CN101509114B - 提高铝合金材料淬透深度的淬火方法 - Google Patents

提高铝合金材料淬透深度的淬火方法 Download PDF

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Abstract

提高铝合金材料淬透深度的淬火方法包括下述步骤：首先，将铝合金材料加热至淬火温度；然后，分两步将冷却介质喷射至铝合金材料表面进行淬火；第一步，自铝合金材料的淬火温度至其表面层温度降至140～160℃时，喷射的冷却介质的压力为0.4～1MPa、流量密度为5～15L/(m2·s)；第二步，自铝合金材料的表面层温度为140～160℃降至室温，喷射的冷却介质的压力为0.01～0.25MPa、流量密度为20～250L/(m2·s)。本发明工艺方法简单、操作使用方便、能有效提高铝合金材料淬透深度，适于工业化应用，为铝合金材料的热处理强化，提供了一条有效的途径；特别适用于铝合金大规格材料与构件的淬火冷却。

Description

提高铝合金材料淬透深度的淬火方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料的淬火方法，特别是指一种提高铝合金材料淬透深度的淬火方法，属于有色金属材料及其热加工领域。
背景技术
为达到减重增效的目的，制造业对高性能铝合金材料的需求量迅速增长，通过热处理提高铝合金材料的性能是高性能铝材发展的重要技术方向。固溶-淬火-时效是铝合金热处理技术的基本工序，通过固溶-淬火处理，使合金元素在铝基体中处于过饱和状态，为时效阶段析出起强化作用的第二相创造条件。如果不能在一定的冷却速度下将铝合金材料冷却到其时效温度以下，在淬火过程中就会产生非控制的第二相析出，不利于时效强化。对于淬火冷却方向上厚度5mm以上的铝合金材料(如轧制板材、挤压型材)或构件(如锻件，机加工件)，淬火冷却方向上不同厚度层的冷却温度场不同会引起大规格铝材与构件性能产生严重的波动。现有技术为提高铝合金材料淬透性，改善铝合金材料淬火后性能的稳定性，通常是将铝合金材料或构件放入表面换热效率高的冷却介质池中淬火或采用向铝合金材料表面喷射冷却介质的方法淬火，这样，虽然能在一定程度上提高铝合金材料的淬透性，改善铝合金材料淬火后性能的稳定性；但由于上述方法未能按照铝合金材料表面传热效率与表面层温度之间的规律进行操作，导致铝合金材料淬透性提高不太明显，并且，淬火后性能波动仍然比较大，影响铝合金材料的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、操作使用方便、能有效提高铝合金材料淬透深度的淬火方法。
本发明---提高铝合金材料淬透深度的淬火方法包括下述步骤：
A、将铝合金材料加热至淬火温度；
B、分两步将冷却介质喷射至铝合金材料表面进行淬火；
1、第一步，自铝合金材料的淬火温度至其表面温度降至140～160℃时，喷射冷却介质的压力为0.4～1MPa、流量密度为5～15L/(m2·s)，持续时间为2～10秒；
2、第二步，自铝合金材料的表面层温度为140～160℃降至室温，喷射的冷却介质的压力为0.01～0.4MPa、流量密度为20～250L/(m2·s)。
本发明--提高铝合金材料淬透深度的淬火方法中，所述冷却介质为水。
本发明的优点及工作原理简述于下：
专利申请人的大量研究表明，采用喷射冷却介质对铝合金材料进行冷却，当铝合金材料表面层温度高于约150℃时，铝合金表面会生成大量的气泡而形成气膜，从而降低铝合金材料表面的换热效率；而当铝合金材料表面层温度低于约150℃之后，在铝合金材料表面形成气膜的可能性大大降低；本发明根据铝合金材料表面换热效率与表面层温度之间的关系，采用分两步喷射压力、流量密度不同的冷却介质的工艺方法，在铝合金于淬火温度至表面层温度降至150℃时，采用喷射压力较高、流量密度较小的冷却介质的方法，利用冷却介质较高的压力，有效地冲破铝合金材料表面产生的大量气膜，从而提高表面换热效率；而当铝合金表面层温度降至150℃以下时，则采用喷射压力较小，流量密度较大的冷却介质的方法，利用大量的冷却介质从铝合金表面带走热量，从而使铝合金材料的整体温度得到迅速降低，实现铝合金淬火的目的；本发明由于采用上述工艺方法，根据铝合金材料表面传热效率与表面层温度之间的关系，结合铝合金材料淬火冷却方向上的厚度情况，适时(2～10秒)调整冷却介质的压力、流量，从而，有效改善铝合金材料表面传热效率，进而提高铝合金材料淬透深度。综上所述，本发明工艺方法简单、操作使用方便、能有效提高铝合金材料淬透深度，适于工业化应用，为铝合金材料的热处理强化，提供了一条有效的途径；特别适用于铝合金大规格材料与构件的淬火冷却。
附图说明
附图是铝合金材料淬透深度的硬度与距离关系曲线图；
具体实施方式
参见附图，淬透深度具体测量方法：将经淬火处理的试棒按设定的温度与时间进行时效，剖开棒，在偏离中心轴线不大于10mm范围内沿轴向进行硬度测量；记录测试点硬度和测试点与所述内凹面的距离，建立硬度(H)与距离(D)坐标，将记录数据反映到所述坐标中，绘出硬度与距离关系曲线(H-D曲线1)，取H-D关系图所示最高硬度下降10％的硬度值作为标准，用水平线2绘在H-D曲线上，得到与H-D曲线相交的一个交点3，该交点对应的距离d即为淬透深度。硬度测量设备为HV-5维氏硬度计，测量参数为：3公斤载荷，保压15秒。
下述实施例1-3是本发明的实施例，实施例4-5是对比实施例。试件直径为100mm，高度为200mm。
实施例采用的合金编号及其名义成分(重量百分比)如表1。
表1；
Figure G2009100429656D00031
实施例采用的合金编号及其固溶加热与时效制度如表2。
表2；
Figure G2009100429656D00032
实施例1：A合金，第一阶段在被喷射表面上按5L/(m2·s)的流量密度、0.4MPa的压力喷水，持续喷水时间为2～10秒；第二阶段在被喷射表面上按20L/(m2·s)的流量密度、0.01MPa的压力喷水，直到该铝合金试样冷至室温；淬火后按表2制度时效，剖开试样棒，在试样棒的中心轴线偏离不大于10mm范围内沿轴向进行硬度测量，将测量的数据记录下来绘出H-D曲线1；以最高硬度值下降10％的值绘一水平线2，该水平线与H-D曲线有一交点3，与该交点对应的d为46mm，即淬透深度为46mm，见附图。
实施例2：B合金，第一阶段在被喷射表面上按15L/(m2·s)的流量密度、1MPa的压力喷水，持续喷水时间为2～10秒；第二阶段在被喷射表面上按250L/(m2·s)的流量密度、0.4PMa的压力喷水，直到该铝合金试样冷至室温；淬火后按表2制度时效，测得的淬透深度为78mm。
实施例3：C合金，第一阶段在被喷射表面上按10L/(m2·s)的流量密度、0.7MPa的压力喷水，直持续喷水时间为2～10秒；第二阶段在被喷射表面上按150L/(m2·s)的流量密度、0.2MPa的压力喷水，直到该铝合金试样冷至室温；淬火后按表2制度时效，测得的淬透深度为95mm。
实施例4：A合金，在被喷射表面上按10L/(m2·s)的流量密度、0.7MPa的压力喷水，直到该铝合金试样冷至室温；淬火后按表2制度时效，测得的淬透深度为36mm。
实施例5：B合金，在被喷射表面上按150L/(m2·s)的流量密度、0.2MPa的压力喷水，直到该铝合金试样冷至室温；淬火后按表2制度时效，测得的淬透深度为56mm。
将实施例1-3与实施例4-5的淬透深度进行比较，可知本发明的淬火方法可明显提高铝合金棒的淬透深度。

