CN101206167A

CN101206167A - 一种适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法

Info

Publication number: CN101206167A
Application number: CNA2006101653424A
Authority: CN
Inventors: 朱宝宏; 张永安; 王�锋; 刘红伟; 熊柏青
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-06-25

Abstract

一种适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，包括：(1)在生产高强变形铝合金厚板中，将铝合金铸锭经过热轧制成厚板件，板件的厚度不低于50mm；(2)从铝合金厚板上取试样，进行固溶热处理，然后进行端面淬火；(3)从淬火端面开始，沿厚度方向，以5～10mm为一层面，测量距离淬火端面不同层面处的硬度值，并绘制成曲线，观察每一硬度测量层面的显微组织结构特征；(4)根据步骤(3)中所测试结果，确定热轧后的铝合金厚板在生产中的固溶热处理制度，时效热处理工艺。采用本发明的方法，可以对铝合金厚板的淬透性进行有效地分析；有利于优化热处理工艺。

Description

一种适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法

技术领域

本发明涉及一种高强变形铝合金厚板淬透性的检测方法。

背景技术

7000系高强铝合金是一种典型的时效强化铝合金。合金在时效前需要进行固溶处理。固溶处理的充分与否对后续的时效热处理有着重要的影响。由于铝合金导热系数高，散热快，因此传统的铝合金结构件不存在淬透性的问题。但是，航空航天工业的快速发展，要求采用整块7000系超高强铝合金厚板作为承力件来替代传统的铆接件。因此，7000系高强铝合金和钢一样面临着一个淬透性的问题。合金板材厚度越厚，淬透性问题越严重。因此，检测铝合金厚板的淬透性对于该系列合金厚板在航空航天工业上的应用至关重要。

所谓铝合金的淬透性，是指合金经过固溶处理后在淬火过程中保持固溶组织的能力。铝合金的导热系数高，当板材厚度小于60mm时，合金在淬火过程中一般都能获得完全的固溶组织，而不会产生“淬不透”的现象。随着合金板材厚度的增加，在固溶后的淬火过程中，板材的心部很可能出现淬不透的现象，从而影响后续的时效过程和合金的力学性能。

目前国内外对铝合金厚板的淬透性的研究很少，没有形成有效地方法，也没有相应的国家标准可以遵循。

发明内容

本发明的目的就在于提出一种适用于检测高强变形铝合金厚板淬透性的方法。

为了实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，该方法包括下述步骤：

(1)、在生产高强变形铝合金厚板中，将铝合金铸锭经过热轧制成厚板件，板件的厚度不低于50mm；

(2)、从铝合金厚板上取试样，进行固溶热处理，然后进行端面淬火；

(3)、从淬火端面开始，沿厚度方向，以5～10mm为一层面，测量距离淬火端面不同层面处的硬度值，并绘制成曲线，观察每一硬度测量层面的显微组织结构特征；

(4)、根据步骤(3)中所测试结果，确定热轧后的铝合金厚板在生产中的固溶热处理制度，时效热处理工艺。

在所述的步骤(2)的端面淬火过程中，淬火介质采用水、油和有机物水溶性淬火介质中的任一种，淬火介质由下至上垂直喷射至试样端面且流量足够大。

在所述的步骤(2)中，在进行固溶热处理后，样品从固溶炉转移到淬火台并开启淬火介质的时间不超过5秒钟。

在所述的步骤(2)中，在从铝合金厚板上取试样过程中，是沿着铝合金厚板厚度方向取一直径为45～60mm的圆柱状样品，其中，圆柱状样品的圆柱高度等于铝合金厚板厚度。

在所述的步骤(3)中，样品的不同层面的选取是采用线切割的方法，是将圆柱状样品切割为若干个等高的圆柱片，其中，圆柱状样品的高度等于若干个等高的圆柱片的高度之和；切割的表面也即硬度测量表面，每个硬度测量表面经多次测量取平均值。

