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1、(10)申请公布号 CN 102400068 A (43)申请公布日 2012.04.04 C N 1 0 2 4 0 0 0 6 8 A *CN102400068A* (21)申请号 201110376964.2 (22)申请日 2011.11.22 C22F 1/04(2006.01) (71)申请人中国航空工业集团公司北京航空材 料研究院 地址 100095 北京市81号信箱 (72)发明人张坤 陈军洲 黄敏 汝继刚 冯朝辉 (74)专利代理机构中国航空专利中心 11008 代理人陈宏林 (54) 发明名称 一种7XXX系铝合金的非等温时效工艺 (57) 摘要 本发明是一种7XXX系铝合。
2、金的非等温时效 工艺，针对大尺寸、高性能铝合金构件时效处理的 要求开展了系统研究并发展了非等温时效(NIA) 技术。该时效工艺的主要特点是在温度连续变化 的过程中完成铝合金的时效处理，这一过程中，非 等温时效工艺包含一个或两个升、冷却速率和起 点各不相同的连续变温区间，通过不同区间的合 理搭配实现性能的合理控制，并最终满足材料/ 构件的性能要求。该非等温时效工艺还可以大幅 度缩短工艺时间、降低能耗，契合了现代热处理技 术的发展要求。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 CN 102400067 A。
3、 1/1页 2 1.一种7XXX系铝合金的非等温时效工艺，其特征在于：该时效工艺为以下连续加热和 冷却的非等温过程之一： (1).缓慢加热+空冷； (2).快速加热+缓慢加热+空冷； (3).缓慢加热+缓慢冷却； (4).快速加热+缓慢冷却； 上述过程中，加热速率R h 在5250/h范围内可调，当R h 25/h时定义为缓慢 加热，当R h 25/h时定义为快速加热； 上述过程中，当冷却速率R c 25/h时，定义为缓慢冷却，空冷是与缓慢冷却相比更 快的冷却方式； 上述过程中，缓慢加热和快速加热的加热起点为T h-s 为20120： 上述过程中，缓慢冷却的起点T c-s 为170200； 上。
4、述过程中，缓慢加热和快速加热的加热的最高温度为185220。 权 利 要 求 书CN 102400068 A CN 102400067 A 1/4页 3 一种 7XXX 系铝合金的非等温时效工艺 技术领域 0001 本发明是一种7XXX系铝合金的非等温时效工艺，属于金属材料热处理技术领域。 0002 背景资料 0003 时效析出是沉淀硬化型铝合金获得良好综合性能的基础，其研究历经100年发展 获得巨大成就。为了工艺控制易控，传统的时效处理均采用等温工艺，即铝合金经固溶之后 在某一或者某几个恒定的温度下保温一定时间以获得尺寸、形状和性质适当的沉淀相来实 现合金的强化。 0004 这类时效工艺在组。
5、织控制方面表现出一定的局限性，难于满足铝合金综合性能优 化的要求。尤其，当时效工艺应用于大型构件时，传统时效工艺的局限性日益突出。首先， 目前广泛采用的现行等温时效工艺(包括多级时效工艺)在组织控制方面表现出一定的局 限性。例如，单级等温时效中温度一旦确定，则基体过饱和度、析出相形态等组织参数只能 通过时效时间的变化进行控制。析出相的演变方向单一、可控性差，相应的性能变化也往往 是此消彼长。T7x、RRA等多级时效工艺的提出部分解决了这一问题，但是等温时效工艺热 力学参数可调控范围窄的局限性仍难于消除。此外，当对大尺寸构件进行时效处理时，因 为快速的加热/冷却难于实现，因此构件势必经历缓冷/缓。
6、热的非等温过程并存在不同位 置的温度差异，因此以传统的等温时效工艺进行处理构件中容易出现性能不易控制、表层/ 心部性能差异显著等缺陷，影响材料及构件的服役性能。 0005 随着以大型构件替代组合结构的“整体制造”技术理念的快速发展，大型铝合金构 件在航空、航天工业中的应用日益广泛。此时，以传统的等温时效工艺处理这些构件已经难 于满足设计要求。因此，开发新型的时效处理工艺、充分挖掘合金的潜能，对于优化大型构 件的组织性能控制，拓展大型铝合金构件的应用具有十分重要的工程意义。 发明内容 0006 本发明正是针对上述现有技术存在的不足而设计提供了7XXX系铝合金的非等温 时效工艺，该时效工艺是针对大。
