CN102925829A - Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法 - Google Patents
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,它涉及一种热处理方法。本发明解决了现有的热处理方法处理后导致大型薄壁环状构件的高强度和大延伸率难以同时获得的技术问题。本方法如下:一、固溶处理;二、水淬;三、环轧冷变形;四、时效处理;五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理。本发明大冷变形方法在合金中引入大量位错,促进了合金中S’沉淀相的析出,使Al-Cu-Mg-Si系铝合金大型薄壁环状构件同时具有较高的强度和延伸率,大大提高了工程结构的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种热处理方法。
背景技术
Al-Cu-Mg-Si系合金具有较高的锻造性能,其强度与2024(LY12)合金相近,是应用较为广泛的合金,适用于制造室温下工作的高载荷模锻件。大型环状构件是工程上常用的一种结构件形式,这种构件的应用场合要求其表层和心部同时兼具有高的强度和好的韧性。但是这种构件一般尺寸较大(可达2m以上),厚度一般也超过20mm,由于合金的淬火敏感性较高,导致常规热处理后,具有较高的强度,但延伸率较低。为工程结构的稳定性造成了极大隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的热处理方法处理后导致大型薄壁环状构件的心部和表层心部难以同时获得高强度和大延伸率的技术问题,提供了一种Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法。
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件在温度为493℃~512℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件在变形量为5%~50%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在148℃~192℃的条件下,保温0.5h~6h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理。
本发明大冷变形方法在合金中引入大量位错,促进了合金中S’沉淀相的析出,使Al-Cu-Mg-Si系铝合金大型薄壁环状构件的心部和表层同时具有较高的强度和延伸率,大大提高了工程结构的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是实验一固溶温度对Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件断裂强度的影响曲线;
图2是实验一固溶温度对Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件延伸率的影响曲线;
图6是实验三时效温度对Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件延伸率的影响曲线,图中表示水平方向延伸率曲线,表示垂直方向延伸率曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件在温度为493℃~512℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件在变形量为5%~50%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在148℃~192℃的条件下,保温0.5h~6h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的Al-Cu-Mg-Si系铝合金为2A14铝合金。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中在温度为495℃的条件下,保温60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中在温度为500℃的条件下,保温60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中在温度为510℃的条件下,保温60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中在变形量为15%、室温的条件下,进行环轧冷变形。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中在变形量为25%、室温的条件下,进行环轧冷变形。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤三中在变形量为35%、室温的条件下,进行环轧冷变形。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤四中将环轧冷变形构件在190℃的条件下,保温1h。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤四中将环轧冷变形构件在175℃的条件下,保温4h。其它与具体实施方式一相同。
采用下述实验验证本发明效果:
实验一:
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将2A14铝合金薄壁环状构件在温度为493℃~512℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的2A14铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的2A14铝合金薄壁环状构件在变形量为50%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在190℃的条件下,保温2h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成2A14铝合金薄壁环状构件的热处理。
本实验中所述的2a14铝合金的化学成分如表1:
表1
2A14铝合金的温轧后的固溶处理与后续的时效强化效果密切相关,固溶温度和固溶时间对合金性能的影响至关重要。选择固溶温度的基本原则是在防止过烧、晶粒粗化等弊病的前提下,尽可能选用较高温度,以保证在过时效过程中析出的强化相最大程度溶入基体。
固溶温度的微小变化对力学性能的影响较大。从图1、图2中可以看出,当固溶温度升高时,强度升高,延伸率下降。
实验二:
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将2A14铝合金薄壁环状构件在温度为500℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的2A14铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的2A14铝合金薄壁环状构件在变形量为5%~50%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在190℃的条件下,保温2h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成2A14铝合金薄壁环状构件的热处理。
从图3-图4中可以看出,当变形量较小时,此时位错数量少,空位数量仍然较多,导致强度较差,而延伸率较高。当变形量较大时,合金中变形特征仍然得以保留,且析出相也强化基体,导致强度急剧升高,但延伸率下降。
实验三:
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将2A14铝合金薄壁环状构件在温度为510℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的2A14铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的2A14铝合金薄壁环状构件在变形量为45%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在148℃~192℃的条件下,保温1h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成2A14铝合金薄壁环状构件的热处理。
