阅读说明：本技术 一种改善合金板材综合性能的热处理方法 (Heat treatment method for improving comprehensive performance of alloy plate ) 是由 李国爱 吴秀亮 郝敏 陆政 王建国 于 2018-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种改善合金综合性能的热处理方法,该合金含按重量百分比计的组分：Cu 3.5～4.5％,Li 1.4～1.80％,Mg 0.2～0.8％,Zn 0.2～0.8％,Zr 0.04～0.20％,Mn 0.20～0.80％以及Sc 0.05～0.35％,Ag 0.2～0.8％,Er 0.10～0.25％中的任意1～3种,Si≤0.08％,Fe≤0.10％,Ti≤0.10％,其它杂质单个≤0.05％,总量≤0.15％,余量为Al。所述方法包括将该合金固溶淬火后,在220℃～280℃下“球化时效”处理10～20h,在晶内形成微米级颗粒状析出相的同时,晶界残余的大尺寸片针状“魏氏体”转变为断续的颗粒状平衡相后,再重复固溶、冷变形及时效处理,使微米级颗粒析出相回溶并促进纳米级析出相的析出,获得晶内析出相均匀细小,晶界析出相断续分布的特征组织,从而提高合金的综合性能。本方法适用于航空、兵器领域用的合金厚板、锻件以及大截面的挤压材。(The invention provides a heat treatment method for improving the comprehensive performance of an alloy, which comprises the following components in percentage by weight: 3.5-4.5% of Cu, 1.4-1.80% of Li, 0.2-0.8% of Mg, 0.2-0.8% of Zn, 0.04-0.20% of Zr, 0.20-0.80% of Mn, 0.05-0.35% of Sc, 0.2-0.8% of Ag, any 1-3 of Er 0.10-0.25%, less than or equal to 0.08% of Si, less than or equal to 0.10% of Fe, less than or equal to 0.10% of Ti, less than or equal to 0.05% of other impurities, less than or equal to 0.15% of total amount, and the balance of Al. The method comprises the steps of carrying out solution quenching on the alloy, carrying out spheroidizing aging treatment for 10-20 hours at 220-280 ℃, forming a micron-sized granular precipitated phase in the crystal, converting large-size needle-shaped Weishi bodies remaining in the crystal boundary into an interrupted granular equilibrium phase, and then repeating the solution treatment, cold deformation and aging treatment to dissolve the micron-sized granular precipitated phase back and promote the precipitation of the nanometer-sized precipitated phase, so as to obtain a characteristic structure that the intra-crystal precipitated phase is uniform and fine and the crystal boundary precipitated phase is intermittently distributed, thereby improving the comprehensive performance of the alloy. The method is suitable for thick alloy plates, forgings and large-section extruded materials used in the fields of aviation and weapons.)

一种改善合金板材综合性能的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种合金的热处理技术，具体涉及一种改善合金板材综合性能的热处理方法。

背景技术

随着航空航天领域高可靠的高减重需求的不断发展，需要密度更低和强度更高的合金，现有的合金在强度等级(500MPa)以及密度方面均难以胜任。为了实现这一目标，适度增加一些合金元素含量，提高合金的固溶饱和程度获得强度更高的密度更低的合金，然而，在这一过程中无论在厚板、锻件还是在大截面型材的热加工变形过程中在晶内及晶界区域容易快速析出大量片针状“魏氏体(Al₂CuLi，T₁相)”组织的弊端，该组织具有的强烈的“遗传”性，难于在后续的固溶、时效过程中消除，从而使塑性、断裂韧度、腐蚀诸方面性能恶化，影响合金的后续开发与应用。

因此需要提供一种针对高合金含量合金产品中“魏氏体”组织难以消除从而影响综合性能的问题的技术方案，来满足现有技术的需要。

本发明提供的固溶+球化时效+二次固溶的技术方案，将晶界/亚晶界上分布的大尺寸片针状T₁相转变为断续分布的颗粒状平衡相，从而在不降低合金强度的同时，大幅度提高了合金的断裂韧度、耐蚀性能，获得了具有优良综合性能的产品。

本发明的目的是：提出一种改善合金综合性能的热处理方法，通过该方法，可使高合金含量合金厚板、锻件及挤压材的综合性能获得较大提升。实现本发明目的技术方案如下：

一种改善合金板材综合性能的热处理方法，其改进之处在于，所述方法包括：将所述合金固溶淬火后，在220℃～280℃下“球化时效”处理10～20h后，重复固溶处理、冷变形及时效处理；

按重量百分比计，该合金含：Cu 3.5～4.5％，Li 1.4～1.80％，Mg 0.2～0.8％,Zn0.2～0.8％，Zr 0.04～0.20％，Mn 0.20～0.80％以及Sc 0.05～0.35％，Ag 0.2～0.8％，Er 0.10～0.25％中的任意1～3种，Si≤0.08％,Fe≤0.10％，Ti≤0.10％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。

本发明的第一优选技术方案中：

1.1所述板材固溶淬火包括：于515℃～535℃下，在空气炉或盐浴炉中固溶，按所述板材单位(mm)厚度计，保温(6.0～8.0)分钟后，室温水淬火；

1.2所述球化时效处理包括：将所述固溶淬火处理的合金板材在220℃～280℃下的带循环装置的空气炉内时效处理10～20h后取出空冷或风冷至室温；

1.3所述重复固溶处理包括：球化时效处理后，将合金板材再放入520℃～540℃下的空气炉或盐浴炉中固溶处理，按所述板材单位(mm)厚度计，保温(3.0～4.0)分钟后，室温水淬火；

