一种高锌含钪铝合金的固溶热处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝合金热处理技术领域，具体涉及一种高锌含钪铝合金的固溶热处理方法。
【背景技术】
[0002]高强度高韧性Al-Zn-Mg-Cu铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点，是航空航天领域的重要结构材料。随着航空航天、交通运输等工业技术的发展，对结构材料的要求逐渐提高。通过微合金化可以有效抑制Al-Zn-Mg-Cu铝合金再结晶和晶粒长大、保持变形回复组织。
[0003]钪是到目前为止所发现的对优化铝合金性能最为有效的合金元素，钪可提高Al-Zn-Mg-Cu铝合金的强度、塑性、耐蚀和焊接等性能。另外，Zn含量对屈服强度有很大的影响，随着Zn含量的增加，合金强度显著上升，但是随着Zn含量的增加，合金的成型性难度显著加大。
[0004]目前我国主要研宄高锌合金的成型工艺，对其性能和热处理技术的认识还不够深入和系统，缺乏有效的理论依据和数据积累，因此亟待对高锌含钪铝合金的热处理工艺开展系统深入的研宄。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高锌含钪铝合金的固溶热处理方法，目的是
通过设计优化的固溶热处理工艺制度，使高锌含钪铝合金获得超高强度的同时具有足够的塑性。
[0006]实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行:
首先将高锌含钪铝合金在390~430°C下保温3~5h，然后升温至455~475°C保温3~5h后，在1s内将其转移到室温条件下的水中淬火5min，再进行单级时效热处理:在120°C温度下保温23.5-24.5h，最后空冷至室温，得到经固溶热处理的高锌含钪铝合金。
[0007]所述高锌含钪铝合金的化学成分按质量百分比为:Zn 8?9%，Mg 2.5?3.5%，Cu 2.3 ?3.5%，Zr 0.05-0.25%，Sc 的质量分数为 0.01-0.10%，其余组分为 Al。
[0008]所述的经固溶热处理的高锌含钪铝合金抗拉强度达728~761MPa，屈服强度为553~602MPa，延伸率为 11.11—14.89%，硬度为 123~153Hv。
[0009]与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是:
本发明通过控制固溶温度和固溶时间的方法，研宄了固溶温度和固溶时间对，高锌含钪铝合金力学性能及微观组织的影响。
[0010]通常情况，合金在不发生过烧的状态下，固溶温度越高，回溶的合金元素浓度也就越大，也就提高了合金的固溶程度，淬火后的过饱和固溶体的浓度也就越高，使合金时效析出的相变驱动力增大，析出相增加，时效后产生的析出相细小、弥散沿晶界分布，阻碍位错运动，从而可以提高合金的强度；而影响固溶处理的主要因素有固溶温度、保温时间和冷却速度，其中固溶温度的影响最大，而保温时间也对合金强度有较大的影响，合金第二相粒子有足够的时间溶入基体中，在随后的淬火中形成过饱和固溶体，从而在时效过程中析出更多的强化相，因此强度提高，然而固溶处理时的加热，除了发生强化相溶解外，也可能发生再结晶和晶粒长大过程，因此固溶温度不宜过高，保温时间不宜过长。
[0011]与现有技术相比，本发明采用了双级固溶处理的技术方案，本发明采用了双级固溶处理的技术方案，使该合金在390~430°C°C温度下保温3~5小时，然后升温至455~475°C保温3~5小时后立即取出水淬，再进行单级时效热处理，在120°C温度下保温24±0.5小时。其中的第一级固溶处理属于低温预处理，这种处理使Mg、Zn、Cu等原子均匀细小的分布在晶界处，达到抑制第二级固溶处理后再结晶晶粒长大的目的。而单级固溶处理由于固溶温度较高，原子来不及均匀扩散就发生了自身的长大，导致抑制再结晶晶粒长大的效果减弱，如附图图1所示。因此双级固溶较单级固溶可以显著提高合金的力学性能，使合金中粗大的非平衡相得以充分溶解和均匀化、固溶体过饱和度增加与晶界共晶相应力集中趋势减小，晶界为断续状分布的晶界析出相。
