一種7系鋁合金材料及其制備處理工藝的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種7系鋁合金材料及其制備處理工藝。
【背景技術】
[0002] 7XXX系（Al-Zn-Mg-Cu)合金具有高的室溫強度和良好的綜合性能，是世界各國 航空、航天、交通運輸等領域不可或缺的結構材料。經過幾十年的發展，7XXX系鋁合金已 先后成功開發出了 7075,7X50,7055等系列合金，得到了廣泛的應用。隨著新一代飛機的 發展，上述7XXX系高強鋁合金由于存在淬火敏感性高的問題，都難以滿足當今對超大厚 度（120 mm以上）航空鋁合金鍛件、預拉伸板制品提出的緊迫需求。為此，美國鋁業公 司（ALCOA)于2003年在國際上率先推出了具有高強韌性和低淬火敏感性的7085合金 (Α1-7·5Ζη -l.5Mg-L6Cu-0.12Zr)，據報道，7085-T7 狀態合金預拉伸超厚板（152 mm) 的芯部強度與表層強度差顯著減小，與同厚度7050-T7狀態合金預拉伸超厚板相比，制品 的芯部強度提高了 15%，抗應力腐蝕性能和斷裂韌性KIC值則基本相當，特別適合于現代飛 機上大厚度整體式結構件的制造，現已在空客A380客機中用于制造翼梁和翼肋等主承力 結構件。但由于7085鋁合金中主強化元素 Mg的含量相對過低，制約了合金強度的進一步 提高。為此，本研究在美鋁7085合金的基礎上，針對7085合金強度性能尚顯不足的問題， 通過適當提高合金中主強化元素 Mg的含量，并進一步降低合金中淬火敏感性元素 Cu的 含量，探索研究了一種新型的Al-7. 5Zn -1.7Mg-1.4Cu-0. 12Zr合金。對于發展7XXX系 鋁合金來說，合金的抗應力腐蝕性能是衡量其綜合性能的重要指標之一，往往對合金能否 實際應用也起到決定性作用。
[0003] 研究7XXX系鋁合金的應力腐蝕具有現實意義，十分必要，這方面的研究工作一直 備受關注。有研究表明，不同熱處理工藝可改變該系合金的微觀組織結構，從而最終影響合 金的力學性能和抗應力腐蝕性能。峰時效狀態（T6)的合金有很高的強度，但對應力腐蝕 開裂敏感；雙級過時效處理（T7)可以改善抗應力腐蝕性能，但會使強度損失較大，與T6 強度相比降低了 8%~20%。7XXX系鋁合金的強度與抗應力腐蝕性能之間的沖突是制約其 進一步拓展應用的一大障礙。為此，國外開發了以T77為代表的回歸再時效（RRA)等三 級時效處理工藝，既可提高合金的抗應力腐蝕性能，又能保持合金的強度。但有關該類三級 時效工藝的具體參數目前尚未公開。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是：提供一種7系鋁合金材料及其制備處理工藝，已解 決現有技術的不足。
[0005] 本發明的技術方案是：一種7系鋁合金材料，合金的化學成分質量分數為： Al-7. 5Zn-l. 7Mg-l. 4Cu-〇. 12Zr, 0. 02Fe, 0.0 lSi〇
[0006] -種7系鋁合金材料的制備處理工藝，合金鑄錠經均勻化熱處理后，熱擠壓成 截面為102 mm X 25 mm的板帶，固溶制度采用475°C /50~120 min，水淬；隨后分 別進行時效處理：T6單級峰值時效120°C /24 h、雙級過時效T76, T74, T73，110°C /6 h +160°C /6 ~16 h 或三級時效 T6+170°C /90 min+T6。
[0007] 本發明的有益效果：新型合金在不同時效狀態下，其強度和應力腐蝕性能存在明 顯的差異。T6狀態下，晶內析出相彌散細小，晶界析出相呈連續分布，合金的強度最高，抗 應力腐蝕性能最差；經T7雙級過時效處理后，晶界析出相粗化呈離散分布，出現明顯寬化 的晶間無析出帶，合金的抗應力腐蝕性能得到明顯提高，但其強度損失較多。三級時效處理 后，合金的組織綜合了 T6態和T7態的優點，使合金既有高的強度又有良好的抗應力腐蝕性 能，合金的極限抗拉強度、屈服強度、伸長率和電導率分別達到580,570 MPa，16. 7%和23. 3 MS · m - 1 〇
【具體實施方式】
