專利名稱：一種用于減小變形鋁合金淬火殘余應(yīng)力，改善合金性能的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于減小變形鋁合金淬火殘余應(yīng)力，改善合金性能的熱處理方法，適用于熱處理可強(qiáng)化鋁合金板材生產(chǎn)，有色金屬材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用變形方法(軋制、擠壓、鍛造)生產(chǎn)的可熱處理強(qiáng)化鋁合金(6X X X、2X X X、7XXX)材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，是航空航天、交通運(yùn)輸領(lǐng)域廣泛使用的輕質(zhì)材料。變形鋁合金材料的微結(jié)構(gòu)特征是在鋁基體上形成彌散分布的納米/亞微米第二相，鋁基體的晶粒大小、取向分布與第二相的種類、數(shù)量、形態(tài)均會(huì)影響該類材料的強(qiáng)度等性能。一方面， 上述材料中起強(qiáng)化作用的第二相需經(jīng)過(guò)合適的固溶一淬火一時(shí)效等熱處理工藝才能形成，另一方面，在固溶熱處理時(shí)，由于材料中變形儲(chǔ)能的釋放，基體組織會(huì)發(fā)生回復(fù)/再結(jié)晶，從而影響基體的晶粒大小與取向分布。目前，可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金材料生產(chǎn)與應(yīng)用遇到的一個(gè)難題是材料淬火處理時(shí)會(huì)引入極大的殘余應(yīng)力，當(dāng)具有殘余應(yīng)力的材料加工成零件時(shí)，材料的切除打破了內(nèi)應(yīng)力的原有平衡狀態(tài)，達(dá)到一個(gè)新平衡狀態(tài)，從而導(dǎo)致零件變形和扭曲，不僅降低零件的精度，嚴(yán)重時(shí)致使零件報(bào)廢，而且降低零件疲勞壽命、耐蝕性等應(yīng)用性能。消除軋制、擠壓、鍛造鋁合金材料淬火殘余應(yīng)力的傳統(tǒng)方法主要有預(yù)拉伸和預(yù)壓縮兩種，即在淬火處理結(jié)束后，對(duì)材料進(jìn)行預(yù)拉伸或預(yù)壓縮，使淬火材料發(fā)生3 5%左右的塑性變形，從而消減殘余應(yīng)力，預(yù)拉伸或預(yù)壓縮后進(jìn)行時(shí)效處理，可得到強(qiáng)度高、殘余應(yīng)力低的高性能鋁合金材料。其相關(guān)的流程為變形(軋制、擠壓、鍛造)一固溶一淬火一預(yù)拉伸(或預(yù)壓縮)一時(shí)效。但預(yù)拉伸法僅能用于形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱好的板材或型材，并且需要增加拉伸機(jī)等設(shè)備；而預(yù)壓縮法盡管能用于非規(guī)則形狀構(gòu)件，但需要特定的壓模，在工程實(shí)際應(yīng)用中，需要較高的成本。當(dāng)采用預(yù)拉伸或預(yù)壓縮消減鋁合金材料淬火殘余應(yīng)力時(shí)，由于板材芯層與表層的組織不均勻性引起的屈服強(qiáng)度差異會(huì)降低消減殘余應(yīng)力的效果。由于鋁合金板材經(jīng)軋制變形后會(huì)形成大量第二相，板材的屈服強(qiáng)度較高，故一般固溶前不對(duì)板材進(jìn)行校形處理。一般的“軋制-固溶-淬火-預(yù)拉伸(或預(yù)壓縮)_時(shí)效”處理流程，淬火后板材的翹曲度是淬火后內(nèi)應(yīng)力引起的翹曲與淬火前翹曲的疊加，板材翹曲太大會(huì)降低預(yù)拉伸或預(yù)壓縮消減殘余應(yīng)力的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于減小變形鋁合金淬火殘余應(yīng)力，改善合金性能的熱處理方法，該方法的目的在于通過(guò)固溶淬火后整平板材，在進(jìn)行二次淬火時(shí)效，有效降低鋁合金板材的殘余應(yīng)力，提高板材力學(xué)性能以及板材成品質(zhì)量。