CN117230392A - 一种Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金的兼容热处理强化方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及铝合金热处理技术领域，具体涉及一种Al‑Mg‑Si系铝合金与Al‑Zn‑Mg系铝合金的兼容热处理强化方法，包括以下步骤：S1预备热处理；S2利用整体钎焊的“短时高温工序”对Al‑Zn‑Mg系合金进行“回归”处理，使整体钎焊后的Al‑Mg‑Si系铝合金与Al‑Zn‑Mg系铝合金实现时效处理时温度区间的重合；S3将整体钎焊后的产品进行兼容时效强化。本申请针对由Al‑Mg‑Si系与Al‑Zn‑Mg系两种铝合金材料通过整体钎焊工艺形成的铝合金产品，利用整体钎焊的“短时高温工序”对Al‑Zn‑Mg系铝合金进行回归处理，提高了其“再时效”的温度区间，实现了钎焊后两种铝合金材料时效处理温度区间的重合，解决了两种不同成分铝合金材料热处理强化制度的兼容性问题，使双合金产品中两种铝合金材料能够分别达到产品的性能要求。
Description
技术领域
本申请涉及铝合金钎焊工艺技术领域，特别是涉及一种Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金的兼容热处理强化方法。
背景技术
诸如闭式叶轮类铝合金产品的其中一种加工方法是通过变形铝合金的壳体件和铸造铝合金的复杂结构铸造件在高温场中通过整体钎焊工艺结合形成。其中，壳体件材料为Al-Mg-Si系铝合金，复杂结构铸造件材料为Al-Zn-Mg系铝合金。整体钎焊接后的复杂腔体铝合金件要求两种材料各自能够达到其标准要求的T6与T5态机械性能水平。
但由于Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金两种材料在焊接过程中存在整体钎焊的“短时高温工序”，受“短时高温工序”的热影响，两种材料的机械性能会明显降低，各自达不到其正常T6态与T5态性能水平，需要采用合适的热处理工艺以恢复各自的机械性能。相关技术中，对于Al-Mg-Si系铝合金的T6热处理强化制度为“T4态+时效”的热处理，而对于Al-Zn-Mg系铝合金的T5热处理强化制度为“F态+时效”的热处理。但是，铝合金各个合金系均具有特殊的合金成分设计，具有各自的热处理强化机制和热处理强化制度，尤其是时效热处理的温度存在较大的差异。Al-Mg-Si系铝合金通常最佳的T6时效温度在170-185℃，时效时间为6-12h；而Al-Zn-Mg系铝合金通常最佳的T5时效温度在115-130℃，时效时间为18-24h，两种材料的最佳时效热处理温度区间和时效热处理时间存在较大差异。
因此，针对由Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系两种铝合金两种材料组成的产品，经“短时高温工序”后，需要设计特殊的热处理强化制度，统一两种合金的热处理温度区间与热处理时间，以保证产品中的Al-Mg-Si系铝合金和Al-Zn-Mg系铝合金材料可以通过统一兼容热处理并保持各自的机械性能。
需要说明的是，公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是：针对由Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金两种不同铝合金材料通过整体钎焊工艺形成的复合类铝合金产品，由于受钎焊“短时高温工序”的影响而导致的材料机械性能下降，使两种铝合金材料各自达不到其标准T6态与T5态水平；同时，由于Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金材料各自的时效热处理强化温度和时效热处理时间存在较大差异，因此，未有合适的焊后时效热处理强化制度，能够同时满足两种铝合金材料时效温度区间与时效时间的兼容，以达到Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金标准T6态与T5态机械性能的问题，本申请提供一种Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg铝合金的兼容热处理强化方法，实现对经“短时高温工序”处理后的两种材料进行统一兼容性热处理强化，使两种材料各自满足产品要求的T6态与T5态标准机械性能水平，从而保证产品的强度。
为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：
一种Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金的兼容热处理强化方法，包括以下步骤：
S1 预备热处理：在整体钎焊的“短时高温工序”前，将Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金分别热处理至T4态和T5态；
S2固溶与回归处理：利用整体钎焊的“短时高温工序”和钎焊后的淬火工艺对Al-Zn-Mg系合金进行“回归”处理，使整体钎焊后的Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金实现时效处理时温度区间的重合，与此同时，保持Al-Mg-Si系铝合金的固溶处理；
S2兼容时效强化：将整体钎焊后的产品进行兼容时效强化。
进一步的，所述S2的具体步骤包括：将两种材料的配件统一置入595-605℃的焊接温度场中加热，保温60-420秒；工件出炉后利用水介质或油介质进行淬火，水温/油温5-35℃，Al-Mg-Si系铝合金完成固溶处理，Al-Zn-Mg系铝合金完成回归处理。
进一步的，所述S3的具体步骤包括：将产品加热至158-165℃，保温9-12h，出炉空冷，完成两种铝合金的兼容时效强化。
进一步的，所述Al-Mg-Si系铝合金为6082、6061或6005。
