一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金的均匀化热处理方法
【技术领域】
[0001] -种Al-Zn-Mg-化-Zr侣合金的均匀化热处理方法，具体设及一种控制升溫过程的 A^^-Mg-化-Zr侣合金的=级均匀化热处理工艺方法。
【背景技术】
[0002] A^^-Mg-Cu系超高强侣合金具有高的比强度和硬度、良好的加工性能、较好的耐 蚀性和较高的初性等优点，被广泛应用于航空航天领域。近年来，为了降低成本，航空工业 中往往采用整体结构件来代替由大量模锻件或挤压件组成的装配件。运为侣合金厚板在航 空工业中的应用拓宽了市场，同时也对大规格侣合金铸锭的生产技术水平提出了更高的要 求。Al-Zn-Mg-Cu侣合金由于合金化程度高，在凝固过程中枝晶偏析严重，铸态晶界存在非 平衡的粗大共晶组织，晶内和晶界化学成分和组织分布不均匀。合金基体中残留较多的粗 大结晶相，会消耗Zn, Mg, Cu等主合金元素导致时效强度降低。同时粗大相阻碍了基体的变 形过程，在粗大相上易出现应力集中，对裂纹扩展过程具有加速作用。因此，均匀化热处理 成为合金变形前必需的热处理工序。
[0003] 均匀化处理能消除非平衡低烙点相和枝晶偏析，使合金元素在固溶体中均匀分 布，减小显微组织中粗大相的含量。同时，合金中Zr的添加会使合金在均匀化过程中析出与 基体共格的亚稳Ah&相。AbZr相能在合金固溶后有效钉扎晶界，阻止晶界和亚晶界的迁 移，保留社制变形产生的亚结构和位错、细化晶粒、强化基体。同时，细小弥散的413^￡得 再结晶分数降低，大角度晶界数减少，减少n相形核的有利位置，降低了合金的泽火敏感性。 因此，优化均匀化热处理工艺W充分回溶粗大相，同时兼顾调控弥散相的均匀析出，对于改 善合金的显微组织和综合性能具有重要意义。
[0004] 通常，Al-Zn-Mg-Cu侣合金的均匀化热处理可分为单级、双级和多级均匀化工艺 等。传统的单级均匀化热处理工艺多为470°C保溫24-4化，经该工艺处理的含Zr的7XXX系侣 合金显微组织中非平衡共晶相回溶不充分，并且弥散相AhZr析出尺寸较为粗大。为此，国 内外陆续开展了双级或多级均匀化热处理方法研究。专利(CN 201210287347.X)发明了一 种适用于7XXX系侣合金的S级均匀化热处理方法，（465-473)°C/23-25h+(480-485rC/ll-1化+(495-500)°C/15-25min，该均热工艺并没有考虑到弥散相的均匀析出，同时高溫短时 保溫处理，不仅在工业化实际生产中很难准确控制，同时显微组织也容易发生过烧。专利 (CN200710022272.1)提出了一种7XXX侣合金中消除粗大相的高压均匀化热处理方法。通过 高压作用下侣合金烙化溫度升溫的特征，来采用更高溫度进行均匀化热处理，但该方法并 不适用于目前侣加工企业的现有装备生产线。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效缩短均匀化时 间，降低晶间残余相含量，同时控制弥散相均匀析出，最终提高生产效率和产品的综合性能 的Al-Zn-Mg-化-Zr侣合金的均匀化热处理方法。
[0006] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的。
[0007] 一种Al-Zn-Mg-化-Zr侣合金的均匀化热处理方法，其特征在于其均匀化热处理采 用控制升溫过程的=级均匀化热处理工艺;包括：（1)低溫预析出，促进弥散相A13&析出的 第一级均化热处理过程；（2)保溫，提高组织过烧溫度的第二级均化热处理过程；（3)长时均 匀化保溫过程，消除高烙点AlsCuMg的第S级均化热处理过程。
[000引本发明的一种Al-Zn-Mg-Cu-化侣合金的均匀化热处理方法，其特征在于所述的第 一级均化热处理过程是将Al-Zn-Mg-化-Zr侣合金铸锭从室溫W5~IOOtVh的升溫速率，升 溫时间3-30h，升到溫度为300~450°C，保溫3~15h;其中优选的技术方案为，升溫速率优选 20-1001711，升溫时间优选4-2011，优选升到溫度为350-420°(：，保溫时间优选5-1011。
[0009] 本发明的一种Al-Zn-Mg-Cu-化侣合金的均匀化热处理方法，其特征在于所述的第 二级均化热处理过程是再将Al-Zn-Mg-Cu-&侣合金铸锭Wl~30°C/h的升溫速率，升溫时 间2-lOh，升到溫度为460~475°C，短时保溫0.5~IOh;其中优选的技术方案为，升溫速率优 选2-15 °C A，升溫时间优选5-15h，升到溫度优选为465-475 °C;保溫时间优选为3-化。
[0010] 本发明的一种Al-Zn-Mg-Cu-化侣合金的均匀化热处理方法，其特征在于所述的第 S级均化热处理过程是再将Al-化-Mg-Cu-化侣合金铸锭Wl~30°C A的升溫速率，升溫时 间1-lOh。升溫溫度到475~490°C，保溫12-6化;其中优选的技术方案为，升溫速率优选2-10 °C A，升溫时间优选5-1 Oh，升溫溫度优选475-485 °C，保溫时间优选24-4化。
[0011] 与现有技术相比，本发明设及的一种控制升溫速率的Al-Zn-Mg-Cu-Zr侣合金的S 级均匀化热处理工艺具有W下=个显著优点：