Claims (4)

1.提高铝合金材料淬透深度的淬火方法，包括下述步骤：
A、将铝合金材料加热至淬火温度；
B、分两步将冷却介质喷射至铝合金材料表面进行淬火；
1)第一步，自铝合金材料的淬火温度至其表面层温度降至140～160℃时，喷射的冷却介质的压力为0.4～1MPa、流量密度为5～15L/(m2·s)，持续时间2～10秒；
2)第二步，自铝合金材料的表面层温度为140～160℃降至室温，喷射的冷却介质的压力为0.01～0.4MPa、流量密度为20～250L/(m2·s)。
2.根据权利要求1所述的提高铝合金材料淬透深度的淬火方法，其特征在于：所述分两步将冷却介质喷射至铝合金材料表面进行淬火；
1)第一步，自铝合金材料的淬火温度至其表面层温度降至140～160℃时，喷射的冷却介质的压力为0.6～0.8MPa、流量密度为8～12L/(m2·s)，持续时间2～10秒；
2)第二步，自铝合金材料的表面层温度为140～160℃降至室温，喷射的冷却介质的压力为0.1～0.3MPa、流量密度为80～200L/(m2·s)。
3.根据权利要求1所述的提高铝合金材料淬透深度的淬火方法，其特征在于：分两步将冷却介质喷射至铝合金材料表面进行淬火；
1)第一步，自铝合金材料的淬火温度至其表面层温度降至140～160℃时，喷射的冷却介质的压力为0.7～1Pa、流量密度为10L/(m2·s)，持续时间2～10秒；
2)第二步，自铝合金材料的表面层温度为140～160℃降至室温，喷射的冷却介质的压力为0.2MPa、流量密度为140L/(m2·s)。
4.根据权利要求1所述的提高铝合金材料淬透深度的淬火方法，其特征在于：所述冷却介质为水。
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