本发明公开了一种时效硬化高强铝合金强韧耐蚀和去淬火应力的组合形变热处理工艺，通过预变形-预时效-再变形-再时效，调控时效硬化高强铝合金晶界附近无析出带和淬火残余应力，属于时效硬化高强铝合金形变热处理。
背景技术：
1、时效硬化高强铝合金具有较高的比强度和优良的加工性能，是航天航空、国防工业和交通运输领域的轻质高强主体结构材料。在服役过程中失效形式往往表现为沿晶腐蚀和断裂。发展新型形变热处理工艺抑制沿晶腐蚀和断裂，提升高强铝合金韧性和腐蚀抗力，具有重要意义。
2、在时效硬化高强铝合金中，沿晶腐蚀和断裂与晶界及其附近的时效析出行为密切相关，尤其是晶界附近无析出带和异常粗大的晶界析出相。因为无析出带缺乏析出相和固溶原子，其强度远小于晶粒内部，导致在服役过程中无析出带容易发生应变集中；同时，粗大晶界析出相容易形成微孔洞，加速了孔洞的合并和裂纹的扩展，引起晶间断裂，降低材料韧性。此外，粗大的晶界析出相锌和镁元素含量较高，具有较低的电位，通常作为阳极优先溶解，显著加剧高强铝合金的腐蚀开裂，降低腐蚀抗力。因此，急需改善晶界及其附近的时效析出行为，消除无析出带，减少晶界析出相尺寸，提高材料力学性能和抗腐蚀性能。
3、目前，调控时效析出行为的工艺常用的有多级时效和形变热处理。多级时效即高温时效与低温时效相结合，通过过时效形成粗大不连续的晶界析出相，减缓腐蚀过程阳极溶解的速度，提高腐蚀抗力。但过时效后合金强度牺牲严重，这种以牺牲强度提升抗腐蚀性能的方法，限制了过时效态合金的应用。
4、形变热处理是固溶淬火后进行单向拉伸或压缩，使材料发生均匀的宏观塑性变形，消除残余应力，引入位错调控后续时效过程中的晶界和晶内析出。由于固溶淬火后晶内和晶界附近均处于无析出状态，屈服强度一致，预变形后塑性变形和位错增殖均匀分布在晶内和晶界附近，同步促进后续时效过程中晶内和晶界附近的析出，仅降低晶界附近和晶内析出的差异，无法完全消除两者差异。发明专利“一种改善铝合金抗腐蚀性能的方法”(201711308896.x)提出双重形变热处理方法，即大变形量第一次冷变形(6-10％)、长时间第一次人工时效(12-24h)、第二次冷变形(0.5-2％)、第二次人工时效，可提升高强铝合金的晶间腐蚀抗力。实施表明，淬火后第一次冷变形量过大，易产生变形损伤；长时间第一次人工时效，析出过程已完成，晶界附近无析出带中的固溶原子已完成向晶界迁移析出，后续第二次冷变形虽可以引入位错和空位也无法在第二次人工时效中在晶界附近无析出带诱导析出相形核长大，晶界无析出带无法消除，难以改变晶界析出相富集现象，合金的抗腐蚀性能难以大幅度提高；此外，长时间第一次人工时效显著提升合金屈服强度，再进行第二次冷变形，会加剧合金损伤，影响合金的最终性能。
5、本发明人于2022年07月25日申请的专利申请号为“202210878757.5”，名称为“调控高强铝合金残余应力和性能的热振动时效方法及装置”的发明专利，采用短时预时效+大加速度热振动时效+再时效的热处理工艺，可以较好的消除残余应力和晶界附近无析出带，有效的提高了高强铝合金的冲击韧性和腐蚀抗力。其机理是：通过短时人工预时效，在晶界附件形成含有溶质原子的初生无析出带；然后，在时效温度下施加大加速振动，通过局部的振动源以机械波的方式对材料施加低于宏观屈服强度的交变应力，消减淬火残余应力；同时，由于预时效形成的晶界附近初生无析出带屈服强度远低于晶粒内部，使得合金受热振动作用在晶界附近初生无析出带集中发生微塑性变形，形成大量空位和位错促使析出相原位形核长大，消除晶界附近无析出带，使晶内和晶界附近析出相分布均匀，消除析出相在晶界的富集，从而大幅提升高强铝合金的冲击韧性和腐蚀抗力。但是，该工艺流程先对淬火合金进行短时人工预时效，提高了合金的屈服强度，使得后续振动施加低于宏观屈服强度的交变应力下不能彻底消除淬火残余应力。另一方面，振动是通过局部的振动源以机械波的方式传递应力，合金中的应力处于不均匀状态，导致各处应力分布不均匀，在应力过低处，合金几乎不产生微塑性变形，无法有效消除该处淬火残余应力和晶界附近无析出带，使得合金最终残余应力和组织性能分布不均匀。上述原因限制了预时效+大加速度热振动时效+再时效的热处理工艺的应用效果。
技术实现思路
