CN102888576A - 一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理方法 - Google Patents
一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理方法，包括下述步骤：（1）固溶处理，处理温度为530℃，保温时间为30min；（2）等径角挤压冷变形（ECAP）：将固溶后的2618铝合金加工成条状试样，进行1道次冷挤压变形；（3）短时再结晶退火：再结晶退火温度为530℃，保温时间5~30min；（4）时效处理，时效温度为200℃，保温时间5~20h。本发明对2618耐热铝合金采用固溶处理—冷变形—短时再结晶—时效处理，这种新型形变热处理工艺操作简单方便，能制备出晶粒组织细小、综合力学性能良好的2618耐热铝合金。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时改善耐热铝合金的强度、塑性和断裂韧性的新型形变热处理工艺，特别是指一种2618耐热铝合金的形变热处理工艺。属于金属材料形变热处理工艺技术领域。
背景技术
2618耐热铝合金是一种通过添加合适含量的Fe、Ni元素以引进金属间化合相Al9FeNi相的Al-Cu-Mg系合金。这种合金属于可热处理的合金，因其良好的高强轻质性能和耐热性能而广泛应用于航空航天业和汽车工业。一直以来，为提高2618合金的室温和高温性能，2618合金生产厂家及有关研究单位进行了诸如合金化及确定合理的合金化元素的含量、优化该合金的热处理工艺及微合金化等方面的研究工作。专利CN 101245430A“一种耐热性Al-Cu-Mg-Ag合金”公开了通过调整Al-Cu-Mg-Ag系合金中各微量元素的含量及比例，使该合金获得细小弥散的强化组织，从而使合金具有优异的室温力学性能、高温持久性能、高温短时拉伸性能和良好的长时间热暴露后的组织与力学性能。专利CN200710034858.X、CN200710192544.2、CN2007100360721.1中公开了采用稀土元素进行微合金化处理，使铸态Al-Cu-Mg-Ag合金晶粒细化，然后再进行热挤压及固溶时效处理，可改善合金的时效析出过程，提高该合金的耐热性能，但由于热挤压变形后合金的晶粒仍较粗大，合金的力学性能提高有限。目前，在市场上销售的国产2618合金虽在成分上与国外发达的没有太大差异，但在力学性能上仍存在一定差距，一些重大军工项目需求的高质量2618耐热铝合金仍依赖进口。已有的研究报道表明，提高2168耐热铝合金强度和耐热性的措施和手段都不同程度地降低该合金的塑性和韧性。因此充分挖掘2618耐热铝合金的潜力，在保证其室温塑性和韧性的基础上、大幅度提高该合金的强度和耐热性是一种必然趋势，具有很强的现实意义和使用价值。
发明内容
本发明的目的是，针对2618耐热铝合金、提供了一种固溶处理—变形—短时再结晶—时效处理的新型形变热处理工艺，制备综合力学性能良好的2618耐热铝合金。
一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理工艺方法，包括以下步骤：
A.固溶处理:将2618耐热铝合金进行固溶处理，固溶温度为530 
，保温时间为30min;
B.等径角冷挤压（ECAP）:将A步骤中得到的2618耐热铝合金材料，加工成条状试样，进行等径角冷挤压变形；
C.短时再结晶退火:将B步骤中所得到的冷挤压变形试样加热至530
，保温5~30min后取出空冷；
D.时效处理:将C步骤中得到的试样加热到200
，保温5~20h，取出空冷。
上述方法中所述A步骤中将试样放入盐浴炉中加热，温度误差不超过
2
。
所述B步骤中，在WE-30型300kN液压式万能试验机上用ECAP模具进行变形，压下速度约为
。ECAP模具内角
，外角
。
所述B步骤等径角挤压过程中采用MoS2做润滑剂。
所述C步骤中将B步骤中的挤压变形试样在SK2-4-10型管式电阻炉中加热至530
，保温5~30min后取出空冷。