[0012]本发明提供的铝合金的固溶热处理方法提高了一种高锌含钪铝合金的性能，使该合金的硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率都显著提高，因此扩大了该种铝合金在工业领域的应用范围。
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例1中经固溶热处理的高锌含钪铝合金的金相组织图；
图2为本发明实施例1~3中在不同的第一级保温时间下固溶热处理后的高锌含钪铝合金力学性能变化曲线图；
图3为本发明实施例1~3中在不同的第一级保温时间下固溶热处理后的硬度变化曲线图；
图4为本发明实施例4~6中在不同的第一级固溶温度下固溶热处理的高锌含钪铝合金的力学性能变化曲线图；
图5为本发明实施例4~6中在不同的第一级固溶温度下固溶热处理的高锌含钪铝合金的硬度变化曲线图；
图6为本发明实施例7~9中在不同的第二级保温时间下经固溶热处理的高锌含钪铝合金的力学性能变化曲线图；
图7为本发明实施例7~9中在不同的第二级保温时间下经固溶热处理的高锌含钪铝合金的硬度变化曲线图；
图8为本发明实施例10~12中在不同的第二级固溶温度下经固溶热处理的高锌含钪铝合金的力学性能变化曲线图；
图9为本发明实施例10~12中在不同的第二级固溶温度下经固溶热处理的高锌含钪铝合金的硬度变化曲线图。
【具体实施方式】
[0014]本发明实施例中所用的高锌含钪铝合金为自制铸锭，经过均质后挤压成直径为1mm的圆棒，化学成分按质量百分比为:Zn 8.5%,Mg 3.0%, Cu 3.0%,Zr 0.15%，Sc的质量分数为0.05%，其余组分为Al，其抗拉强度和屈服强度为492.9MPa和352.4MPa，延伸率是 9.74%，硬度是 110.7HVo
[0015]实施例中的硬度试样为直径1mm的圆棒，高度为5mm，检测设备为452-SVD型自动转塔数显维氏硬度计；拉伸试样根据GB/G228-2002《金属材料拉伸试验方法》加工制定，每个实施例中取三组试样，每组试样取三个硬度试样和三个拉伸试样，且尺寸相同，拉伸检测设备为SANS CMT-5105型微机控制电子万能拉伸实验机。
[0016]实施例1
首先将高锌含钪铝合金在410°C下保温3h，然后升温至475°C保温4h后，在1s内将其转移到室温条件下的水中淬火5min，再进行单级时效热处理:在120°C温度下保温24.5h，最后空冷至室温，经固溶热处理的高锌含钪铝合金的金相组织图如图1所示，从图1中可以看出合金中析出了大量细小、弥散的粒子，经固溶热处理的高锌含钪铝合金的力学性能图如图2所示，硬度如图3所示，从图中可以看出经固溶热处理的高锌含钪铝合金抗拉强度达728MPa、屈服强度达561MPa、延伸率达14.63%，硬度达123Hv，与固溶热处理前相比，力学性能得到显著提升。
[0017]实施例2
首先将高锌含钪铝合金在410°C下保温4h，然后升温至475°C保温4h后，在1s内将其转移到室温条件下的水中淬火5min，再进行单级时效热处理:在120°C温度下保温24.5h，最后空冷至室温，经固溶热处理的高锌含钪铝合金的力学性能图如图2所示，硬度如图3所示，从图中可以看出经固溶热处理的高锌含钪铝合金抗拉强度达741MPa、屈服强度达572MPa、延伸率达13.88%，硬度达137Hv，与固溶热处理前相比，力学性能得到显著提升。
[0018]实施例3
首先将高锌含钪铝合金在41