本發(fā)明的目的通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)。一種用于減小變形鋁合金淬火殘余應(yīng)力，改善合金性能的熱處理方法，對(duì)變形處理后的鋁合金板材進(jìn)行固溶淬火，淬火后沿板材豎直的厚度方向進(jìn)行整平，整平后的板材再進(jìn)行二次固溶淬火，二次淬火后對(duì)板材進(jìn)行時(shí)效。所述的方法，所述的進(jìn)行整平時(shí)的壓下量為鋁合金板材總厚度的O. 5-2%。所述的方法，進(jìn)行整平的壓下時(shí)每次的壓下量為鋁合金板材總厚度的O. 5%。所述的方法，所述的固溶淬火的方式為采用空氣爐固溶后放入水中水淬，或者采用鹽浴爐固溶后放入水中水淬，或者采用空氣爐固溶后再使用輥底爐噴淋水淬。所述的方法，在二次淬火后，再對(duì)板材進(jìn)行預(yù)變形處理，然后進(jìn)行時(shí)效。所述的方法，所述的預(yù)變形處理為對(duì)鋁合金板材在水平的板材延伸方向上進(jìn)行預(yù)拉伸處理或者對(duì)鋁合金板材在豎直的厚度方向上進(jìn)行預(yù)壓縮處理。所述的方法，所述的對(duì)鋁合金板材在水平方向上的預(yù)拉伸處理或者在豎直方向上 的預(yù)壓縮處理的變形量分別為水平總長(zhǎng)度的1-8%或豎直總厚度的1_8%。所述的方法，鋁合金板材厚度為10_200mm。所述的方法，第一次固溶溫度為470_530 °C，時(shí)間2_4h，第一次固溶溫度為470-530°C，時(shí)間 2-4h。本發(fā)明在處理中有以下考慮通過(guò)增加形變熱處理工藝，利用第一次固溶一淬火后板材強(qiáng)度降低的特性，進(jìn)行校形處理，只需O. 5^2%的變形量就可使板材平直，在板材變得平直的條件下，進(jìn)行第二次固溶一淬火處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于鋁合金板材兩次淬火處理間進(jìn)行了校平處理，第二次淬火后板材的翹曲主要受淬火內(nèi)應(yīng)力的影響，故翹曲度大幅度減小，使二次淬火后的殘余應(yīng)力大幅度降低；板材實(shí)際經(jīng)歷了兩次固溶處理，延長(zhǎng)了軋制板材中第二相被加熱的時(shí)間，第二相充分固溶，可以從數(shù)微米量級(jí)降至亞微米量級(jí)，有利于時(shí)效處理時(shí)形成數(shù)量更多的析出強(qiáng)化相，使強(qiáng)度提高；由于二次固溶處理，使表層與中心層的組織充分再結(jié)晶，與一般流程的表層與芯層組織相比，本發(fā)明所獲板材的表層與芯層組織分布更加均勻，降低了由于板材表層與芯層組織與屈服強(qiáng)度不同在淬火過(guò)程中造成的新的內(nèi)應(yīng)力不均勻性，有利于降低板材第二次淬火后的殘余應(yīng)力。提供了一種可不增加工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、方便使用的降低鋁合金板材淬火殘余應(yīng)力的方法。采用本發(fā)明處理的可熱處理強(qiáng)化鋁合金板材，與常規(guī)成形方法相比，殘余應(yīng)力降低至少35%，室溫拉伸強(qiáng)度提高至少5%。本發(fā)明殘余應(yīng)力測(cè)試采用鉆孔應(yīng)變釋放法，按照CB3395-1992測(cè)量板材的殘余應(yīng)力。室溫拉伸實(shí)驗(yàn)按照國(guó)標(biāo)GB/T228-2002制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，拉伸實(shí)驗(yàn)在CSS-44100萬(wàn)能材料力學(xué)拉伸機(jī)上進(jìn)行，拉伸速度為2mm/min。