1、针对上述工艺存在的问题，本发明的目的是提供一种高强铝合金强韧耐蚀和去淬火应力的组合形变热处理工艺，通过调整预时效时间、再变形的方式(单向拉伸、压缩或者循环变形)、热时效的保温温度和保温时间，消除时效硬化高强铝合金晶界无析出带、减少晶界析出相的富集，达到提升高强铝合金沿晶腐蚀抗力和断裂阻力以及充分消减淬火残余应力的目的，从而提高合金的塑性、韧性和耐蚀性。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
3、高强铝合金强韧耐蚀和去淬火应力的组合形变热处理工艺,是将固溶淬火后时效硬化高强铝合金依次进行预变形-预时效-再变形-再时效处理；
4、所述预变形的变形量≤4％；
5、所述预时效温度在105℃-170℃，时间10-120分钟；
6、所述再变形选择单次拉伸、压缩或循环拉压的变形方式，再变形应力≤高强铝合金预时效后的屈服强度；
7、所述高强铝合金是指7xxx、2xxx和6xxx系时效硬化高强铝合金，例如7085铝合金、2a14铝合金和6061铝合金。
8、所述预变形是将高强铝合金固溶淬火后在室温下进行宏观预变形，预变形量控制在0-4％，目的是低屈服强度合金淬火状态下有效消减淬火残余应力，同时避免损伤。
9、预变形根据不同材料采取下列不同变形方式：
10、①板材和型材：采取拉伸的预变形方式，通过在预拉伸机上进行拉伸变形；控制变形量为0-4％，优选为1-4％，更优选为2-3％；
11、②锻件：采取压缩预变形方式，通过在液压机上进行压缩变形；控制变形量为0-4％，优选为1-4％，更优选为2-3％；
12、③环件：采取胀形机径向胀形、液压机轴向或径向压缩变形方式，控制变形量为0-4％，优选为1-4％，更优选为2-3％；
13、所述预时效是将预变形后的高强铝合金在相应温度下进行短时人工预时效。预时效根据不同合金选取相应温度和时间：
14、7xxx系时效硬化铝合金预时效温度和时间为：105℃-125℃，10-60分钟；
15、2xxx系时效硬化铝合金预时效温度和时间为:153℃-162℃，1-2小时；
16、6xxx系时效硬化铝合金预时效温度和时间为：150℃-170℃，10-40分钟；目的是在晶界附近形成包含固溶原子的初生无析出带，同时避免溶质原子向晶界迁移；
17、将短时人工时效后的高强铝合金在室温下进行单向拉压或循环拉压的再变形，目的是集中在晶界附近的初生无析出带发生微塑性变形，形成大量空位和位错，为后续时效过程中析出相在初生无析出带原位形核长大创造条件；此外，进一步消减残余应力。
18、所述再变形根据不同材料采取下列不同变形方式。
19、1、高强铝合金板材或型材：采取单次拉伸、压缩或循环拉压的再变形方式。单次拉伸或压缩塑性变形量控制在2-4％，不包括2％；优选2-3％。；循环拉压应力控制在0.5～1.0倍预时效后的屈服强度，应力比为-1～1，频率控制在0.2-2hz，循环次数102-104；优选对称循环拉压方式，应力为0.6～0.8倍预时效后的屈服强度，优先频率为0.2～0.5hz，优选循环次数102-103；采用拉压循环加载装置实施循环拉压变形；
20、所述拉压循环加载装置包括底座、定位板、导向杆、滑板、液压油缸及活塞，所述导向杆至少为3根，一端垂直于底座上表面均匀分布并与底座上表面固定连接，另一端与定位板固定连接；所述滑板是上设有与所述导向杆数量、尺寸、位置相匹配的通孔，导向杆穿过滑板上的通孔将滑板滑动安装在底座与定位板之间；在所述底座上表面还安装有至少一个液压油缸及活塞，活塞的一端与所述滑板下表面固定连接，另一端延伸至液压油缸中将油缸内腔分隔成两个独立的油腔，在油缸的每一个油腔设有一个进、出油口；在所述底座上表面及滑板下表面个设有一个钳口。试验工件夹装在两个钳口上，通过调控油缸中两个油腔中液压油的压力驱动活塞往复运动，带动滑板沿导向杆往复运动，使夹装在两个钳口上的工件实现循环拉压变形。
21、2、高强铝合金锻件：采取单次压缩或循环压缩再变形方式。单次压缩塑性变形量控制在2-4％，不包括2％；优选2-3％。循环压缩在液压机或锤锻机上进行，应力控制在0.5～1.0倍预时效后的屈服强度，应力比为0～1,频率控制在0.2-2hz,循环次数102-104；优选循环压缩应力为0.6～0.8倍预时效后的屈服强度，优先频率为0.2～0.5hz，优选循环次数102-103。
