專利名稱：一種耐晶間腐蝕的高Mg含Er 鋁合金冷軋板材的熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于有色金屬技術領域,具體涉及一種改善高Mg含Er招合金冷軋板材耐晶間腐蝕性能的穩(wěn)定化退火工藝，該工藝在不明顯降低合金強度的同時，顯著改善合金的耐晶間腐蝕性能。
背景技術：
Al-Mg系合金廣泛應用于航空、航天及交通運輸?shù)阮I域，提高合金強度且保證其耐腐蝕性能一直是Al-Mg系合金研究的核心問題。Al-Mg合金屬于不可熱處理強化的變形鋁合金，其強化手段主要依靠鎂(Mg)原子固溶強化和冷作硬化。Al-Mg合金的強度隨Mg含量的增大而提高，但Mg質量百分含量超過3. 5 %時，合金即使在室溫下長期服役過程中，也會由于基體中過飽和的Mg減少而發(fā)生時效軟化，強度下降，而且易于沿晶界連續(xù)析出β相 (Mg2Al3)形成晶間網(wǎng)膜，造成嚴重的晶間腐蝕和應力腐蝕。冷作硬化主要是通過冷加工提高合金的強度，但冷變形量越大，合金的形變儲能越高，熱力學上越不穩(wěn)定，因此對Mg含量較高的冷變形Al-Mg合金必須進行穩(wěn)定化退火處理，使其力學性能保持穩(wěn)定，控制β相質點的析出位置、分布形態(tài)使β相在晶界不連續(xù)析出，從而改善合金的長期耐晶間腐蝕性能。由于以上兩種強化手段有限，為了滿足船舶艦艇等領域對Al-Mg系合金力學性能不斷提高的要求，Al-Mg系合金得到進一步研究開發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)微合金化能有效提高合金的力學性能。近年來研究發(fā)現(xiàn)添加微量Er到鋁合金中，可以細化晶粒，可在合金基體中形成細小彌散的析出相，釘扎位錯，提高合金的力學性能。Al-Mg系合金通過微合金化,再進行適當?shù)睦渥冃魏头€(wěn)定化退火工藝的結合,可使其強度較高且穩(wěn)定，耐晶間腐蝕性能良好，其優(yōu)良的綜合性能可以保證產(chǎn)品長期運行穩(wěn)定性及使用安全性。目前國內(nèi)外對5052、5754、5083合金的熱處理工藝研究較多，尤其是 Η116，Η2η，Η3η狀態(tài)。但是對于大冷變形的高Mg含Er鋁合金板材的穩(wěn)定化退火工藝鮮見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決高Mg鋁鎂系合金耐長期晶間腐蝕性能較差這一問題，通過穩(wěn)定化退火熱處理，使合金在保持較高強度的同時，具有良好的耐長期晶間腐蝕性能。本發(fā)明所提供的一種耐晶間腐蝕高Mg含Er鋁合金冷軋板材的熱處理工藝，高Mg 含Er鋁合金熱軋板，其各組分質量百分含量分別為Mg 5.8% -6. 8%,Mn 0.4% -O. 8%,Er O. 15% -O. 25%,Zr O. 15% -O. 25%，不可避免雜質含量< 4%，余量為Al，包括以下步驟I)合金熱軋板經(jīng)中間退火后進行冷精軋，最終冷變形量為75% -90%。2)對步驟I)所得高Mg含Er鋁合金冷軋板進行穩(wěn)定化退火，退火溫度為 2350C _245°C，保溫時間3. 5-4小時，空冷至室溫。步驟I)中間退火工藝優(yōu)選為350°C /2h后進行冷精軋，冷精軋工藝優(yōu)選控制每道次壓下量在10% _25%，最終冷變形量為75% -90%。本發(fā)明技術方案的優(yōu)點在于本發(fā)明對合金成分進行了優(yōu)選，在Al-Mg合金中添加了微量元素Mn、Zr、Er，提高了合金的組織性能穩(wěn)定性。微量Er的添加使合金在隨后的工藝加熱過程中析出細小的 Al3Er次生相，釘扎位錯，細化晶粒，增強合金冷作硬化的效果。通過對高Mg含Er鋁合金冷軋板在100°C _245°C溫度范圍內(nèi)，每隔20°C或25°C選取溫度進行退火，并且在同一退火溫度下分別進行不同時間的退火處理，這一處理可消除合金冷變形后的殘余應力，降低位錯密度，使合金強度保持較高且穩(wěn)定。但更重要的是，本發(fā)明在此基礎上對退火溫度和時間進一步篩選限定，避免β相在晶界上的連續(xù)析出，降低了合金中晶界和晶內(nèi)的電勢差，從而在保持合金強高強度的同時明顯提高合金的耐晶間腐蝕性能?？傊?，本發(fā)明所述的高Mg含Er鋁合金冷軋板的穩(wěn)定化退火工藝，使合金保持較高強度的同時，具有良好的耐長期晶間腐蝕性能，保證產(chǎn)品長期服役過程中運行的穩(wěn)定性及使用安全性，是一種很有應用前景的熱處理制度。