铝合金经过固溶时效处理后可以明显提高其强度，采用普通的形变热处理可进一步提高铝合金的抗拉强度，但是其塑性和韧性明显降低。等径角挤压后材料由于高的位错密度，晶界滑移和晶粒细化使材料的屈服强度得到一定程度的提高，但是经过一般的热处理工艺处理后，会发生再结晶和晶粒长大，从而失去其强韧化作用。如果在变形后进行时效处理，虽然合金的强度有所提高，但是合金的延伸率明显下降。
使用本发明的新型形变热处理工艺既能保留冷变形强化作用，又能有效细化铝合金的晶粒组织，在提高铝合金强度的同时能保证其具有较高的塑性和韧性，即使铝合金具有更好的综合力学性能。
固溶处理使得铝合金中的第二相得以溶解在基体中，冷挤压变形能产生高密度的位错，在固溶温度下进行短时再结晶退火能使铝合金得到细小的晶粒组织而不析出第二相，从而不影响随后的时效强化效果。时效强化和细晶强韧化的综合作用，使2618耐热铝合金具有较好的综合力学性能。
固溶处理—冷变形—短时再结晶退火—时效处理是一种新型形变热处理工艺，本发明工艺方法简单、操作方便，能使2618耐热铝合金的的强韧性得到明显改善。
附图说明
图1是本发明工艺流程示意图；
图2(a)是2618合金经固溶处理—变形—短时再结晶退火5min—时效处理后的显微组织照片；
图2(b)是2618合金经固溶处理—变形—短时再结晶退火15min—时效处理后的显微组织照片；
图2(c)是2618合金经固溶处理—变形—短时再结晶退火30min—时效处理后的显微组织照片；
图3是2618合金经固溶处理—时效处理后的显微组织照片；
图4是2618合金经固溶处理—变形—时效处理显微组织照片。
具体实施方式
下面将结合附图及典型案例对本发明做进一步说明。
实施例一：图1为本发明的新型形变热处理工艺路线示意图。材料试样采用西南铝生产的2618耐热铝合金，其化学成分（质量分数，下同）：Cu为2.63%，Mg为1.59%，Fe为1.11%，Ni为1.08%，Si为0.13%，Mn为0.15%，Ti<0.1%,Zn<0.1%，其他杂质含量<0.05%，其余为铝。将材料加热至530
、保温30min固溶处理后水淬。将固溶处理后的2618铝合金在WE-30型300kN液压式万能试验机上用ECAP模具进行1道次挤压变形，压下速度约为
。ECAP模具内角
，外角
，挤压过程中采用MoS2 作为润滑剂。将试样沿挤压轴向切割成5mm
6mm
12mm的试样，在SK2-4-10型管式电阻炉中加热至530
保温5min进行短时再结晶后空冷。然后将试样进行峰值时效处理，时效温度为200
、保温12h。显微组织如图2(a)所示，可以隐约发现未完全再结晶的组织特征，试样的观察面是平行于挤压方向平面（下同）。合金的力学性能见表1，由于时效强化和细晶强化作用及部分变形强化使该工艺条件下合金具有较好的强度和塑性。
实验例二：材料试样采用西南铝生产的2618耐热铝合金，其化学成分（质量分数，下同）：Cu为2.63%，Mg为1.59%，Fe为1.11%，Ni为1.08%，Si为0.13%，Mn为0.15%，Ti<0.1%,Zn<0.1%，其他杂质含量<0.05%，其余为铝。将材料加热至530、保温30min固溶处理后水淬。将固溶处理后的2618铝合金切在WE-30型300kN液压式万能试验机上用ECAP模具进行1道次挤压变形，压下速度约为
。ECAP模具内角
，外角
，挤压过程中采用MoS2 作为润滑剂。将试样沿挤压轴向切割成5mm
6mm12mm的试样，在SK2-4-10型管式电阻炉中加热至530
保温15min进行短时再结晶后空冷。然后将再结晶处理合金在200
保温18h进行峰值时效处理，显微组织如图2(b)所示，可见合金组织为完全再结晶组织。合金的力学性能见表1，由于时效强化和细晶强化作用使该工艺条件下合金具有较好的强度和塑性。
实施例三：材料试样采用西南铝生产的2618耐热铝合金，其化学成分（质量分数，下同）：Cu为2.63%，Mg为1.59%，Fe为1.11%，Ni为1.08%，Si为0.13%，Mn为0.15%，Ti<0.1%,Zn<0.1%，其他杂质含量<0.05%，其余为铝。将材料加热至530
、保温30min固溶处理后水淬。将固溶处理后的2618铝合金线在WE-30型300kN液压式万能试验机上用ECAP模具进行1道次挤压变形，压下速度约为。ECAP模具内角