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖I為本發(fā)明處理樣品流程圖；圖2不同處理后合金TEM明場(chǎng)像照片，其中a未經(jīng)本發(fā)明處理，b為經(jīng)本發(fā)明處理對(duì)比可以明顯看出析出相從微米量級(jí)降至亞微米量級(jí)；圖3常規(guī)處理板材SEM照片，其中a為芯部，b為表面；圖4經(jīng)本發(fā)明處理后板材SEM照片，其中a為芯部，b為表面。對(duì)比圖3、4可以明顯看出本發(fā)明處理后合金組織均勻性大大提高。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明各實(shí)施例中室溫拉伸試驗(yàn)采用GB/T228-2002，進(jìn)行本發(fā)明要求處理后，分別沿板材軋向、橫向割取樣品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。并用抗拉強(qiáng)度極限ob、延伸率δ表征合金室溫力學(xué)性能。對(duì)于厚板割取表面與芯部樣品進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)。按照CB3395-1992測(cè)量板材的殘余應(yīng)力。本發(fā)明的實(shí)施例A/B/C與對(duì)比實(shí)施例D/E/F所采用的鋁合金成分如下
合金元素(質(zhì)量百分比) Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Ti Cr Al O ZO 0.65 0.89 0.29 0.21 0.05 0.06 0.35 O. 10 余量實(shí)施例IA鋁合金鑄錠熱軋機(jī)軋制后，板材在空氣加熱爐內(nèi)采用525° C/4h制度進(jìn)行第一次固溶處理，固溶處理結(jié)束后20秒內(nèi)水淬，待板材溫度降低至50° C以下后從水池中取出并晾干，用輥式板材校直機(jī)進(jìn)行2%壓下量校平處理。將校平的板材在電阻爐內(nèi)采用525° C/2h制度進(jìn)行第二次固溶處理，然后進(jìn)行第二次淬火處理后時(shí)效。實(shí)施例2B鋁合金鑄錠熱軋機(jī)軋制后，板材在鹽浴爐內(nèi)采用525° C/2h制度進(jìn)行第一次固溶處理，固溶處理結(jié)束后20秒內(nèi)水淬，待板材溫度降低至50° C以下后從水池中取出并晾干，用輥式板材校直機(jī)進(jìn)行1%壓下量校平處理。將校平的板材在鹽浴爐內(nèi)采用525° C/2h制度進(jìn)行第二次固溶處理后，預(yù)拉伸總長(zhǎng)度的2%，然后進(jìn)行第二次淬火處理后時(shí)效。實(shí)施例3C 鋁合金鑄錠熱軋機(jī)軋制后，板材在輥底爐內(nèi)采用525° C/4h制度進(jìn)行第一次固溶處理，固溶處理結(jié)束后采取輥底爐淬火，待板材溫度降低至50° C以下后從水池中取出并晾干，用輥式板材校直機(jī)進(jìn)行2%壓下量校平處理。將校平的板材在輥底爐內(nèi)采用525° C/2h制度進(jìn)行第二次固溶處理后，預(yù)壓縮4%，然后進(jìn)行第二次淬火處理后時(shí)效。對(duì)比實(shí)施例ID鋁合金鑄錠熱軋機(jī)軋制后，板材在空氣加熱爐內(nèi)采用525° C/4h制度進(jìn)行第一次固溶處理，固溶處理結(jié)束后20秒內(nèi)水淬，待板材溫度降低至50° C以下后從水池中取出并晾干進(jìn)行時(shí)效。對(duì)比實(shí)施例2E鋁合金鑄錠熱軋機(jī)軋制后，板材在鹽浴爐內(nèi)采用525° C/2h制度進(jìn)行第一次固溶處理，固溶處理結(jié)束后20秒內(nèi)水淬，待板材溫度降低至50° C以下后從水池中取出并晾干預(yù)拉伸總長(zhǎng)度的2%，然后進(jìn)行時(shí)效處理。對(duì)比實(shí)施例3F鋁合金鑄錠熱軋機(jī)軋制后，板材在輥底爐內(nèi)采用525° C/4h制度進(jìn)行第一次固溶處理，固溶處理結(jié)束后采取輥底爐淬火，待板材溫度降低至50° C以下后從水池中取出并晾干，預(yù)壓縮厚度的5%，然后進(jìn)行時(shí)效處理。