进一步的，所述Al-Zn-Mg系铝合金为ZL402。
进一步的，所述S2中的整体钎焊工艺为浸渍钎焊。
进一步的，完成S3后，所述Al-Mg-Si系铝合金的机械性能达到T6态标准水平，所述Al-Zn-Mg系铝合金的机械性能达到T5态标准水平。
进一步的，所述S2与S3之间的间隔时长≤3h。
本申请的有益效果是：在Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系双合金产品的整个热处理制度中，利用整体钎焊的“短时高温工序”对T5态Al-Zn-Mg系铝合金进行回归处理，提高了Al-Zn-Mg系合金的“再时效”温度区间，同时保持Al-Mg-Si系合金的T4态，实现了整体焊接后Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金进行时效处理时温度区间的重合，解决了Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金两种材料热处理强化制度的兼容性问题。再经过兼容时效强化，使Al-Mg-Si系和Al-Zn-Mg系双合金产品中两种材料能够分别达到产品要求的性能。
附图说明
图1根据本申请的一些实施例，示出了Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金的兼容热处理强化制度的示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本申请的技术特征和优点作更详细的说明，以使本申请的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本申请的实施例提供一种Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金的兼容热处理强化方法，在热处理制度设计时利用整体钎焊的“短时高温工序”对Al-Zn-Mg系铝合金进行“回归”处理，“回归”处理后，铝合金的“再时效”处理的温度区间会高于常规T6热处理制度的时效温度区间，从而实现整体钎焊后Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金时效处理温度区间的重合，解决了Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金两种材料热处理强化制度的兼容性问题，使由Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金两种铝合金材料通过整体钎焊工艺形成的复合铝合金产品通过本申请的兼容热处理强化后，其中的Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg铝合金能够分别达到正常T6态与T5态的机械性能，从而保证含两种铝合金材料的产品在整体钎焊后能够达到产品需要的机械性能。
本申请的兼容强化热处理方法，具体包括以下步骤：
S1 预备热处理：在整体钎焊的“短时高温工序”前，将Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金分别热处理至T4态和T5态，为Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金后续的“固溶与回归处理”做材料的热处理状态准备。
“回归处理”前通常需要使材料达到峰时效状态，因此需要在焊接前通过预备热处理将Al-Zn-Mg系铝合金热处理制T5态，从而提高了Al-Zn-Mg系合金的“再时效”温度区间；与此同时，由于“短时高温工序”的温度与时间参数难以实现对Al-Mg-Si系铝合金的T4态的充分固溶处理，因此需要在焊接前完成对Al-Mg-Si系铝合金T4态预备热处理；
而对于Al-Mg-Si系铝合金的T4预备热处理，可以将塑性加工后的壳体件采用成熟的固溶处理温度与保温工艺，充分固溶后进行水介质或油介质淬火，使工件达到T4的热处理状态。而对于Al-Zn-Mg系铝合金的T5预备热处理，可以将铸造态的铸造件采用成熟的时效加热温度与保温时间，使工件达到T5的热处理状态。
S2 固溶与回归处理：将两种铝合金材料的配件统一置入整体钎焊的焊接温度场中，通过“短时高温工序”实现两种材料的结合；工件出炉后利用水介质或油介质淬火，在此过程中，Al-Mg-Si系铝合金完成固溶处理，Al-Zn-Mg系铝合金完成回归处理；经过回归处理后，提高了Al-Zn-Mg系铝合金的时效温度区间，可以与Al-Mg-Si系铝合金的时效温度区间重合，即可进行下一步的兼容时效强化处理；
S3 兼容时效强化：将通过钎焊工艺结合的产品进行统一兼容时效热处理强化，使两种铝合金材料能够分别达到产品要求的性能。
整体式钎焊是一种金属连接工艺，通过焊接温度场将熔点低于被连接金属的填充金属（钎料）熔化，而被连接的基体金属则不熔化，利用填充金属液体与基体金属的亲和力和毛细作用实现金属的连接。根据加热方法和操作环境的不同，整体式钎焊工艺可以分为：火焰钎焊、感应钎焊、浸渍钎焊、真空钎焊、电阻钎焊和激光钎焊等等，每种钎焊方法都有其适用的场合和特点。本申请实施例的兼容强化热处理方法中，S2中的整体钎焊工艺采用浸渍钎焊工艺，浸渍钎焊是将被钎物件和钎料一同浸入熔融状态的钎剂加热至钎料熔化的工艺，适合于小件的大批量生产。
另外，由于Al-Mg-Si系铝合金经过回归处理后未及时进行时效强化热处理，会导致“停放效应”的发生，即合金回归处理后，停放超过3-4小时后，再进行时效强化热处理的话，合金的机械强度会出现明显的降低，导致材料的机械性能不合格的情况发生。因此，本申请实施例中，S2的固溶与回归处理步骤与S3的兼容时效强化步骤之间的间隔时长优选设置为不超过3h。
