CN103589978A - 确定提高2219铝合金性能的变形热处理条件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定提高2219铝合金性能的变形热处理条件的方法。该方法过程包括：采用T6热处理确定时效温度，将2219铝合金进行固溶、淬火、时效处理，确定强度和硬度对应的最佳变形热处理的时效温度；采用T8热处理确定时效时间，将该2219铝合金的试样进行固溶、淬火、轧制，在T6热处理所确定的温度下进行时效处理，确定强度和硬度对应的最佳变形热处理的时效时间。本发明具有以下优点：本发明热处理方法简单，确定了2219铝合金T8热处理最佳的时效时间和时效温度，解决了数据库不足的问题，扩大了该铝合金在工业领域的应用范围。

Description

确定提高2219铝合金性能的变形热处理条件的方法

技术领域

本发明涉及一种确定提高2219铝合金性能的变形热处理条件的方法，属于铝合金热处理技术领域。

背景技术

论文中研究的材料为2219铝合金是一种火箭贮箱用材料。由于火箭贮箱所放液体为液氢、液氧这种低温燃料，因此贮箱材料的选择十分重要，材料要具有较好的超低温机械性能、良好的焊接性能以及断裂韧性等。美国液氢液氧火箭贮箱材料广泛采用的是2014以及2219铝合金。而我国目前火箭贮箱大部分采用2A14铝合金，这种材料的强度高、热强性好，具有良好的可切削性和电阻率但是焊接困难，焊接裂纹问题始终没有得到根本性的解决。因此，我国在新一代火箭贮箱上广泛采用了2219铝合金，与2A14铝合金相比，2219铝合金不仅具有良好的高低温力学性能、断裂韧性、抗应力腐蚀性能而且具有较好的焊接性能。时效热处理是提高2219铝合金力学性能的方法之一，但是我国对其性能和热处理技术的认识还不够深入和系统，对2219铝合金的基本性能主要停留在材料手册中介绍的内容，对材料的高低温力学性能、断裂韧性、抗腐蚀性等方面缺乏 深入研究。在产品工艺设计和加工过程中，仍然主要依靠多做实验来摸索，缺乏邮箱的理论依据和数据积累。如不同变形量对材料性能的影响，不同材料状态对凸孔直径、高度的影响、冷锻对材料性能的影响等等。同时，在热处理方面，对不同结构的2219铝合金产品，其热处理工艺基本一致，没有根据零件的结构特点、厚度、大小进行调整，对热处理过程中的变形情况没有深入研究，一般都是采用矫形的方式进行弥补。

2219铝合金属于Al-Cu 二系可热处理强化铝合金。热处理过程主要包括固溶热处理和时效热处理。该种铝合金是通过在时效过程中，θ〞和 θ＇这种析出相在α铝基体中析出达到强化效果的。目前对于2219铝合金变形热处理研究并不多，大部分集中在对它的搅拌摩擦焊的研究上，很多研究表明，预变形不仅可以提高铝合金达到峰值失效时的硬度以及强度值而且会加快峰值时效的产生。QUAN Li-Wei等人对固溶处理之后的2524铝合金进行预拉伸然后在170 ℃下进行时效处理，研究了预拉伸变形对合金微观组织以及力学性能的影响，研究发现与未经过预变形处理的合金相比，2524铝合金达到峰值时效时的硬度值得到提高并且达到峰值时效时的时间缩短了，研究还发现经过预变形处理的合金中的S(Al2CuMg)相的密度增加长度变短；2009年发表在航空材料学报上的一篇文献报道了预变形处理对Al-Cu-Mn-Mg-Ag合金组织以及力学性能的影响，得出了相同的结论，即预变形可以提高峰值时效值并且可以缩短达到峰值时效所用的时间，主要是由预变形促进了时效过程中Ω相的析出以及提高了Ω相的数量导致的，另外研究发现随着与变形量的增加，合金的抗拉强度以及屈服强度增加而延伸率出现降低，最佳预变形量为10 %~20 %；AN Li-hui 等（Trans. Nonferrous Met. Soc. China., 2012, 370 (75)）通过机械热处理的方法研究了预变形对2219铝合金板材微观组织和力学性能的影响，研究表明，随着预变形量的增加，材料的抗拉强度（σb）和屈服强度（σs）先增大后变小，在预变形量为1.63% 时达到最大抗拉强度和屈服强度，分别为387.96MPa和288.62MPa，此时的延伸率大于16%。在上述热处理工艺参数下处理的2219铝合金的拉伸性能和硬度值都较低，因此在工业上的应用范围受到了一定限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种确定提高2219铝合金性能的变形热处理条件的方法，该方法过程简单，所确定的提高2219铝合金性能的变形热处理条件具有适用性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案加以实现的，一种确定提高2219铝合金性能的变形热处理条件的方法，所述的2219铝合金的成分及质量百分含量为：Si 0.2%，Fe 0.3%，Cu 5.8%~6.8%，Mn 0.2~0.4%，Mg 0.02%，V 0.05%~0.15%，Ti 0.02%~0.1%，Zn 0.1%，Zr 0.1%~0.25%，其余为Al；所述的性能包括强度、硬度和延伸率，其特征包括以下过程：

