一种提高铝合金叠层复合板抗冲击性能的时效工艺制造技术

一种提高铝合金叠层复合板抗冲击性能的时效工艺，属于有色金属技术领域，对两种Zn、Mg含量差别较大的叠层复合板轧制，得到叠层复合板的总厚度为5.0mm,其中Al

【技术实现步骤摘要】
一种提高铝合金叠层复合板抗冲击性能的时效工艺


[0001]本专利技术属于有色金属
，涉及一种提高铝合金叠层复合板抗冲击性能的时效工艺。

技术介绍

[0002]Al
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Zn
‑
Mg
‑
Cu系合金是铝合金体系中典型的可热处理强化合金，合金优异的力学性取决于合金的微观结构，尤其依赖于纳米级别强化相的形成、长大和粗化，时效工艺是整个热处理制度中关键的一环。通常的铝合金叠层复合板，采取一种高强铝合金为作为面板抵抗外界破坏、一种中强高韧铝合金为背板吸收消耗外界的冲击能量。通过硬
‑
软铝合金叠层复合板的设计，合理配比分层结构，可以在实现轻量化的同时，最大限度的提高材料防护能力。
[0003]铝合金叠层复合板在抗冲击过程中需要受冲击面合金具备高强度，背面铝合金具备高塑性。叠层板相对于单一高强铝合金具有更高的冲击韧性，相对于单一高韧铝合金具有更到的冲击强度，冲击强度以及冲击韧性兼顾能具备更高的冲击性能，故叠层铝合金板的抗冲击性能优于单一铝合金板。但是叠层铝合金由两种Zn、Mg含量不同的铝合金所热轧复合而成，常规的叠层板时效工艺往往只能使高强铝合金具备高强度特征，而高韧铝合金无法得到最佳的韧性，无法做到两者兼得，如何选择铝合金叠层复合板的高强以及高韧综合匹配的时效工艺制度，使抗冲击主体层高强铝合金满足高强性能，又能使高韧铝合金具备高的韧性，是叠层复合板应用的关键性问题。
[0004]基于以上考虑，本专利技术以优于传统时效工艺叠层板的抗冲击强度以及冲击韧性为指标，设计铝合金叠层复合板的时效制度，使其叠层复合板具有高的抗冲击强度和良好的冲击韧性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是实验得出叠层复合板作为防护板材抵抗外界冲击时的最优时效工艺制度。因为叠层铝合金有两种Zn、Mg含量不同的铝合金所热轧复合而成，需要寻找高冲击强度与高冲击韧性综合匹配的工艺区间，来制定叠层复合板的时效制度，使其既满足主体抗冲击层合金的高强度特性，又满足防击穿层合金高韧性特点，使其最大限度地提升叠层复合板的抗冲击性能。
[0006]本专利技术通过以下技术方案实现一种提高Al
‑
7.0Zn
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3.0Mg与Al
‑
4.4Zn
‑
2.3Mg叠层复合板抗冲击性能的时效工艺。该方法包括下述步骤：(1)高强铝合金Al
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7.0Zn
‑
3.0Mg(7.0wt％的Zn和3.0wt％的Mg)、高韧铝合金Al
‑
4.4Zn
‑
2.3Mg(4.4wt％的Zn和2.3wt％的Mg)进行均匀化处理，然后进行复合热轧制备叠层铝合金复合板；(2)对叠层铝合金复合板进行统一固溶处理；(3)对固溶处理后的叠层铝合金复合板进行统一时效工艺。
[0007]步骤(1)，将铸态高强铝合金板Al
‑
7.0Zn
‑
3.0Mg以及铸态高韧铝合金板Al
‑
4.4Zn
‑
2.3Mg分别单独进行470℃/24h均匀化，其中均匀化后的高强铝合金板厚度14mm
±
2mm，高韧
铝合金板厚度为4mm
±
1mm，将上述均匀化后的两板物理叠合进行轧制成叠层铝合金复合板，轧制是在440℃下进行的，高强铝合金板变形量为71％
±
5％，高韧铝合金板的变形量76.7％
±
5％；
[0008]步骤(2)，将叠层铝合金复合板，在温度470℃，时间1h固溶工艺下进行统一固溶处理，然后水淬火。
[0009]步骤(3)，固溶处理完成后，对叠层复合板铝合金进行统一时效工艺，时效温度范围为100～120℃，保温时间为20～60h，进一步优选时效温度为105～110℃，保温时间为36～60h。
[0010]采用霍普金森压杆进行高应变率压缩试验。
[0011]优选的时效工艺105～110℃/36～60h，复合板冲击强度可达808～867MPa,冲击韧性可达252.2～284.4MJ/m3，相比叠层板在120℃/24h的时效处理下，冲击强度提高了10.6％～14.5％，冲击韧性提高了16.3％～29.0％。
[0012]本专利技术设计叠层复合板的统一时效制度，使叠层复合板既满足冲击高强铝合金的高强特性又满足高韧铝合金高韧性特点，使其最大限度地提升叠层铝合金的抗冲击性能。