1.4所述冷变形处理包括：淬火后的板材在4h之内按3.0～5.0％的冷变形量冷拉；

1.5所述时效处理包括：冷变形处理后进行自然时效或人工时效处理；

1.5.1所述自然时效包括：室温条下放置至少120h以上；

1.5.2所述人工时效为双级人工时效处理，包括：120℃～135℃下，一级保温16h～24h，和143℃～155℃下二级保温8～14h，两级时效间连续随炉升温。

本发明的第二优选技术方案中：

所述固溶处理的加热温度为520℃；

所述球化时效处理的加热温度为220℃～280℃；

所述重复固溶处理的加热温度为530℃。

本发明的第三优选技术方案中：

该方法适用的合金成分中Cu的重量百分比为：3.8％或4％；该方法适用的合金成分中Li的重量百分比为：1.5％或1.70％。

本发明的第四优选技术方案中：该方法适用的合金成分及重量百分比为：Mg0.60％，Zn 0.50％，Zr 0.12％，Mn 0.50％以及Sc 0.20％，Ag 0.60％，Er 0.15％中的任意1～3种。Si 0.08％，Fe 0.08％，Ti 0.08％，其它杂质单个≤0.05％，总量≤0.15％，余量为Al。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明提供的的热处理处工艺可以大幅度改善合金中Li含量高的合金板材的综合性能，使合金强度达到600MPa的同时，也具有优良的疲劳、耐蚀性能；

2、本发明提供的技术方案中在热处理过程的“球化时效”工艺，使得合金制备过程中的其他必须程序的优点得到最大的利用和发挥，工艺简单可行，工业化可实施性强；

3、本发明提供的通过固溶处理+球化时效+二次固溶的技术方案，解决了大尺寸T₁相“遗传”的问题，扩大了合金成分设计与制备间的窗口。

附图说明：

图1 80mm厚热轧板材的高倍组织形貌；

图2 80mm厚热轧板材经固溶+预拉伸+时效处理后的高倍金相组织；

图3经实本发明施例一的技术方案处理后80mm厚板的高倍金相组织；

图4 100mm厚锻件经固溶+冷压缩+时效处理后的高倍金相组织；

图5经实施例二中方案处理后100mm厚锻件的高倍金相组织。

具体实施方案

下面结合

具体实施方式

对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于下述实施例。

实施例一

采用本发明所涉及的改善合金综合性能的方法，该合金成分及重量百分比为：Cu3.8％，Li 1.61％，Mg 0.38％，Zn 0.42％，Mn 0.38％，Zr 0.10％，Ti 0.06％，Si0.06％，Fe 0.08％，余量为Al，80mm厚度的热轧板材试样(的高倍金相组织如图1所示)，然后于530℃下进行8h固溶淬火,室温水淬火)+以变形量4.6％下预拉伸+双级人工时效处理(125℃/20h+145℃/10h)和固溶淬火(530℃/8h,室温水淬火)+球化时效(240℃/16h)+二次(或重复)固溶淬火(530℃/4h,室温水淬火)+预拉伸(预拉伸变形量4.6％)+双级人工时效处理(125℃/20h+145℃/10h)后，分别测量板材的拉伸、断裂性能以及晶间、剥落及抗应力腐蚀性能(C环)、并观察高倍微观组织形貌，如表1及图2、图3所示。

从图2和3可以发现本发明的方法处理后的合金厚板内的大尺寸“残余魏氏体”组织已转变为离散的颗粒状沉淀相，从而使得盖合金厚板在强度不降低的前提下、塑性、断裂韧度以及耐腐蚀性能获得了显著提高，综合性能显著提升。

表1本发明的方法与传统的处理方法合金板材的性能比较

实施例二

采用本发明所涉及的改善合金综合性能的方法，该合金成分及重量百分比为：Cu4.5％，Li 1.8％，Mg 0.46％，Ag 0.35％，Zn 0.20％，Mn 0.38％，Zr 0.08％，Ti 0.03％，Si0.06％，Fe 0.08％，余量为Al，厚度为100mm的自由锻件分别进行固溶淬火(535℃/10h,室温水淬火)+冷压变形(压缩变形量5.0％)+双级人工时效处理(120℃/20h+148℃/14h)和固溶淬火(535℃/10h,室温水淬火)+球化时效(260℃/20h)+二次固溶淬火(535℃/5h,室温水淬火)+冷压变形(压缩变形量5.0％)+双级人工时效处理(120℃/20h+148℃/14h)。完毕后，分别测量锻件的拉伸、断裂性能以及晶间、剥落及抗应力腐蚀性能(C环)，结果如表2所示,锻件不同工艺处理后的高倍组织如图4、图5所示。

图4和5表明，本发明提供的方法处理合金板材后，锻件的抗强度、塑性、断裂韧度以及耐腐蚀性能获得显著提高。

表2本发明提供的与传统的方法处理的合金板材性能比较

表3各实施例合金的组成表