AlZnMgCu系超高强铝合金热处理工艺的研究.docx
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AlZnMgCu系超高强铝合金热处理工艺的研究
Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金热处理工艺的研究
在Al-Zn-Mg-Cu系合金中起主要作用的元素是Zn和Mg,若加入Cu能提高合金的塑性、抗应力腐蚀性能及重复载荷下的持久强度。
加入微量的Zr可提高合金再结晶温度,降低淬火敏感性,该元素有一定的细化晶粒作用,但同时会影响AI-Ti-B的细化效果（即“中毒”）。
因此,在合金成份方面,针对其主要元素Zn、Mg、Cu在合金中的作用及对铸造成型性的影响,合理增减这些元素的含量,尽量降低Fe、Si杂质含量,且将Fe/si控制在一定范围内,使其最大限度满足工艺生产和提高产品综合性能.
在对每种合金的化学成分进行优化配比的前提下,进行熔炼（即合金化）,熔体净化及晶粒细化处理,并用铁模铸成Φ45x120mm的铸棒,经均匀化处理后,车去表面氧化皮,挤压成Φ10mm和Φ14mm的小棒材,作为热处理试验材料。
在整个工艺流程中要做到“三纯”:
一是Fe、Si等杂质含量低;二是氧化物等氧化夹杂低;三是含氢夹杂低。
具体的工艺流程如图2一1所示:
铸造用铸模及铸锭加工示意图见图2一2:
制备试验材料的主要工艺参数如下:
1.合金化学成分优化:
针对合金中主要合金元素和Fe、si杂质对铸造成型性及材料综合性能的影响,适当增减Zn、Mg、uc元素的含量及其之间的比例,尽量降低Fe、Si杂质含量,严格控制Fe、Si比。
尽量避免产生会严重影响合金的断裂韧性的（Fe,Cr）Si、（Fe,Mn,Cu）、Cu2Fe,Mg2Si等杂质相粗大粒子。
2.AI-5Ti-1B晶粒细化剂用量2Kg/t。
3.熔体挣化采用N2精炼,使其达到低的含氢量,避免氢致断裂。
4.均热采用复合均匀化处理:
℃/46h+℃/2h,然后出炉空冷。
5.挤压时,金属温度为400~440℃,加热时间为80min;挤压筒、模具、垫子的温度为440~480℃,加热时间为12h。
试样加工，常规力学性能侧试试样均按国际GB/16865一1997规定制作,其加工模型及尺寸如图2-3和表2-2所示;“V”形环断裂韧性试样加工模型及尺寸如图2-4和表2-3所示,开角应保证在60±02°精度内;电导率试样和高倍试样切取长度为25m。
试验设备：
铝合金熔炼（合金化）采用石墨柑锅炉（型号:
SG2-5-10）;铸锭的均匀化处理采用箱式电阻炉,试验采用复合均匀化工艺,加大均匀化处理;热挤压在200吨液压机上进行;试样预处理（退火）及固溶在增祸式盐浴炉（型号:
RYG-30-8）中进行;人工时效在电热鼓风箱（型号:
101-3）中进行;试样在C615普通机床上加工成标准试样;拉伸试验在100KN液压试验机上进行;高倍组织用日本奥林巴斯PMG3金相显微镜观察;电镜试验在Tecnai20透射电子显微镜（TEM）进行观察。
在试验过程中,由于铸造时冷却速度快,铸锭不可能得到完全平衡的组织,其组织会不同程度地偏离状态图所表示的平衡状态。
铸态合金偏离平衡状态一般表现在以下几个方面:
基体固溶体成分不均匀,产生晶内偏析（枝晶偏析）,其组织为树枝状;得到过饱和固溶体,由于合金元素来不及从固溶体析出而使部分固溶量处于过饱和状态。
铸造合金化学成分和组织方面的非平衡状态,将给合金的性能带来一定的影响。
例如,由于非平衡易熔组成物的出现,在加热时将过早发生过烧现象;晶内偏析和多余脆性相的存在往往使塑性明显降低;粗大的枝晶和严重的枝晶偏析可能在随后的加工过程中形成带状组织,从而会降低合金的综合性能。
复合均匀化处理原理：
对于采用均匀化退火的合金,当温度升高时,扩散系数增大,扩散过程大大加速.因此为了加速均匀化程度,应尽可能提高均匀化退火温度。
通常均匀化温度为（0.90~0.95）T熔,T熔为铸锭的实际熔化温度。
7xxx系合金的实际熔化温度比纯铝低得多,其均匀化温度多采用450℃。
进一步提高退火温度,晶间和枝晶间的低熔点化合物可能会熔化,导致过烧。
很多合金不能采用高温均匀化退火,为了使组织均匀化过程进行得更迅速、更彻底,且避免过烧,生产中采用分段加热、保温的复合均匀化退火工艺。