22、3、高强铝合金环件：采取单次径向胀形或循环径向胀形-缩形的再变形方式。单次胀形塑性变形量控制在2-4％，不包括2％；优选2-3％。循环径向胀形-缩形的应力控制在0.5～1.0倍预时效后的屈服强度,应力比为-1～1,频率控制在0.2-2hz,循环次数102-104；优选应力为0.6～0.8倍预时效后的屈服强度，优先频率为0.2-0.5hz，优选循环次数102-103。此外，还可以采用单次轴向或径向压缩(分步或整体)、循环轴向或径向压缩的再变形方式。单次轴向或径向压缩(分步或整体)塑性变形量控制在2-4％，不包括2％；优选2-3％。循环轴向或径向压缩应力控制在0.5～1.0倍预时效后的屈服强度，应力比为0～1,频率控制在0.2-2hz，循环次数102-104；优选循环压缩应力为0.6～0.8倍预时效后的屈服强度，优先频率为0.2～0.5hz，优选循环次数102-103。上述循环应力作用方式包括但不限于液压、锤击、机械振动和电磁冲击。
23、环件径向循环胀形-缩形再变形通过胀形-缩形循环加载装置进行；所述胀形-缩形循环加载装置包括机座、环形胀缩块、液压驱动结构；所述机座横截面为圆形，上表面均布有多个沿径向的导向槽，中心设有液压驱动结构，在每一个导向槽中卡装有一个环形胀缩块，所述环形胀缩块上表面设有一弧形凹槽，卡装在导向槽中的所有环形胀缩块上的弧形凹槽构成一个同心圆；所述液压驱动结构中设有与环形胀缩块数量相同的液压油缸及活塞，每一个液压油缸的活塞一端与一个环形胀缩块内壁连接，另一端延伸至液压油缸中将油缸内腔分隔成两个独立的油腔，在油缸的每一个油腔设有一个进、出油口；试验环形工件卡装在环形胀缩块上的弧形凹槽中，通过调控油缸中两个油腔中液压油的压力驱动活塞往复运动，带动环形胀缩块沿导向槽往复运动，使卡装在环形胀缩块中的环形工件工件实现循环径向胀形-缩形变形。
24、将再变形后的铝合金进行再时效，再时效方式选自单级、双级、三级时效中的一种。目的是利用再变形在晶界附近的初生无析出带形成大量空位和位错的基础上，促使析出相原位形核长大，消除晶界附近无析出带，使晶内和晶界附近析出相分布均匀，消除析出相在晶界的富集，大幅提高合金的塑性、韧性和耐蚀性。再时效工艺参数为：
25、7xxx系时效硬化铝合金再时效工艺为：
26、单级时效，105℃-130℃/10-30小时；
27、双级时效，105℃-130℃/10-30小时，150℃-180℃，/1-10小时；
28、三级时效，105℃-130℃/10-30小时，150℃-180℃/1-10小时，105℃-130℃/10-30小时。
29、2xxx系时效硬化铝合金再时效工艺为:
30、单级时效，153℃-162℃/10-30小时；
31、双级时效，130℃-155℃/10-30小时，160℃-175℃/10-20小时。
32、6xxx系时效硬化铝合金再时效工艺为：
33、单级时效，155℃-190℃/5-20小时；
34、双级时效，155℃-180℃/5-20小时，170℃-200℃/1-10小时。
35、本发明高强铝合金强韧耐蚀和去淬火应力的组合形变热处理工艺，对高强铝合金在固溶淬火处理后，先在室温下进行宏观预变形，预变形量控制在1-4％，目的是低屈服强度合金淬火状态下有效消减淬火残余应力，同时避免损伤使材料产生塑性变形，消除淬火残余应力；随后进行短暂的人工预时效处理，在晶界附近形成含有一定浓度固溶原子的初生无析出带，同时避免溶质原子向晶界迁移；然后通过再变形使材料集中在晶界附近的初生无析出带发生微塑性变形，形成大量空位和位错，为后续时效过程中析出相在初生无析出带原位形核长大创造条件，同时进一步消减淬火残余应力，使残余应力保持在一个很低的水平；在后续时效中，利用再变形在晶界附近的初生无析出带形成大量空位和位错，可极大地降低析出相形核所需能量，促进晶界附近析出相析出并原位形核长大，消除晶界附近无析出带，使晶内和晶界附近析出相分布均匀，消除析出相在晶界的富集，大幅提高合金的塑性、韧性和耐蚀性，同时进一步消减淬火残余应力，使残余应力保持在一个很低的水平。本发明工艺方法简单、操作方便，可均匀降低残余应力和提升材料力学和抗腐蚀性能，适于工业化生产，对生产高强铝合金具有重要意义。
