一种提高Al-Cu-Mg-Ag-Mn-Zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法与流程

本发明涉及铝合金，尤其涉及一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法。

背景技术：

1、近年来，随着航空工业的不断发展，对作为轻量化航空结构材料的耐热铝合金提出了更高的要求。航空结构件在高速飞行的同时受到温度和载荷作用，要求耐热铝合金在高温下能够承受较高应力，同时能够在高温下较低应力服役时达到上百小时而不发生断裂。

2、al-cu-mg-ag-mn-zr系合金是目前耐热变形铝合金的重要研究方向。该系合金主要通过纳米级析出相ω相进行强化。ω相能够钉扎位错同时高温度稳定性较好，可以为合金在室温和高温下提供稳定的强化作用。为了获取更多的ω相，该系合金加入较多的cu、mg和ag等合金元素。

3、但由于该系合金的合金化程度较高，在工业化半连续铸造过程中容易形成大量的粗大过剩相，严重影响了合金的高温拉伸和持久性能。同时该系合金在变形加工后具有较细的晶粒，同样不利于合金的高温拉伸和持久性能。这些问题限制了al-cu-mg-ag-mn-zr耐热变形铝合金的应用。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，用以解决现有方法制备的al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能不好，应用范围受限等问题中的至少一个。

2、第一方面，本发明提供了一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，包括如下步骤：

3、(1)将al-cu-mg-ag-mn-zr合金变形件，从室温升温至360～400℃，第一次保温处理；

4、(2)将步骤(1)保温处理后的变形件升温至510～530℃，第二次保温处理；

5、(3)将步骤(2)保温处理后的变形件升温至540～560℃，第三次保温处理，冷却至室温，得到铝合金坯料。

6、进一步的，步骤(1)中，升温速率为100～200℃/h。

7、进一步的，步骤(1)中，保温时间为4～12h。

8、进一步的，步骤(2)中，升温速率为30～60℃/h。

9、进一步的，步骤(2)中，保温时间为2～4h。

10、进一步的，步骤(3)中，升温速率为1～10℃/h。

11、进一步的，步骤(3)中，保温时间为4～8h。

12、进一步的，所述的方法还包括步骤(4)，将所述的铝合金坯料进行时效处理，得到al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金。

13、进一步的，时效处理中加热温度为160～190℃，保温时间为4～24h。

14、第二方面，本发明提供了一种上述方法制备的al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金。

15、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

16、(1)本发明的方法通过三步固溶热处理工艺，第一步固溶热处理的温度较低，可消耗变形态合金的储能，搭配合理的升温速率，可实现减少再结晶形核驱动力的目的，从而避免合金的晶粒细化；第二步固溶热处理的温度和传统的单步固溶热处理温度一致，可消除低熔点相，提高合金的初熔点，搭配合理的升温速率，可将加热温度继续升高；第三步固溶热处理在不发生过烧的前提下使用尽量高的固溶温度，可增加过剩相的相变驱动力和合金元素的扩散能力，从而加大过剩相回溶基体的程度，同时温度的提高还可以使基体晶粒发生进一步粗化，使合金获得了较传统单步固溶热处理方法更为优异的高温拉伸和持久性能；

17、(2)本发明的方法在多步固溶热处理后继续通过人工时效处理获得了未损失室温拉伸性能的al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金，该热处理流程容易实现，可有效适用于al-cu-mg-ag-mn-zr体系制品的工业化生产；这是因为通过本发明的固溶热处理后，回溶的合金元素在后续时效工艺中以纳米强化相的形式再次析出，能够抵消晶粒粗化对合金室温强度的不利影响，使合金同样具有较高的室温拉伸性能。通过本发明处理后的合金能够在高温较高应力条件下短时间使用和在高温较低应力条件下长时间使用。

18、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，其特征在于，步骤(1)中，升温速率为100～200℃/h。

3.根据权利要求2所述的一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，其特征在于，步骤(1)中，保温时间为4～12h。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，其特征在于，步骤(2)中，升温速率为30～60℃/h。

5.根据权利要求4所述的一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，其特征在于，步骤(2)中，保温时间为2～4h。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，其特征在于，步骤(3)中，升温速率为1～10℃/h。

7.根据权利要求6所述的一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，其特征在于，步骤(3)中，保温时间为4～8h。

8.根据权利要求1所述的一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，其特征在于，所述的方法还包括步骤(4)，将所述的铝合金坯料进行时效处理，得到al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金。

9.根据权利要求8所述的一种提高al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，其特征在于，时效处理中加热温度为160～190℃，保温时间为4～24h。

10.一种权利要求8或9方法制备的al-cu-mg-ag-mn-zr变形合金。

技术总结
本发明涉及一种提高Al‑Cu‑Mg‑Ag‑Mn‑Zr变形合金高温拉伸和持久性能的多步固溶热处理方法，属于铝合金技术领域，用以解决现有方法制备的Al‑Cu‑Mg‑Ag‑Mn‑Zr变形合金高温拉伸和持久性能不好，应用范围受限等问题中的至少一个。本发明的方法通过三步固溶热处理工艺后，获得较小尺寸的过剩相和较粗的基体晶粒，确保合金具有优异的高温拉伸和持久性能。同时，回溶的合金元素增加了后续时效析出的效果，使合金也具有较高的室温拉伸性能。通过本发明处理后的合金能够在高温较高应力条件下短时间使用和在高温较低应力条件下长时间使用。

技术研发人员：王金三,肖纳敏,韩凯,沙爱学,李兴无,何维维
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23