本發(fā)明的實(shí)施例G與對(duì)比實(shí)施例H所采用的Al-Cu-Mg (2XXX)鋁合金成分如下
權(quán)利要求
1.一種用于減小變形鋁合金淬火殘余應(yīng)力，改善合金性能的熱處理方法，其特征在于，對(duì)變形處理后的鋁合金板材進(jìn)行固溶淬火，淬火后沿板材豎直的厚度方向進(jìn)行整平，整平后的板材再進(jìn)行二次固溶淬火，二次淬火后對(duì)板材進(jìn)行時(shí)效。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的進(jìn)行整平時(shí)的壓下量為鋁合金板材總厚度的O. 5-2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進(jìn)行整平的壓下時(shí)每次的壓下量為鋁合金板材總厚度的O. 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的固溶淬火的方式為采用空氣爐固溶后放入水中水淬，或者采用鹽浴爐固溶后放入水中水淬，或者采用空氣爐固溶后再使用輥底爐噴淋水淬。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在二次淬火后，再對(duì)板材進(jìn)行預(yù)變形處理，然后進(jìn)行時(shí)效。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的預(yù)變形處理為對(duì)鋁合金板材在水平的板材延伸方向上進(jìn)行預(yù)拉伸處理或者對(duì)鋁合金板材在豎直的厚度方向上進(jìn)行預(yù)壓縮處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的對(duì)鋁合金板材在水平方向上的預(yù)拉伸處理或者在豎直方向上的預(yù)壓縮處理的變形量分別為水平總長(zhǎng)度的1-8%或豎直總厚度的1_8%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，鋁合金板材厚度為10-200mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，第一次固溶溫度為470-530°C，時(shí)間2_4h，第一次固溶溫度為470-530°C，時(shí)間2-4h。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于減小變形鋁合金淬火殘余應(yīng)力，改善合金性能的熱處理方法。本發(fā)明的關(guān)鍵在于采用一種合理的變形-固溶淬火-整平-固溶淬火制度，適用于變形鋁合金板材，其內(nèi)容如下采用常規(guī)制度固溶后水淬，清潔淬火處理后的板材表面的淬火介質(zhì)，對(duì)板材厚度方向施加0.5～2%的變形，使板材平直，將平直的板材重新放入加熱爐內(nèi)進(jìn)行二次固溶淬火，固溶淬火仍采用常規(guī)制度固溶后水淬，淬火后進(jìn)行0-8%預(yù)變形后時(shí)效，進(jìn)一步消減淬火殘余應(yīng)力。利用本發(fā)明，可以利用合理的雙重淬火工藝促使合金厚度方向上組織、織構(gòu)均勻從而在保持機(jī)械性能的前提下有效降低殘余應(yīng)力。與常規(guī)固溶時(shí)效方法相比，殘余應(yīng)力至少減少35%，室溫拉伸強(qiáng)度提高至少5%，該工藝方法操作簡(jiǎn)單，節(jié)約成本，易于在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。
文檔編號(hào)C22F1/057GK102965603SQ20121042793
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者鄧運(yùn)來(lái), 李志威, 楊金龍, 李美春, 萬(wàn)里, 李鑫 申請(qǐng)人:鄧運(yùn)來(lái)