圖
圖
圖
圖
圖
圖
圖
圖
圖
圖
下
具體實施例方式對比例II)以高Mg含Er招合金20mm厚熱軋板為例，化學成分Mg 6. 4%, Mn O. 4%, Er O. 25%, Zr O. 2%，不可避免雜質含量< 4%，余量為Al。對合金熱軋板進行350°C中間退火，保溫2小時，空冷至室溫。2)對步驟I)所得高Mg含Er鋁合金板材進行多次冷精軋，控制每道次壓下量在 10% -25%左右，冷變形量75% -90%。3)采用箱式退火爐(溫度誤差為±5°C )對步驟2)所得合金冷軋板不同溫度下退火，保溫時間I小時，空冷至室溫。測試冷軋板顯微硬度隨退火溫度的變化，如圖I所示。 由圖I硬度曲線可以看出，合金的再結晶起始溫度為250°c，合金250°C退火態(tài)對應的硬度值為121HV。為保證合金的力學性能，在以下實施例中選取250°C以下的溫度對冷軋板進行退火處理。對比例2步驟I)，步驟2)同對比例I。3)對合金冷軋板在100°C下進行不同時間的退火處理。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準ASTM G67(硝酸浸泡失重法)對合金冷軋態(tài)和不同退火態(tài)進行晶間腐蝕實驗，以浸泡前后合金單位面積失重評定材料的晶間腐蝕敏感性。其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖2所示。對比例3步驟I)，步驟2)同對比例I。3)對合金冷軋板在125°C下進行不同時間的退火處理。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準ASTM G67(硝酸浸泡失重法)對合金125°C不同退火態(tài)進行晶間腐蝕實驗，其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖3所示。對比例4步驟I)，步驟2)同對比例I。3)對合金冷軋板在150°C下進行不同時間的退火處理。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準ASTM G67(硝酸浸泡失重法)對合金150°C不同退火態(tài)進行晶間腐蝕實驗，其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖4所示。對比例5步驟I)，步驟2)同對比例I。3)對合金冷軋板在175°C下進行不同時間的退火處理。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準ASTM G67(硝酸浸泡失重法)對合金175°C不同退火態(tài)進行晶間腐蝕實驗，其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖5所示。對比例6步驟I)，步驟2)同對比例I。3)對合金冷軋板在200°C下進行不同時間的退火處理。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準ASTM G67(硝酸浸泡失重法)對合金200°C不同退火態(tài)進行晶間腐蝕實驗，其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖6所示。對比例7步驟I),步驟2)同對比例I。3)對合金冷軋板在220°C下進行不同時間的退火處理。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準ASTM G67(硝酸浸泡失重法)對合金220°C不同退火態(tài)進行晶間腐蝕實驗，其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖7所示。實施例I步驟I)，步驟2)同對比例I。3)對合金冷軋板在240°C下進行不同時間的退火處理。根據(jù)美國材料試驗協(xié)會標準ASTM G67(硝酸浸泡失重法)對合金240°C不同退火態(tài)進行晶間腐蝕實驗，其單位面積失重隨退火時間的變化曲線如圖8所示。由圖2-圖8可以看出，合金在100°C _220°C退火處理后其腐蝕失重隨退火時間的延長而增加，其耐晶間腐蝕性能降低。與其他退火溫度相比，合金在240°C下其失重出現(xiàn)了不同的變化趨勢。在退火O. 5小時內(nèi)，合金失重急劇增大到腐蝕敏感區(qū)后隨時間延長再降低，退火3. 