本发明专利技术涉及一种基于超高强高韧铝合金板材的热机械处理工艺，属于铝合金加工技术领域。本发明专利技术将Al-Zn-Mg-Cu铝合金热轧板加热到单相固溶体区470~490℃，第二相充分回溶后，室温水淬，以适当的加热速率将铝合金加热到200~350℃范围内的某一温度保温一定时间后，对铝合金进行变形，应变量在0.4~0.916范围内，变形后立即以适当的加热速率将铝合金加热到380~450℃范围内的某一温度保温一定时间后，对铝合金进行累积变形，累积应变量达到1.4以上，立即室温水淬。当获得含有大量小角度晶界的变形结构铝合金时，可将变形组织进行适当的固溶和时效处理，由此获得细晶结构的Al-Zn-Mg-Cu铝合金板材，拉伸强度达到613MPa以上，断后延伸率可达15.9％。本发明专利技术的热机械处理工艺能耗小，周期短。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铝合金材料加工
，特别涉及一种用于制备具有大量亚结构的细晶组织并能提高Al-Zn-Mg-Cu铝合金板材力学性能的热机械处理工艺。
技术介绍
晶粒细化是提高结构材料力学性能的有效手段，细晶材料在一定温度下具有成形性和超塑性变形能力。沉淀强化型铝合金常受到应力腐蚀开裂的困扰，晶粒细化能够降低沉淀强化型铝合金的应力腐蚀敏感性。由于铝合金的层错能高，铝合金很难通过传统的机械加工和再结晶获得细晶结构。 Waldman和Sulinski发表美国专利3847681最先提出中间热机械处理(ITMT)细化Al-Zn-Mg-Cu铝合金。该工艺特点固溶处理获得含铬粒子的过饱和固溶体，通过过时效获得Zn、Mg和Cu的粗大化合物，在低于过时效温度温变形获得应变能，最后再结晶处理利用颗粒激发形核细化晶粒结构。随后有大量的工作研究ITMT工艺，将该工艺应用到多方向变形细化铝合金和制备超塑性铝合金，并获得多项专利如美国专利4092181 (1978)，4222797(1980),4295901 (1981)，4358324 (1982)，4486242 (1984),4490188 (1984)，4528042 (1985)，4721537 (1988)，4799974 (1989)，6350329 (2002)。ITMT 工艺的设计理念是在加工变形(最小变形量40% )前进行过时效处理，获得粗大沉淀相颗粒(O. 5^1 μ m)，在再结晶处理过程中，利用颗粒激发形核增加形核质点促进晶粒组织细化。但该工艺在每段热处理过程均需几小时到几十小时的保温过程，耗费能量大，生产周期长。因此开发一种操作简单，无需长时间热处理，并能在工业生产中实现的热机械处理工艺非常重要。
技术实现思路
本专利技术提供一种可细化Al-Zn-Mg-Cu铝合金板材的热机械处理工艺。此工艺利用中温变形将纳米级沉淀相和应变能引进铝合金中，在随后高温和累积变形的双重作用下，利用小沉淀相对位错和晶界的钉扎作用，促进铝合金晶粒细化和形成大量亚结构，可以在相对较小的应变量下获得细晶的铝合金板材。本专利技术工艺简单、耗时短、不需要大的累积应变量，能提高铝合金的强度和塑性，可广泛应用于细化沉淀强化型铝合金板材。实现本专利技术的具体方法如图I所示热变形工艺步骤是将Al-Zn-Mg-Cu铝合金加热到单相固溶区47(T490°C之间某一温度T1，保温2 24小时的时间h，室温水淬。以适当的加热速率C将铝合金加热到20(T350°C之间的某个温度T2,保温t2根据板材厚度而定，在2 40min范围，使合金充分加热后进行变形，应变量ε i在O. 4^0. 916范围内，变形后再以适当的加热速率C将合金加热到38(T450°C范围内的某一温度T3保温时间t3 (IOslOmin)后变形，累积应变量ε 2达到I. 4以上，立即室温水淬。所述加热速率C要根据加热方式的不同而确定在O. 16^20C /s之间。所述保温时间t3由变形弛豫实验获得。根据上述热变形工艺处理后，合金基体中存在一定量的沉淀相(2(T400nm)，随后可将变形合金在47(T480°C之间保温O. 5^2小时固溶沉淀相，再进行时效处理，得到细晶组织的铝合金的抗拉强度可达613MPa以上，屈服强度可达540MPa，室温断裂延伸率可到15. 9%。通过上述变形工艺，在固溶态铝合金中，通过温变形诱导球化沉淀颗粒，利用弥散分布的球形小沉淀相MgZn2(2(T200nm)在随后高温变形中阻碍位错和晶界的迁移，获得小角度晶界体积分数83. 8%的变形组织。提高铝合金变形组织中小角度晶界分数，能显著提高铝合金的延伸率；细化铝合金的晶粒组织，则能提高铝合金的强度和延伸率。与ITMT工艺相比，对于Al-Zn-Mg-Cu铝合金，本专利技术采用温变形(20(T35(TC，应变在O. Γ0. 