[0008] 合金的化學成分（％，質量分數）為：Al-7. 5Zn-l. 7Mg-l. 4Cu-0. 12Zr，雜質 0. 02Fe，0.0 lSi。合金鑄錠經均勻化熱處理后，熱擠壓成截面為102 mm X 25 mm 的板帶。固溶制度采用475°C/50~120 min，水淬；隨后分別進行不同的時效處理：T6 單級峰值時效（120°C/24 h)、雙級過時效（T76，T74，T73，110°C/6 h +160°C/6 ~16 h) 和三級時效（T6+170°C /90 min+T6)。不同時效狀態下合金的拉伸力學性能在MTS-810 型試驗機上進行，拉伸速度為1~2 mm.min - 1。參照GB/T12966291，采用7501型渦流 電導儀測試合金的電導率。采用慢應變速率試驗法（Slow strainrate testing,SSRT)來測 試和評價合金在不同熱處理狀態下的抗應力腐蝕性能。SSRT試驗參照HB7235-95進行，試 驗所采用的介質為干燥空氣和3.5% NaCl溶液，在WDML-3型慢應變速率拉伸試驗機上進 行，應變速率為〇. 5 X 10 - 6s - 1。顯微組織觀察在JEM-2010FX高分辨透射電鏡（TEM) 上進行，工作電壓200 kV。TEM樣品用MTP-1雙噴電解減薄儀制取，電解液為含25%HN03 的甲醇溶液，溫度控制在一 30~一 20°C之間，電壓為15~20 V。
[0009] 不同時效狀態下新型合金的力學性能及電導率值列于表1。由表1可以看出，T6 狀態下合金的強度最高，但其電導率最低；采用T76，T74和T73雙級過時效處理可以顯著 提高合金的電導率，但是其強度損失較多，與Τ6狀態相比，下降了約8%~16% ;經三級時 效處理后，與Τ6狀態相比，可明顯提高合金的電導率，強度損失較少，抗拉強度僅降低2%。
[0010] 電導率作為衡量7ΧΧΧ系合金的抗應力腐蝕性能的一種標準，在工業上得到廣泛 應用，通常電導率越高，材料的抗應力腐蝕性能越好。因此，從表1中電導率測試結果可以 初步推斷出，三級時效、Τ76, Τ74和Τ73這4種狀態下新型合金的抗應力腐蝕性能較好，而 Τ6狀態下新型合金的抗應力腐蝕性能最差。
[0011] 新型合金在不同時效狀態下，其強度和應力腐蝕性能存在明顯的差異。T6狀態下， 晶內析出相彌散細小，晶界析出相呈連續分布，合金的強度最高，抗應力腐蝕性能最差；經 Τ7雙級過時效處理后，晶界析出相粗化呈離散分布，出現明顯寬化的晶間無析出帶，合金的 抗應力腐蝕性能得到明顯提高，但其強度損失較多。三級時效處理后，合金的組織綜合了 Τ6態和Τ7態的優點，使合金既有高的強度又有良好的抗應力腐蝕性能，合金的極限抗拉強 度、屈服強度、伸長率和電導率分別達到580, 570 MPa，16. 7%和23. 3 MS · m - 1。
【主權項】
1. 一種7系鋁合金材料，其特征在于：合金的化學成分質量分數為： Al-7. 5Zn-l. 7Mg-l.4Cu-〇.12Zr,0. 02Fe,0. 01Si〇2. 如權利要求1所述的一種7系鋁合金材料的制備處理工藝，其特征在于：合金鑄 錠經均勻化熱處理后，熱擠壓成截面為102mmX25mm的板帶，固溶制度采用 475°C/50~120min，水淬；隨后分別進行時效處理：T6單級峰值時效120°C/24h、雙 級過時效T76,T74,T73,110°C/6h+160°C/6 ~16h或三級時效T6+170°C/90min+T6。
【專利摘要】本發明公開了一種7系鋁合金材料，其特征在于：合金的化學成分質量分數為:Al-7.5Zn-1.7Mg-1.4Cu-0.12Zr，0.02Fe，0.01Si。制備處理工藝，其特征在于：合金鑄錠經均勻化熱處理后，熱擠壓成截面為102mm×25mm的板帶，固溶制度采用475℃/50～120min，水淬;隨后分別進行時效處理:T6單級峰值時效120℃/24h、雙級過時效T76，T74，T73，110℃/6h+160℃/6～16h或三級時效T6+170℃/90min+T6。
【IPC分類】C22F1/053, C22C21/10
【公開號】CN105441749
【申請號】CN201410519518
【發明人】黃曉藝
【申請人】黃曉藝
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年9月30日