1）采用T6热处理确定进行变形热处理的时效温度：

将2219铝合金的试样于温度535℃下进行固溶处理40分钟，然后在室温的水中淬火5min，其中淬火转移时间小于10秒，之后在温度160~190℃之间某一个温度下进行时效处理1~24h，并测试试样在每个时效时间点的抗拉强度和硬度，对所测试的抗拉强度和硬度数据及某一个温度下所对应进行时效处理时间数据分析整理绘制曲线图，分析曲线图，将其中的强度和硬度最佳的曲线图所对应的时效温度作为变形热处理的时效温度；

2）采用T8进行变形热处理确定变形热处理时效时间：

将该2219铝合金的试样于温度535℃条件下固溶处理40分钟，然后在室温下的水中淬火5min，其中淬火转移时间小于10秒，然后常温下将试样在ψ130二辊实验轧机上进行10 %的变形，变形后的试样在步骤1）所确定的变形热处理的时效温度下进行时效处理1~15小时，并测试试样在每个时效时间点的强度、硬度、延伸率，绘制强度、硬度、延伸率分别与时效时间的曲线图，在曲线图上确定出试样最佳强度、硬度、延伸率所对应时效时间，则该时效时间即为2219铝合金的变形热处理的时效时间，从而确定了提高2219铝合金性能的变形热处理条件的时效温度和时效时间。

本发明具有以下优点：本发明通过控制变量（时效时间）的方法系统研究了时效时间以及10 %的预变形对2219铝合金力学性能的影响，不仅解决了2219铝合金数据库不足的问题，而且与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，使该合金在535℃温度下固溶40min，然后进行10 %的变形以及在175℃温度下时效6h时，大量富铜析出相在时效过程中从基体中弥散析出，该合金的强度、硬度、延伸率分别达到：155.85 HV、445.35 MPa、350.35 MPa、12%。本发明提供的铝合金的热处理方法提高了2219铝合金的强度和硬度。因此扩大了该种铝合金在工业领域的应用范围。