，外角，挤压过程中采用MoS2 作为润滑剂。将试样沿挤压轴向切割成5mm
6mm
12mm的试样，在SK2-4-10型管式电阻炉中加热至530
保温30min进行短时再结晶后空冷。然后将再结晶处理合金在200
保温20h进行峰值时效处理，显微组织如图2(c)所示。合金的力学性能见表1，由于时效强化和细晶强化作用使该工艺条件下合金具有较好的强度和塑性。
实施例四：材料试样采用西南铝生产的2618耐热铝合金，其化学成分（质量分数，下同）：Cu为2.63%，Mg为1.59%，Fe为1.11%，Ni为1.08%，Si为0.13%，Mn为0.15%，Ti<0.1%，Zn<0.1%，其他杂质含量<0.05%，其余为铝。将合金样品加热至530
，保温30min进行固溶处理，出炉水淬。将固溶处理合金在SK2-4-10型管式电阻炉中200
下保温20h进行峰值时效处理。图3是2618合金经固溶处理—时效处理后的显微组织照片。合金的力学性能见表1，由于该工艺条件下合金主要是时效强化，合金具有较好的塑性，但是合金的强度较低。
实施例五：材料试样采用西南铝生产的2618耐热铝合金，其化学成分（质量分数，下同）：Cu为2.63%，Mg为1.59%，Fe为1.11%，Ni为1.08%，Si为0.13%，Mn为0.15%，Ti<0.1%，Zn<0.1%，其他杂质含量<0.05%，其余为铝。将实验材料加热至530
，保温30min进行固溶处理，出炉水淬。在室温下，在WE-30型300kN液压式万能试验机上用ECAP模具对固溶试样进行1道次挤压变形，压下速度约为
。ECAP模具内角
，外角
，挤压过程中采用MoS2 作为润滑剂。最后将挤压试样在SK2-4-10型管式电阻炉中200
下保温5h进行峰值时效处理。图4是固溶处理—变形—时效处理组织照片。合金的力学性能见表1，由于时效强化和冷变形强化的共同作用使该合金的强度明显提高，但是由于没有发生有效的再结晶，所以合金的延伸率较低。
Claims (6)
1.一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理方法，包括下述步骤：
A：固溶处理
将2618耐热铝合金进行固溶处理，固溶温度为530℃，保温时间30分钟；
B：等径角挤压冷变形
将A步骤中得到的2618铝合金加工成条状试样，然后进行一道次等径角挤压冷变形；
C：短时再结晶
将B步骤中所得到的挤压变形试样加热至530 ℃，保温时间为5~30min；
D：时效处理
将C步骤中得到的试样加热到200℃，保温5~20h，取出空冷。
2.根据权利要求1所述的一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理方法，其特征在于：所述A步骤中将试样放入盐浴炉中加热，炉温误差不超过 
2℃。
3.根据权利要求2所述的一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理方法，其特征在于：将2618铝合金浸入530℃的盐浴炉中进行固溶处理，保温时间为30min。
4.根据权利要求1所述的一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理方法，其特征在于：所述B步骤中，在WE-30型300kN液压式万能试验机上用等径角挤压冷变形模具进行冷变形，压下速度约为
；等径角挤压冷变形模具内角φ=
，外角ψ=。
5.根据权利要求1所述的一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理工艺，其特征在于：所述B步骤中当进行等径角挤压时，采用MoS
做润滑剂。
6.根据权利要求1所述的一种提高2618耐热铝合金强韧性的新型形变热处理方法，其特征在于：所述C步骤中将B步骤中的冷挤压变形试样在SK2-4-10型管式电阻炉中进行短时再结晶退火，温度为530℃，保温时间为5~30min，然后将试样取出空冷。
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