1.高强铝合金强韧耐蚀和去淬火应力的组合形变热处理工艺,其特征在于：将固溶淬火后时效硬化高强铝合金依次进行预时效-再变形-再时效处理；
2.根据权利要求1所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：
3.根据权利要求2所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：
4.根据权利要求3所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：
5.根据权利要求4所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：高强铝合金的再变形中，单次拉伸、单次压缩、循环拉压、循环压缩、单次径向胀形、单次径向压缩、循环径向胀形-缩形、循环轴向或径向压缩的变形量为2-4％，不包括2％。
6.根据权利要求5所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：循环拉压或循环胀形-缩形变形应力控制在0.5～1.0倍高强铝合金预时效后的屈服强度，应力比为-1～1,循环频率控制在0.2～2hz,循环次数102-104；循环压缩变形应力控制在0.5～1.0倍高强铝合金预时效后的屈服强度，应力比为0～1,循环频率控制在0.2-2hz,循环次数102-104。
7.根据权利要求4所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：高强铝合金板材或型材再变形采用拉压循环加载装置实施循环拉压变形；高强铝合金环件采用胀形-缩形循环加载装置进行径向循环胀形-缩形变形。
8.根据权利要求7所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：所述拉压循环加载装置包括底座、定位板、导向杆、滑板、液压油缸及活塞，所述导向杆至少为3根，一端垂直于底座上表面均匀分布并与底座上表面固定连接，另一端与定位板固定连接；所述滑板是上设有与所述导向杆数量、尺寸、位置相匹配的通孔，导向杆穿过滑板上的通孔将滑板滑动安装在底座与定位板之间；在所述底座上表面还安装有至少一个液压油缸及活塞，活塞的一端与所述滑板下表面固定连接，另一端延伸至液压油缸中将油缸内腔分隔成两个独立的油腔，在油缸的每一个油腔设有一个进、出油口；在所述底座上表面及滑板下表面个设有一个钳口。
9.根据权利要求7所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：所述胀形-缩形循环加载装置包括机座、环形胀缩块、液压驱动结构；所述机座横截面为圆形，上表面均布有多个沿径向的导向槽，中心设有液压驱动结构，在每一个导向槽中卡装有一个环形胀缩块，所述环形胀缩块上表面设有一弧形凹槽，卡装在导向槽中的所有环形胀缩块上的弧形凹槽构成一个同心圆；所述液压驱动结构中设有与环形胀缩块数量相同的液压油缸及活塞，每一个液压油缸的活塞一端与一个环形胀缩块内壁连接，另一端延伸至液压油缸中将油缸内腔分隔成两个独立的油腔，在油缸的每一个油腔设有一个进、出油口。
10.根据权利要求2-9任意一项所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：再时效选自单级、双级、三级时效中的一种。
11.根据权利要求12所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：
12.根据权利要求11所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：将固溶淬火后时效硬化高强铝合金进行预变形后依次进行预时效-再变形-再时效处理；
13.根据权利要求12所述的组合形变热处理工艺,其特征在于：高强铝合金板材或型材的预变形采用拉伸变形方式；高强铝合金锻件预变形采用压缩变形方式；高强铝合金环件预变形采用径向胀形变形方式或采用轴向或径向压缩变形方式；所述高强铝合金预变形量控制在1-4％。