具体的，请参阅图1，为本申请实施例中Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金的兼容热处理强化制度的示意图。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。其中未注明具体技术或条件的，按照本领域通用条件或者技术进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。下述实施例和对比例中，固溶与回归处理步骤中的整体钎焊工艺均采用浸渍钎焊，固溶与回归处理步骤与兼容时效强化步骤之间的间隔时间均设定为3h。
实施例1
1、预备热处理：Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系两种配件分别选择6082与ZL402铝合金，并热处理处理至常规T4态与T5态，性能分别达到技术标准要求的Rm≥205MPa，RP0.2≥110MPa，A≥14%；与Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%；
2、固溶与回归处理：将两种合金配件置于595℃的浸渍钎焊盐浴炉内加热，保温420秒；出炉后工件采用水温35℃清水淬火，冷却至温度小于40℃，完成6082的固溶处理，ZL402合金的回归处理；
3、兼容时效强化：将含两种配件的工件加热至165℃，保温9h，完成兼容热处理强化处理。6082铝合金的机械性能达到T6态标准水平（Rm≥310MPa，RP0.2≥260MPa，A≥8%），ZL402铝合金的机械性能达到T5态标准水平（Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%）。
实施例2
1、预备热处理：Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系两种配件分别选择6082与ZL402铝合金，并热处理处理至常规T4态与T5态，性能分别达到技术标准要求的Rm≥205MPa，RP0.2≥110MPa，A≥14%；与Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%；
2、固溶与回归处理：将两种合金配件置于600℃的浸渍钎焊盐浴炉内加热，保温300秒；出炉后工件采用水温35℃清水淬火，冷却至温度小于40℃，完成6082的固溶处理，ZL402合金的回归处理；
3、兼容时效强化：将工件加热至160℃，保温11h，完成兼容热处理强化处理。6082铝合金的机械性能达到T6态标准水平（Rm≥310MPa，RP0.2≥260MPa，A≥8%），ZL402铝合金的机械性能达到T5态标准水平（Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%）。
实施例3
1、预备热处理：Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系两种配件分别选择6082与ZL402铝合金，并热处理处理至常规T4态与T5态，性能分别达到技术标准要求的Rm≥205MPa，RP0.2≥110MPa，A≥14%；与Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%；
2、固溶与回归处理：将两种合金配件置于605℃的浸渍钎焊盐浴炉内加热，保温60秒；出炉后工件采用水温35℃清水淬火，冷却至温度小于40℃，完成6082的固溶处理，ZL402合金的回归处理；
3、兼容时效强化：将工件加热至158℃，保温12h，完成兼容热处理强化处理。6082铝合金机械性能达到T6态标准水平（Rm≥310MPa，RP0.2≥260MPa，A≥8%），ZL402合金机械性能达到T5态标准水平（Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%）。
实施例4
1、预备热处理：Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系两种配件分别选择6061与ZL402铝合金，并热处理处理至常规T4态与T5态，性能分别达到技术标准要求的Rm≥180MPa，RP0.2≥110MPa，A≥15%；与Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%；
2、固溶与回归处理：将两种合金配件置于605℃的浸渍钎焊盐浴炉内加热，保温60秒；出炉后工件采用水温35℃清水淬火，冷却至温度小于40℃，完成6061的固溶处理，ZL402合金的回归处理；
3、兼容时效强化：将工件加热至158℃，保温12h，完成兼容热处理强化处理。6061铝合金机械性能达到T6态标准水平（Rm≥260MPa，RP0.2≥240MPa，A≥9%），ZL402合金机械性能达到T5态标准水平（Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%）。
实施例5
1、预备热处理：Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系两种配件分别选择6061与ZL402铝合金，并热处理处理至常规T4态与T5态，性能分别达到技术标准要求的Rm≥180MPa，RP0.2≥110MPa，A≥15%；与Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%；
2、固溶与回归处理：将两种合金配件置于595℃的浸渍钎焊盐浴炉内加热，保温420秒；出炉后工件采用水温35℃清水淬火，冷却至温度小于40℃，完成6061的固溶处理，ZL402合金的回归处理；
3、兼容时效强化：将工件同时加热至160℃，保温10h，完成兼容热处理强化处理。6061铝合金机械性能达到T6态标准水平（Rm≥260MPa，RP0.2≥240MPa，A≥9%），ZL402合金机械性能达到T5态标准水平（Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%）。