7、尺寸铝合金构件时效处理的要求，目的是强化大尺寸构件 的组织控制、充分挖掘7xxx铝合金的潜能、兼容缓冷-换热过程并提高热处理工艺的效率。 0007 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 0008 该种7XXX系铝合金的非等温时效工艺，其特征在于：该时效工艺为以下连续加热 和冷却的非等温过程之一： 0009 (1).缓慢加热+空冷； 0010 (2).快速加热+缓慢加热+空冷； 0011 (3).缓慢加热+缓慢冷却； 0012 (4).快速加热+缓慢冷却； 0013 上述过程中，加热速率R h 在5250/h范围内可调，当R h 25/h时定义为 缓慢加热，当R h 25/h时定义为快速加热。
8、； 0014 上述过程中，当冷却速率R c 25/h时，定义为缓慢冷却，空冷是与缓慢冷却相 说 明 书CN 102400068 A CN 102400067 A 2/4页 4 比更快的冷却方式； 0015 上述过程中，缓慢加热和快速加热的加热起点为T h-s 为20120； 0016 上述过程中，缓慢冷却的起点T c-s 为170200； 0017 上述过程中，缓慢加热和快速加热的加热的最高温度为185220。 0018 该时效工艺实施之前需要对铝合金材料或构件进行固溶-淬火处理；固溶-淬火 方法与传统工艺一致。该时效工艺的主要特点是在温度连续变化的过程中完成铝合金的时 效处理，这一过程中，非。
9、等温时效工艺包含一个或两个升、冷却速率和起点各不相同的连续 变温区间，通过不同区间的合理搭配实现性能的合理控制，并最终满足材料/构件的性能 要求。该时效工艺不仅可强化铝合金的组织结构控制、充分发挥铝合金的潜能，并且可以很 好的兼容大型构件时效处理过程中固有的非等温过程，非常适合大尺寸铝合金构件的时效 处理。 附图说明 0019 图1为四种典型非等温时效工艺的示意图 0020 图中，a)恒加热速率加热，b)先缓慢后快速加热时效，c)先快速后缓慢加热时效， d)快速加热+缓慢冷却； 0021 图2为缓慢加热时效过程中7A85铝合金硬度和电导率的变化 0022 图中，(a)为硬度-时间曲线，(b)为。
10、电导率-温度曲线 0023 图3缓慢加热时效过程中7A85铝合金力学性能的变化 0024 图4缓慢加热+缓慢冷却过程中7A85铝合金硬度和电导率的变化 0025 图5缓慢加热+缓慢冷却过程中7A85铝合金力学性能的变化 0026 图6快速加热+缓慢冷却时效冷却过程中7A85合金硬度和电导率演变 0027 图7快速加热+缓慢冷却时效中7A85铝合金力学性能的变化 0028 图8非等温时效态7A85合金与7A85-T74主要性能的对比 0029 图中，(a)力学性能对比；(b)电导率和工艺时间 0030 具体的实施方式 0031 以下结合具体实例对非等温时效技术进行更为细致的描述： 0032 (1。
11、)实施例1 0033 7A85铝合金缓慢加热时效处理 0034 将固溶-淬火态7A85铝合金放入到程序控温鼓风干燥箱中进行加热时效处理。分 别选择加热起始温度T h-s 为20和120，固定加热速率R h 为10/h，加热至220，之后 出炉空冷。整个过程中加热速率由干燥箱自身的温控系统自动控制。加热到不同温度时中 断时效过程、取出合金测了其硬度、电导率和强度；其中硬度与强度测试的结果直接反映了 合金的机械性能、而电导率可间接反映合金的耐腐蚀性能。图2所示为硬度、电导率测试的 结果，而图3所示为R h 为20/h测得强度变化曲线。 0035 可见，在加热时效的过程中合金的硬度随温度逐渐升高到峰。
12、值后又迅速降低；合 金的电导率随着温度的升高持续升高，基本呈现线性特征。图3所示强度曲线表明，合金的 强度也经历了随温度升高先逐渐升高后迅速降低两个阶段，当温度升高到180左右时，合 金到达峰时效状态；温度升高到200，合金进入过时效状态。加热时效到200时，合金 说 明 书CN 102400068 A CN 102400067 A 3/4页 5 的典型性能为 s 474485MPa， b 510523MPa，13，4041.2 IACS； 0036 系统的实验表明，通过起始温度和加热速率的协同控制可以在很大的工艺窗口下 对加热时效铝合金的性能进行调控。 0037 (2)实施例2 0038 7。
13、A85铝合金的缓慢加热-缓慢冷却时效工艺 0039 将固溶淬火处理之后的7A85铝合金放入到程序控温鼓风干燥箱中进行时效处 理。分别选择加热起始温度100，固定加热速率为20/h，加热到185之后以20/h 的速率缓慢冷却至100；之后出炉空冷。 0040 整个过程中升/冷却速率由干燥箱自身的温控系统自动控制。在不同温度时中断 时效过程、取出合金测了其硬度、电导率和强度。时效过程中合金硬度、电导率的变化变化 如图4所示，合金强度的变化如图5所示。由图4可知，测试表明，在加热之后缓慢冷却的 过程中，合金硬度和电导率均经历了缓慢升高的过程。在图5所示的强度、塑性曲线上同样 可以观察到冷却过程中合金。
