蠕变时效
成形，最后空冷、卸载。
2.根据权利要求1所述一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材过时效重固溶蠕变时效成形方
法，其特征是，所述固溶处理温度为470～480℃，时间为0.5～3h。
3.根据权利要求1所述一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材过时效重固溶蠕变时效成形方
法，其特征是，所述固溶处理后的淬火方式为水淬，淬火转移时间＜10s。
4.根据权利要求1所述一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材过时效重固溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒，雷超，杨合，侍念，房晓刚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61