916之间)产生球形小沉淀相(2(T200nm)，同时储存应变能，而不是过时效(400°C保温8小时)产生粗大的沉淀相(O. 5^1 μ m)，温变形(变形温度低于过时效温度，变形量最小40% =应变O. 5)存储应变能；本专利技术利用球形小沉淀相的钉扎作用，在高温和累积变形(38(T450°C，应变大于1.4)的双重作用下，促使大角度晶界的转变，细化铝合金的晶粒组织，而不是通过再结晶热处理(482°C保温O. 5小时，累积变形量90% =应变2. 3)利 用大沉淀粒子的颗粒激发形核增加形核质点细化铝合金的晶粒组织。可见本专利技术的热机械处理工艺能耗小，周期短，由于小析出相的存在，减小了所需的应变量。附图说明图I是本专利技术的热机械处理工艺的示意图。图2是实施例I工艺中第一阶段变形制备的7050铝合金的纳米级球形沉淀颗粒。图3是实施例I工艺中第二阶段变形制备的7050铝合金的晶界取向差分布图。图4是实施例2工艺制备的7050铝合金细晶变形组织的EBSD图。图5是实施例2工艺制备的7050铝合金T6处理后的金相组织图。图6是实施例3工艺制备的7055铝合金第一阶段变形方法一获得球形析出相(a)和位错堆积的变形组织。图7是实施例3工艺制备的7055铝合金第一阶段变形方法二获得球形析出相(a)和位错堆积的变形组织。具体实施例方式实施例I根据图I的热机械处理工艺，合金以Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中的7050铝合金为例，该合金的初始状态为T7451。由于合金的初始状态为T7451，且合金中第二相Al7Cu2Fe和Al2CuMg尺寸大OlOym)且数量多，为获得更大固溶度的铝合金，固溶处理工艺设定为480°C保温2小时，室温水淬。变形工艺采用实验室物理模拟热变形技术-等温轴向压缩，固溶态合金以2V /s加热速率(电阻加热)被加热到290°C保温2min变形，应变量为O. 8和应变速率IOiT1，变形后立刻以加热速率2°C /s将合金加热到400°C保温10s，以应变速率为IOiT1变形，累积应变量为I. 4，立即室温水淬。图2所示第一阶段290°C变形铝合金所获得纳米级球形沉淀颗粒MgZrv图3所示第二阶段变形组织的晶界取向差分布图，经EBSD分析，小角度晶界(2°〈取向差〈15° )体积分数为83.8%。变形合金经过固溶4751/0.511和T6时效处理后，可显著改善7050铝合金的力学性能(见表I)。作为对比7050铝合金变形工艺采用传统400°C热压缩变形(应变量I. 4)，热处理工艺完全相同，测试力学性能列于表I。实施例2根据图I的热机械处理工艺，合金以Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中的7050铝合金为例，由于合金的初始状态为T7451，且合金中第二相Al7Cu2Fe和Al2CuMg尺寸大OlOym)且数量多，为获得更大固溶度的铝合金，固溶处理工艺设定为480°C保温2小时，室温水淬。变形工艺采用实验室物理模拟热变形技术-等温轴向压缩，固溶态合金以2V /s加热速率(电阻加热)被加热到310°C保温2min变形，应变量为O. 8和应变速率lOs—1，变形后立刻以加热速率2V /s将合金加热到430°C保温10s，以应变速率为O. Is—1变形，累积应变量为I. 4，立即室温水淬。提升第二阶段变形温度并减低应变速率后，铝合金得到细晶变形组织(图4)。变形合金在475本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于超高强高韧铝合金板材的热机械处理工艺，其特征在于，热变形工艺步骤如下，根据铝合金的状态和平衡相图，将Al？Zn？Mg？Cu铝合金加热到单相固溶区470~490℃之间某一温度T1，保温2~24小时的时间t1，室温水淬，以适当的加热速率C将铝合金加热到200~350℃之间的某个温度T2，保温适当时间t2使合金充分加热后进行变形，应变ε1在0.4~0.916范围内，变形后再以适当的加热速率C将合金加热到380~450℃范围内的某一温度T3保温一定时间t3后变形，累积应变量ε2要达到1.4以上，立即室温水淬。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张济山，郎玉婧，崔华，侯陇刚，曹零勇，蔡元华，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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