附图说明：
[0013]图1:铝合金叠层复合板时效处理后的SHPB冲击性能曲线
[0014]图2时效处理后单一合金与叠层复合板抗冲击性能对比
[0015]图3铝合金叠层复合板时效处理后的抗冲击性能
具体实施方式：
[0016]下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。
[0017]对比例1
[0018]熔炼铸造两种Al
‑
Zn
‑
Mg系合金，其中第一种铝合金成分中Zn和Mg的含量分别为为7.0wt％的Zn,3.0wt％的Mg，第二种铝合金成分中Zn和Mg的含量分别为：4.4wt％的Zn,2.3wt％的Mg，然后进行470℃/24h的均匀化处理，进一步进行热轧，热轧温度为440℃，总变形量为90％，获得叠层复合板，得到叠层复合板的总厚度为5.0mm,其中Al
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7.0Zn
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3.0Mg合金的厚度为4.07mm，Al
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4.4Zn
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2.3Mg合金厚度为0.93mm，另外热轧制备5mm的Al
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7.0Zn
‑
3.0Mg单一合金板以及5mm的Al
‑
4.4Zn
‑
2.3Mg，轧制后对单一板以及叠层复合板进行统一固溶处理，固溶温度为470℃，保温时间为1h，然后进行常规峰时效处理，时效温度120℃，保温时间24h。样品制备完后，采用分离式霍普金森压杆在应变率为5000s
‑1下进行冲击性能测试，得到冲击性能附参考图1，具体指标数据如表1所示.
[0019]表1合金板在常规120℃/24h时效处理下的抗冲击性能
[0020][0021]实施例1
[0022]将对比例所述叠层复合板，进行与对比例1相同的方法固溶后，然后进行统一时效热处理，热处理工艺分别为：105℃/36h、105℃/48h、105℃/60h、110℃/24h、110℃/36h、110℃/48h，样品制备完毕后，采用分离式霍普金森压杆在应变率为5000s
‑1下进行冲击性能测试，得到冲击强度和冲击韧性附参考图2。从图2可以看出，常规时效制度120℃
×
24h时，叠层板最大冲击强度以及冲击韧性在两块单层板冲击性能线性叠加区间之内，为了进一步提升抗冲击性能，以同时提升10％以上的最大冲击强度以及10％以上的冲击韧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高Al
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7.0Zn
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3.0Mg与Al
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4.4Zn
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2.3Mg叠层复合板抗冲击性能的时效工艺，包括下述步骤：(1)高强铝合金Al
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7.0Zn
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3.0Mg、高韧铝合金Al
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4.4Zn
‑
2.3Mg进行均匀化处理，然后进行复合热轧制备叠层铝合金复合板；(2)对叠层铝合金复合板进行统一固溶处理；(3)对固溶处理后的叠层铝合金复合板进行统一时效工艺。2.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)，将铸态高强铝合金板Al
‑
7.0Zn
‑
3.0Mg以及铸态高韧铝合金板Al
‑
4.4Zn
‑
2.3Mg分别单独进行470℃/...

【专利技术属性】
技术研发人员：高坤元，窦义武，闵范磊，聂祚仁，黄晖，文胜平，吴晓蓝，荣莉，魏午，亓鹏，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：