在所述的步骤(3)中的观察硬度测量层面过程中，是采用金相显微镜或者电子显微镜进行观察。

本发明所检测的高强变形铝合金可以是(5～10)％Zn含量的高强铝合金，按重量百分比计，该合金成分为Zn 5～10wt％，Mg 1.8～2.8wt％，Cu 1.2～2.0％，Fe＜0.05wt％，Si＜0.05wt％，其余为Al。本发明所检测的高强变形铝合金也不局限于上述铝合金。

固溶处理是提高7000系高强铝合金性能的一种重要的手段，因此判断固溶处理进行的程度，即“淬透性”，对于选择合适的淬火介质，改进热处理工艺，提高合金厚板的淬透性有着重要意义。本发明针对高合金化的高强变形铝合金厚板的淬透性进行了大量的研究工作，获取了一定的试验数据，研究结果表明，采用本发明的的检测方法，能够比较有效地判断合金的淬透性，从而确定热轧后的铝合金厚板在生产中的固溶热处理制度，时效热处理工艺；并且判断不同淬火介质对合金淬透性的影响规律。

本发明的一种适用于检测高强变形铝合金厚板的淬透性方法的优点在于：

(1)操作简单易行。

(2)可以有效地判断合金的淬透性，有利于优化热处理工艺。

附图说明

图1(a)是厚度为50mm的7B04铝合金厚板固溶处理后经水淬后的硬度曲线；图1(b)是厚度150mm厚的7B04铝合金厚板固溶处理后经水淬后的硬度曲线。

图2是150mm厚的7B04铝合金厚板淬火端面和距离淬火端面120mm处的显微组织的照片。其中，图2(a)是150mm厚的7B04铝合金厚板距离淬火端面120mm处的显微组织的照片；图2(b)是150mm厚的7B04铝合金厚板淬火端面的显微组织的照片。

图3是沿着铝合金厚板厚度方向取圆柱状样品的示意图。

图4是切割圆柱状样品示意图。

图5是将圆柱状样品切割为相同高度的圆柱体的示意图。

具体实施方式

本发明主要包括以下步骤：

(1)将铝合金铸锭经过热轧成为一定厚度的厚板材料(≥50mm)；

(2)沿铝合金厚板厚度方向取一直径为50mm的圆柱状样品；

(3)将圆柱状样品放入固溶炉内进行固溶处理；

(4)固溶完毕后，将样品迅速转移到淬火台进行固定，并同时打开已经调节好的淬火介质。要求淬火介质在样品下方自下而上喷向样品的一个端面，且淬火介质不会飞溅到样品其他部位。

(5)样品冷却以后，自淬火端面开始，沿高度方向，每5～10mm测量材料硬度值，并绘制成曲线；要求测量面光滑。

(6)每测量一层硬度值，将切下来的薄片加工成透射电镜样品，观察合金随着淬火深度的增加的组织变化规律。

实施例1：

该实施例是检测7B04铝合金厚板，7B04铝合金厚板是常用来制造飞机结构件，检测该合金厚板的淬透性对于保证飞机的安全有着重要意义。

在生产7B04铝合金厚板中，将7B04铝合金铸锭经过热轧制成厚板件，7B04铝合金厚度分别为50mm和150mm。下面的过程是对这两块7B04铝合金厚板分别进行取试样，进行固溶热处理，然后进行端面淬火，测量距离端面不同层面处的硬度值，并绘制成曲线，观察每一硬度测量层面的显微组织结构特征。

取试样过程：在从铝合金厚板上取试样过程中，是沿着铝合金厚板厚度方向取一直径为50mm的圆柱状样品。如图3所示，沿着铝合金厚板1的厚度方向取一直径为50mm的圆柱状样品2，其中，圆柱状样品2的圆柱高度等于铝合金厚板1的厚度。