14、强度的升高；尤其，在冷却过程中合金强度升高的同时，塑性也 有显著的提升。这一现象的出现与缓慢冷却过程中合金中发生的二次析出密切相关。二次 析出一方面形成了大量非常细小的团簇从而提高了合金的强度；另一方面冷却过程中合金 元素的充分析出又耗竭了基体合金元素，使合金的电导率升高、耐腐蚀性能改善。 0041 经缓慢加热+缓慢冷却工艺时效处理，7A85合金综合良好，与7A85-T74合金相当。 其中， 0.2 552MPa， b 530MPa，14.9，电导率为38.5IACS；并且该工艺仅耗 时8.5小时，少于T74工艺的10小时。该工艺下获得的综合性能与7A85-T74合金性能的 系统比较如图8所示。
15、。 0042 系统的实验表明，通过升冷却速率以及升冷却起始温度的协同控制，采用缓慢加 热-缓慢冷却时效工艺可以在很宽的工艺窗口下实现对合金组织的精细控制并获得良好 的综合性能。鉴于缓冷、缓热过程在大型构件的热处理过程中难于避免，所以缓冷-换热时 效工艺具有高度的可行性和重要的工程价值。 0043 (3)实施实3 0044 7A85铝合金的快速加热-缓慢冷却时效工艺 0045 将烘干箱的温度升高到190之后，将固溶淬火处理之后的7A85铝合金放入到程 序控温鼓风干燥箱中进行时效处理。试样放入烘干箱之后温度迅速升高到约190，之后以 程序控制炉温以10/h的冷却速率从195逐渐降低到100；之后出。
16、炉空冷。 0046 整个过程中升/冷却速率由干燥箱自身的温控系统自动控制。在不同温度时中断 时效过程、取出合金测了其硬度、电导率和强度。时效过程中合金硬度、电导率的变化变化 如图6所示，合金强度的变化如图7所示。由图6可知，测试表明，在缓慢冷却的过程中，合 金硬度和电导率均经历了缓慢升高的过程。在图7所示的强度、塑性曲线上同样可以观察 到冷却过程中合金强度的升高；在此过程中合金塑性有微小的下降。与上述缓慢加热-缓 慢冷却工艺相似，在快速加热-缓慢冷却过程中，合金机械性能的变化同样与缓慢冷却过 程中合金中发生的二次析出密切相关。 0047 测试表明，经快速加热+缓慢冷却工艺处理，7A85合金性能。
17、显著优于7A85-T74合 金。其中， 0.2 531MPa， b 554MPa，13.5，电导率为39.6IACS；并且该工艺 说 明 书CN 102400068 A CN 102400067 A 4/4页 6 耗时仅4.5小时，远远少于T74工艺的10小时。该工艺下获得的综合性能与7A85-T74合 金性能的系统比较如图8所示。 0048 通过图8所示的性能对比结果可见，通过缓慢加热-缓慢冷却、快速加热-缓慢冷 却两种时效处理工艺均可以获得与T74态相当或者更优的综合性能；尤其，这两类工艺均 很好的兼容了缓冷、缓热过程，且较T74工艺省时、节能。可见快速加热-缓慢冷却工艺一 方面充分挖掘了。
18、合金潜能，获得了高强、高韧、高耐蚀的良好综合性能，并且大幅度简化工 艺步骤、缩减了工艺时间，具有良好的综合特性。在本示例之外的系统研究表面，通过对快 速加热、缓慢冷却两个阶段的精细控制，可以在很大的工艺窗口内对合金的微观组织结构 实现快捷、精细的调控，并从而获得良好的综合性能。 0049 与现有技术相比，本发明技术方案的优点是： 0050 (1)与传统T74热处理工艺相比，非等温时效工艺在保证合金性能相当或者更优 的前提下，更省时、节能，且工艺操作简便。 0051 (2)铝合金非等温时效技术组织控制精细、易于与实际生产结合、工艺窗口宽阔， 其开发为兼容大型构件固有的缓冷-换热过程、获得良好的综合服役性能提供了有效的解 决方法，对要求大型构件整体制造的航空/航天工业尤其重要。 说 明 书CN 102400068 A CN 102400067 A 1/3页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102400068 A CN 102400067 A 2/3页 8 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102400068 A CN 102400067 A 3/3页 9 图6 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102400068 A 。