即先在低于非平衡固相线的温度下加热,待非平衡固相线的温度升高后,再加热至更高温度保温,在此温度下完成均匀化退火的保温过程。
第一阶段均匀化处理主要使固相中的原子充分扩散,增加晶粒内外成分均匀性,并析出少量第二相,从而使合金固相线更趋于接近平衡状态固相线,其过烧温度也相应提高（提高约5~10℃）,便于第二阶段在更高的温度下进行均匀化处理;第二阶段均匀化处理由于温度较高,原子扩散更剧烈,树枝状偏析将消失,沿晶界分布的非平衡共晶体及其它非平衡相将被溶解,处于饱和状态的固溶体还将在保温过程中析出过剩相,大部分过剩相可能被球化,从而显著提高合金的塑性和组织稳定性。
该试验中，合金的复合均匀化处理制度均为:
450`℃4/h6+460一℃/h2,然后出炉空冷。
试样预处理：
金属在塑性变形时要消耗大量的能量,其中绝大部分转变成热而散失,只有一小部分（百分之几至百分之十几）能t以增加晶体缺陷（空位和位错等）所引起的崎变能和由于变形不均匀所引起的弹性应变能形式储存在金属内部,称为储存能。
由于储存能的存在,使塑性变形后的金属材料的自由能升高,使其在热力学上处于不稳定的亚稳状态,它们有自发地恢复到变形前低自由能、稳定状态的趋势。
但是在常温下,由于原子的活动能力很小,原子扩散速度太慢,这种变化极为缓慢。
如果温度升高,金属原子具有足够的活动能力,扩散速度显著增加,那么,金属就会由亚稳定状态向稳定状态转变,从而引起一系列组织和性能的变化,储存能就是这一系列变化过程的驱动力。
去应力退火即回复处理,就是利用回复过程使金属件在基本保持加工硬化状态的条件下,以减轻变形和翘曲,并改善工件的耐蚀性,降低电阻率。
本试验具体退火方案如下:
（1）盐浴两小时,保持恒温420℃;
（2）随盐浴炉降温至300℃,每小时降温不得超30℃;
（3）转至空气炉中保持恒温300℃一小时后,停电随炉冷至150℃,出炉空冷;
（4）手工校直,以部分消除残余应力。
固溶与时效处理：
Al-Zn-Mg-Cu系合金,在时效处理之前先要通过固溶处理以获得过饱和固溶体。
在进行固溶处理时,为了获得良好的时效强化效果,在不发生过热过烧及晶粒长大的情况下,淬火加热温度高些、保温时间长些,有利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。
在没有发生过烧的情况下,固溶温度越高,固溶的合金元素浓度也就越大,提高了固溶程度,淬火后的过饱和固溶体的浓度也就越高,时效后将具有更高的强度。
只是过高的固溶温度会使合金中的部分低熔点相熔化,产生过烧,并会使合金中弥散的金属间化合物M从1。
和CArI,聚集长大,对合金的强化作用及提高再结晶温度的效果会降低,这样会对合金的综合性能产生不利影响。
由于Al-Zn-Mg-Cu系合金在不同温度时效时,析出相的临界晶核大小、数量、成分和聚集长大的速度是不同的,若温度过低,由于扩散困难,G.P区不易形成,时效后强度、硬度低,当时效温度过高时,扩散易进行,过饱和固溶体中析出相的临界尺寸大,时效后强度、硬度也偏低,即产生过时效。
因此,在进行时效处理时,淬火转移速度要快,以避免在晶界析出第二相,在随后的时效过程中,应严格控制时效温度与时效时间,.以避免析出的沉淀相过分粗大。
通常快速冷至某一较低温度（一般为室很）,使在固溶处理时形成的固溶体固定成室温下溶质和空位均为过饱和状态的固溶体。
因此,在制定固溶处理方案时,温度不宜过高、时间也不能过长,以免造成晶粒急剧长大、组织过烧、对提高合金综合性能不利;若固溶处理温度过低,合金中的过剩相及部分粗大的第二相粒子不能充分溶解于基体中,从而影响材料综合性能。
我们的材料是现成的，所以暂时不用考虑熔铸这一块了。
现在主要考虑的就是热处理这一块。
你组织组员们把热处理方案做出来，最好做成表格样式的，这样比较好看出来。
热处理方案可以做几个，不一定只做一个，多做几个以备第一个方案不理想而有更多的选择。
目前首先要制定的时均匀热处理和固溶处理这两个方案。
在方案的下面可以附上一些说明，或者附上参考文献。
注意一下用什么冷却方法
比如说
固溶处理
温度（oC）
保温时间（h）
450
2
6
10
15
480
500
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