5小時后其失重急劇降低至lmg/cm2，且隨時間延長至24小時都趨于穩(wěn)定，一直處于耐晶間腐蝕區(qū)，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐晶間腐蝕性能。根據(jù)圖2-圖8合金不同退火溫度和不同退火時間處理后的晶間腐蝕實驗結果， 繪制了高Mg含Er鋁合金冷軋板不同退火態(tài)晶間腐蝕敏感性的溫度-時間曲線和合金耐晶間腐蝕區(qū)、晶間腐蝕敏感區(qū)及再結晶區(qū)分布圖，如圖9所示。由圖9可以看出，合金在 150°C -220°C退火處理后其耐晶間腐蝕性能顯著降低，此溫度區(qū)間為合金的晶間腐蝕敏化溫度，因此在合金熱處理工藝設計中和使用過程中應避免。合金100°C退火態(tài)的耐晶間腐蝕性能稍好于150°C -220°C退火態(tài)，但隨退火時間延長至3小時后合金仍出現(xiàn)了晶間腐蝕敏感性，而合金在240°C下極短退火時間(O. 11小時)處理雖然出現(xiàn)了晶間腐蝕敏感性，但隨退火時間延長至3. 5-24小時后處于耐晶間腐蝕區(qū)，表現(xiàn)出非常優(yōu)異的耐晶間腐蝕性能。由實驗結果可預測若進一步提高退火溫度(位于再結晶區(qū))，合金仍具有優(yōu)異的耐晶間腐蝕性能，但合金開始發(fā)生再結晶，力學性能會大幅下降。因此240°C為合金的最佳穩(wěn)定化退火溫度。由于實施例中所采用的退火爐的系統(tǒng)溫度誤差為±5°C，所以發(fā)明提供的耐晶間腐蝕的高Mg含Er鋁合金冷軋板的最佳穩(wěn)定化退火溫度區(qū)間為235°C -245°C。實施例2步驟I)，步驟2)同對比例I。3)對高Mg含Er鋁合金冷軋板在240°C下進行不同時間的退火處理。測試冷軋板在240°C下其顯微硬度隨退火時間的變化，如圖10所示。由圖10硬度曲線可以看出，合金經(jīng)240°C退火O. 25小時后其硬度有較大降低，由150HV降低到130HV，隨退火時間進一步延長緩慢降低最后趨于穩(wěn)定。為了保證冷變形合金240°C穩(wěn)定化退火后的力學性能仍保持較高水平，需確定穩(wěn)定化退火時間。由對比例I可知，合金冷軋板開始再結晶的臨界硬度值為121HV，而合金240°C /4小時退火態(tài)的硬度值與之對應，如圖10中虛線所示。因此3. 5-4 小時是耐晶間腐蝕的高Mg含Er鋁合金冷軋板的最佳穩(wěn)定化退火時間。綜上所述，本發(fā)明提供的235°C _245°C溫度區(qū)間內(nèi)退火3. 5-4小時是75% -90% 冷變形的高Mg含Er鋁合金板材的最佳穩(wěn)定化退火工藝，在顯著提高合金耐長期晶間腐蝕性能的同時還能使合金具有較高的力學性能，利于產(chǎn)品長期運行穩(wěn)定性及使用安全性。
權利要求
1.一種耐晶間腐蝕高Mg含Er鋁合金冷軋板材的熱處理工藝，高Mg含Er鋁合金熱軋板，其各組分質量百分含量分別為Mg 5.8% -6. 8%, Mn O. 4% -O. 8%, ErO. 15% -O. 25%, Zr O. 15% -O. 25%，不可避免雜質含量< 4%，余量為Al，其特征在于，包括以下步驟(1)高Mg含Er鋁合金熱軋板經(jīng)中間退火后進行冷精軋，最終冷變形量為75%-90% ；(2)對步驟⑴所得高Mg含Er鋁合金冷軋板進行穩(wěn)定化退火，退火溫度為 2350C _245°C，保溫時間3. 5-4小時，空冷至室溫。
2.按照權利要求I的工藝，其特征在于，中間退火工藝優(yōu)選為350°C/2h后進行冷精軋，冷精軋工藝優(yōu)選控制每道次壓下量在10% _25%，最終冷變形量為75% -90%。
全文摘要
一種耐晶間腐蝕高Mg含Er鋁合金冷軋板材的熱處理工藝，屬于有色金屬技術領域，它解決了高Mg的鋁鎂合金冷軋板材耐長期晶間腐蝕性能差的問題。高Mg含Er鋁合金熱軋板，其各組分質量百分含量分別為Mg 5.8％-6.8％，Mn0.4％-0.8％，Er 0.15％-0.25％，Zr 0.15％-0.25％，不可避免雜質含量＜4％，余量為Al，合金熱軋板經(jīng)中間退火后進行冷精軋，最終冷變形量為75％-90％；對鋁合金冷軋板進行穩(wěn)定化退火，退火溫度為235℃-245℃，保溫時間3.5-4小時，空冷至室溫。該工藝在不明顯降低合金強度的同時，顯著改善合金的耐晶間腐蝕性能。
文檔編號C22C21/06GK102586707SQ201210065948
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權日2012年3月13日
發(fā)明者文勝平, 聶祚仁, 邵蕊, 高坤元, 黃暉 申請人:北京工業(yè)大學