[0012] (1)通过控制升溫过程，同时解决了弥散相析出和粗大相回溶的问题，缩短了均匀 化时间，提高了热效率。
[0013] (2)铸锭结晶相可充分固溶于基体中，从而消除粗大相对侣合金疲劳性能，断裂初 性等的不利影响。
[0014] (3)考虑到大铸锭在工业热处理炉内受热不均的问题，采用增加二级短时保溫过 程W控制高溫加热过程中的升溫过程，避免了工业炉中大规格铸锭直接从第一级300~420 °C快速升溫至475-485°C时由于受热不均导致的显微组织过烧。
[001引本发明的一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr侣合金的均匀化热处理方法，适用于7050 W及含Zr 元素的其它合金的所有Al-Zn-Mg-化-Zr侣合金。其热处理工艺通过控制升溫过程W进 一步提高均匀化溫度，不但能够实现晶间残余相最大程度回溶，同时能够促进弥散相均匀 析出，有助于抑制热加工和热处理过程中再结晶及晶粒长大，从而改善合金的显微组织和 综合性能。可有效解决现有均热工艺中弥散相和粗大相无法兼顾的技术缺陷，在合金强度 水平提高的同时，合金的断裂初性和疲劳性能也得到提高。更为重要的是，本发明方法适用 于大铸锭的工业化生产，并且具有很好的操作性，均热时间降低，热效率提高。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的一种Al-Zn-Mg-化-Zr侣合金的均匀化热处理方法的工艺示意图。
[0017] 图2为450mm厚铸锭采用本发明工艺400 °C/10h+470 °C/3h+480 °C/24h和采用双级 均热工艺470°C/48h不同均热处理泽火后扫描电镜下组织形貌;其中，（a)为400°C/1化+470 。(:/3h+480 °C /2地；（b)为400 °C /1 Oh+470 °C /4化。
[0018]图3为520mm厚铸锭的铸态组织和慢速升溫至470°C保溫化时的DSC升溫曲线。
[0019] 图4为520mm厚铸锭采用本发明工艺400°C/10h+470°C/3h+480°C/24h和采用双级 均热工艺470°C/48h不同均热处理泽火后扫描电镜下组织形貌;其中，（a)为400°C/1化+470 。(:/3h+480 °C /2地；（b)为400 °C /1 Oh+470 °C /4化。
[0020] 图5为600mm厚铸锭采用本发明工艺400°C/1化+470°C/3h+480°C/3化和采用双级 均热工艺470°C/48h不同均热处理泽火后扫描电镜下组织形貌;其中，（a)为400°C/1化+470 。(:/3h+480 °C /3化；（b)为400 °C /1 Oh+470 °C /4化。
[0021] 图6为采用不同升溫速率均热工艺后弥散相AlsZr粒子的析出分布;其中，（a)为实 施例4; (b)为对比例2。
【具体实施方式】
[0022] 一种Al-Zn-Mg-化-Zr侣合金的均匀化热处理方法，具体工艺流程如图1所示，其工 艺包括W下步骤：
[0023] (1)第一级，低溫预析出，促进弥散相AlsZr析出：金属表面溫度从室溫W5~100 °C A的平均升溫速率(升溫时间3-30h)升到300~450°C，保溫3~15h;其中优选的技术方案 为，升溫速率优选20-100°C/h(升溫时间优选4-2化），加热溫度优选350-420°C，保溫时间优 选5-lOh;
[0024] (2)第二级，短时保溫，提高组织过烧溫度:将步骤(1)处理的侣合金铸锭的金属表 面溫度Wl~30°C/h的平均升溫速率（升溫时间2-lOh)升到460~475°C，短时保溫0.5~ IOh;其中优选的技术方案为，升溫速率优选2-15 °C/M升溫时间优选5-15h )，加热溫度优选 465-475 °C ;保溫时间优选3-化。
[0025] (3)第S级，长时均匀化保溫过程，消除高烙点AlsCuMg(S)相:将步骤(2)处理的侣 合金铸锭金属表面溫度Wl~30°C A的平均升溫速率(升溫时间I-IOh)升到475~490°C，并 保溫12-6化;其中优选的技术方案为，升溫速率优选2-10°CA(升溫时间优选5-lOh)，加热 溫度优选475-485 °C，保溫时间优选24-4化。
[00%] (4)完成步骤(3)后将铸锭冷却至室溫。
[0027] 下面结合附图及【具体实施方式】和对比方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不 限于W下实施例。
[0028] 实施例1
[0029] 侣合金成分W质量百分比计为：Zn6.24wt. %，Mg2.06wt. %，Cu2.09wt. %，Ti< 0.06wt. %，ZrO. Iwt. % ,Fe < 0.08wt. %，Si < 0.03wt. %，余量为Al。半连续铸造成450mm厚 规格铸锭。
[0030] 对合金采用本发明方法的=级均匀化热处理制度进行均匀化处理，具体工艺为： 从室溫W55°CA的平均升溫速率(升溫时间6.化)升到400°C保溫lOh，然后继续WlOtVh的 平均升溫速率(升溫时间化)升到470°C保溫化，然后再W2.5°C/h的平均升溫速率(升溫时 间地)升到480°C保溫12h、l她、2化和2地。
[0031] 实施例2
[0032] 侣合金成分W质量