固溶热处理过程：在固溶炉中对样品进行固溶，固溶制度采用450℃下固溶3小时。

端面淬火过程：将样品从固溶炉转移到淬火台并开启淬火介质的时间为4秒钟，淬火介质采用水，淬火介质-水由下至上垂直喷射至试样端面且流量足够大。

测量距离淬火端面不同距离处的层面硬度值过程并绘制成曲线：从淬火端面开始，沿圆柱体样品2的轴向、以5mm为间隔，测量距离淬火端面不同距离处的层面的硬度值。如图3所示，从50mm厚的铝合金厚板1上截取圆柱状样品2，圆柱状样品的直径为50mm，高为50mm。如图4所示，圆柱体样品2的最下端面为淬火端面，以淬火端面为最基准，每h高度线切割截取一段，将圆柱体样品2切割为10个具有相同h高度的圆柱片，每个圆柱片的h高度为5mm(图4为示意图，图画出4个圆柱片，实为10个圆柱片)；如图4所示，圆柱状样品2的不同层面的选取是采用线切割的方法，每条切割线8之间的距离是相等的，等于h；并且每个圆柱片的h高度(5mm)之和等于圆柱状样品2的高度，也即铝合金厚板1的厚度。同样的，将150mm厚的铝合金厚板的圆柱状样品(直径为50mm)切割为30个圆柱片(每个圆柱环的高度为5mm)。如图5所示，切割面4、5、6、7等也即硬度测量表面，每个硬度测量表面经5次测量取平均值，并绘制成曲线。图1(a)是厚度为50mm的7B04铝合金厚板固溶处理后经水淬后的硬度曲线；图1(b)是厚度150mm厚的7B04铝合金厚板固溶处理后经水淬后的硬度曲线。由图1可看出，在水流量足够大的条件下，50mm厚的合金厚板可以得到较好的淬透性，而150mm厚的合金厚板则随着厚度的增加，淬透性降低。

观察每一硬度测量层面的显微组织结构特征：采用金相显微镜或者电子显微镜进行观察，图2是150mm厚的7B04铝合金厚板端淬面和距离端淬面120mm处的显微组织[图2(a)的照片所示]比较，可以发现，端淬面处的合金基体相对比较“干净”，没有发生固溶相重新析出的现象；而在距离端淬面120mm处[图2(b)的照片所示]，合金不能完全获得淬火组织，晶粒内部存在着析出相。

根据以上分析结果，可以得出结论：对于150mm厚板，经过固溶处理后的淬火，不能达到完全淬透的效果。因此，在实际生产中，对于生产150mm厚板要改进固溶热处理制度，以提高合金厚板的淬透性。

由于水的淬火能力要高于油和有机物水溶性淬火介质，因此可以推断采用油和水溶性淬火介质淬火后的材料的淬透性均小于水。

Claims

1.一种适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)的端面淬火过程中，淬火介质采用水、油和有机物水溶性淬火介质中的任一种，淬火介质由下至上垂直喷射至试样端面且流量足够大。

3.根据权利要求1或2所述的适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，在进行固溶热处理后，样品从固溶炉转移到淬火台并开启淬火介质的时间不超过5秒钟。

4.根据权利要求3所述的适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，在从铝合金厚板上取试样过程中，是沿着铝合金厚板厚度方向取一直径为45～60mm的圆柱状样品，其中，圆柱状样品的圆柱高度等于铝合金厚板厚度。

5.根据权利要求4所述的适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，样品的不同层面的选取是采用线切割的方法，是将圆柱状样品切割为若干个等高的圆柱片，其中，圆柱状样品的高度等于若干个等高的圆柱片的高度之和；切割的表面也即硬度测量表面，每个硬度测量表面经多次测量取平均值。

6.根据权利要求5所述的适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中的观察硬度测量层面过程中，是采用金相显微镜或者电子显微镜进行观察。

7.根据权利要求1所述的适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，其特征在于：所述的高强变形铝合金为(5～10)％Zn含量的高强铝合金，按重量百分比计，该合金成分为Zn 5～10wt％，Mg 1.8～2.8wt％，Cul.2～2.0％，Fe＜0.05wt％，Si＜0.05wt％，其余为Al。