实施例6
1、预备热处理：Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系两种配件分别选择6005与ZL402铝合金，并热处理处理至常规T4态与T5态，性能分别达到技术标准要求的Rm≥180MPa，RP0.2≥90MPa，A≥15%；与Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%；
2、固溶与回归处理：将两种合金配件置于598℃的浸渍钎焊盐浴炉内加热，保温360秒；出炉后工件采用水温35℃清水淬火，冷却至温度小于40℃，完成6005的固溶处理，ZL402合金的回归处理；
3、兼容时效强化：将工件加热至158℃，保温12h，完成兼容热处理强化处理。6005铝合金机械性能达到T6态标准水平（Rm≥270MPa，RP0.2≥225MPa，A≥8%），ZL402合金机械性能达到T5态标准水平（Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%）。
实施例7
1、预备热处理：Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系两种配件分别选择6005与ZL402铝合金，并热处理处理至常规T4态与T5态，性能分别达到技术标准要求的Rm≥180MPa，RP0.2≥90MPa，A≥15%；与Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%；
2、固溶与回归处理：将两种合金配件置于600℃的浸渍钎焊盐浴炉内加热，保温300秒；出炉后工件采用水温35℃清水淬火，冷却至温度小于40℃，完成6005的固溶处理，ZL402合金的回归处理；
3、兼容时效强化：将工件加热至162℃，保温11h，完成兼容热处理强化处理。6005铝合金机械性能达到T6态标准水平（Rm≥270MPa，RP0.2≥225MPa，A≥8%），ZL402合金机械性能达到T5态标准水平（Rm≥235MPa，RP0.2≥170Mpa，A≥4%）。
将各个实施例中的Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系铝合金采用标准拉伸试样，应用万能材料试验机进行机械性能检测，结果列于下表：
表1 实施例1-7中两种铝合金材料的机械性能
对比例1-7为未经预备热处理步骤，Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系铝合金焊前分别为热塑性加工态与铸造态，经整体焊接“短时高温工序”后，再经与实施例1-7相同的兼容时效热处理后，产品性能列于下表，具体的整体焊接“短时高温工序”、时效处理及性能测试方法与相应的实施例一致。
表2 对比例1-7中两种铝合金材料的机械性能
结合实施例及对比例数据，可以看出，采用本申请实施例的兼容热处理制度，对Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系铝合金材料的统一处理后，实现了两种材料的同时分别达到了相应标准（EN 755-2和ASTM B26/B26M-12）要求的T6态与T5的机械性能，满足了产品应用需求。而观察相应对比例的机械性能则难以满足相应标准要求。因此，可以发现，本申请的热处理制度可满足Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系铝合金双材料产品的热处理需求，实现了对Al-Mg-Si系与Al-Zn-Mg系铝合金兼容性热处理，具有明显的技术创新性。
在本说明书的描述中，参考术语“一些实施方式”、“一些实施例”、“示例性地”、“示例”、“优选地”、或“进一步的”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金的兼容热处理强化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1 预备热处理：在整体钎焊的“短时高温工序”前，将Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金分别热处理至T4态和T5态；
S2回归处理：利用整体钎焊的“短时高温工序”和钎焊后的淬火工艺对Al-Zn-Mg系合金进行“回归”处理，使整体钎焊后的Al-Mg-Si系铝合金与Al-Zn-Mg系铝合金实现时效处理时温度区间的重合；
S3兼容时效强化：将整体钎焊后的产品进行兼容时效强化。
2.根据权利要求1所述的兼容热处理强化方法，其特征在于，所述S2的具体步骤包括：将两种材料的配件统一置入595-605℃的焊接温度场中加热，保温60-420秒；工件出炉后利用水介质或油介质进行淬火，水温/油温5-35℃，Al-Mg-Si系铝合金完成固溶处理，Al-Zn-Mg系铝合金完成回归处理。
3.根据权利要求1所述的兼容热处理强化方法，其特征在于，所述S3的具体步骤包括：将产品加热至158-165℃，保温9-12h，出炉空冷，完成两种铝合金的兼容时效强化。
4.根据权利要求1所述的兼容热处理强化方法，其特征在于，所述Al-Mg-Si系铝合金为6082、6061或6005。
5.根据权利要求1所述的兼容热处理强化方法，其特征在于，所述Al-Zn-Mg系铝合金为ZL402。
6.根据权利要求1所述的兼容热处理强化方法，其特征在于，所述S2中的整体钎焊工艺为浸渍钎焊。
7.根据权利要求1或3所述的兼容热处理强化方法，其特征在于，完成S3后，所述Al-Mg-Si系铝合金的机械性能达到T6态标准水平，所述Al-Zn-Mg系铝合金的机械性能达到T5态标准水平。
8.根据权利要求1所述的兼容热处理强化方法，其特征在于，所述S2与S3之间间隔时长≤3h。
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