从图5中可以看出,当时效温度为150℃~165℃时,合金的强度随着温度的升高而升高,但其变化幅度不是很大,但是时效温度接近190℃时,合金的强度和延伸率均大幅度下降。
从图6中可以看出,当时效温度较低时,很小的温度变化也会导致合金的延伸率的显著变化。而当时效温度为190℃附近,其延伸率明显降低。
实验四:
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将2A14铝合金薄壁环状构件在温度为495℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的2A14铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的2A14铝合金薄壁环状构件在变形量为25%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在155℃的条件下,保温5h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成2A14铝合金薄壁环状构件的热处理。
实验五:
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将2A14铝合金薄壁环状构件在温度为495℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的2A14铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的2A14铝合金薄壁环状构件在变形量为25%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在155℃的条件下,保温5.5h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成2A14铝合金薄壁环状构件的热处理。
实验六:
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将2A14铝合金薄壁环状构件在温度为495℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的2A14铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的2A14铝合金薄壁环状构件在变形量为25%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在165℃的条件下,保温5h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成2A14铝合金薄壁环状构件的热处理。
实验七:
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将2A14铝合金薄壁环状构件在温度为495℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的2A14铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的2A14铝合金薄壁环状构件在变形量为45%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在165℃的条件下,保温5h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成2A14铝合金薄壁环状构件的热处理。
实验八:
Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将2A14铝合金薄壁环状构件在温度为495℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的2A14铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的2A14铝合金薄壁环状构件在变形量为25%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在190℃的条件下,保温40min,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成2A14铝合金薄壁环状构件的热处理。
经过实验四至实验八热处理后2A14铝合金薄壁环状构件的力学性能如表2:
表2
从表2看出了典型工艺下铝合金大型环状构件的力学性能。其中,时效温度为155-165℃时,时效保温时间应严格控制在5h以内。时效温度为190℃,时效保温时间应控制在40-60min,从而调节合金的屈服强度,断裂强度和延伸率的取值范围。
Claims (10)
1.Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法如下:
一、固溶处理:将Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件在温度为493℃~512℃的条件下,保温60min,即完成固溶;
二、水淬:将经过步骤一处理的Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件进行室温水淬;
三、将经过步骤二处理的Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件在变形量为5%~50%、室温的条件下,进行环轧冷变形,即得环轧冷变形构件;
四、时效处理:将环轧冷变形构件在148℃~192℃的条件下,保温0.5h~6h,即完成时效处理;
五、将经过步骤四处理的环轧冷变形构件水淬,然后冷却至室温,即完成Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理。
2.根据权利要求1所述Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于步骤一中所述的Al-Cu-Mg-Si系铝合金为2A14铝合金。
3.根据权利要求1所述Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于步骤一中在温度为495℃的条件下,保温60min。
4.根据权利要求1所述Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于步骤一中在温度为500℃的条件下,保温60min。
5.根据权利要求1所述Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于步骤一中在温度为510℃的条件下,保温60min。
6.根据权利要求1所述Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于步骤三中在变形量为15%、室温的条件下,进行环轧冷变形。
7.根据权利要求1所述Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于步骤三中在变形量为25%、室温的条件下,进行环轧冷变形。
8.根据权利要求1所述Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于步骤三中在变形量为35%、室温的条件下,进行环轧冷变形。
9.根据权利要求1所述Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于步骤四中将环轧冷变形构件在190℃的条件下,保温1h。
10.根据权利要求1所述Al-Cu-Mg-Si系铝合金薄壁环状构件的热处理方法,其特征在于步骤四中将环轧冷变形构件在175℃的条件下,保温4h。
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