附图说明

图1为本发明实施例1中所得到的2219铝合金材料的硬度变化曲线图。

图2为本发明实施例1中所得到的2219铝合金材料的力学性能变化曲线图。

图3为本发明实施例2中所得到的2219铝合金材料的硬度变化曲线图。

图4为本发明实施例2中所得到的2219铝合金材料的力学性能变化曲线图。

图5为本发明实施例3中所得到的2219铝合金材料的硬度变化曲线图。

图6为本发明实施例3中所得到的2219铝合金材料的力学性能变化曲线图。

图7为本发明实施例4中所得到的2219铝合金材料的硬度变化曲线图。

图8为本发明实施例4中所得到的2219铝合金材料的力学性能变化曲线图。

具体实施方式

实施例1

实验所用2219铝合金薄板由天津航天长征火箭制造有限公司提供，板材为退火状态，薄板厚度为7 mm。硬度试样为10mm×10mm的块体，厚度为7mm。拉伸试样根据GB/G 228-2002《金属材料拉伸试验方法》加工制定。制备九组试样，其中每组试样为两个硬度试样和两个拉伸试样，所有的硬度试样尺寸相同，所有的拉伸试尺寸相同。每个试样在535℃条件下固溶处理40 min，然后试样在室温下的水中淬火5min，其中淬火转移时间小于10秒，再将九组试样在温度160 ℃的烘箱中分别进行时间为0h、3h、6h、9h、12h、15h、18h、21h和24h时效处理，然后将试样空冷至室温。空冷后硬度试样用型号为Everone MH-6硬度计测试硬度，空冷后的拉伸试样用型号为CSS-44100电子万能试验机测试拉伸强度、延伸率。分析测试数据，分别绘制在160 ℃时效温度下2219铝合金硬度、拉伸强度、延伸率与时效处理时间曲线图，如图1、图2所示。

实施例2

取十组试样每组试样取两个硬度试样和两个拉伸试样，试样尺寸与实施例一相同。将十组试样在535℃下固溶处理40min，然后在室温下的水中淬火5min，其中淬火转移时间小于10秒，最后将十组硬度和拉伸试样在175 ℃的烘箱中分别时效0h、1h、2h、3h、6h、9h、12h、15h、18h、21h，然后将试样空冷至室温。将试样进行硬度和拉伸性能测试，所用测试仪器的型号与实施例一相同。分别绘制在175 ℃时效温度下2219铝合金硬度、拉伸强度、延伸率与时效处理时间曲线图，如图3、图4所示。

实施例3

取八组试样每组试样取两个硬度试样和两个拉伸试样，试样尺寸与实施例一相同。将八组试样在535℃下固溶处理40min，然后在室温下的水中淬火5min，其中淬火转移时间小于10秒，最后将八组硬度和拉伸试样在190 ℃的烘箱中分别时效0h、20min、40min、2h、4h、6h、8h、10h，然后将试样空冷至室温。将试样进行硬度和拉伸性能测试，所用测试仪器的型号与实施例一相同。分别绘制在190 ℃时效温度下2219铝合金硬度、拉伸强度、延伸率与时效处理时间曲线图，如图5、图6所示。通过对实施例1~3强度、硬度和延伸率的分析得到采用T6热处理最佳时效温度为175℃。

实施例4

采用T8热处理的方法，在时效温度为175℃下对2219铝合金进行变形热处理。取八组试样每组试样取两个硬度试样和两个拉伸试样，试样的厚度为7mm，轧制前拉伸试样尺寸根据GB/G 228-2002《金属材料拉伸试验方法》加工制定。将此试样分别于535℃下固溶处理40min，然后在室温下的水中淬火5 min，其中淬火转移时间小于10秒，然后将试样在ψ130二辊实验轧机上进行10 %的轧制变形，变形后于175 ℃的烘箱中时效处理1 h、2 h、3h、6 h、9 h、12 h、15 h。将试样进行硬度和拉伸性能测试，所用测试仪器的型号与实施例一相同。强度、硬度和延伸率如图7、图8所示。综合三种性能指标，在时效温度6h时，强度硬度最高、延伸率只有略微降低，因此选用时效处理时间6h即为最佳的变形热处理时效时间。

Claims (1)

1.一种确定提高2219铝合金性能的变形热处理条件的方法，所述的2219铝合金的成分及质量百分含量为：Si 0.2%，Fe 0.3%，Cu 5.8%~6.8%，Mn 0.2~0.4%，Mg 0.02%，V 0.05%~0.15%，Ti 0.02%~0.1%，Zn 0.1%，Zr 0.1%~0.25%，其余为Al；所述的性能包括强度、硬度和延伸率，其特征包括以下过程：

1）采用T6热处理确定进行变形热处理的时效温度：

将2219铝合金的试样于温度535℃下进行固溶处理40分钟，然后在室温的水中淬火5min，其中淬火转移时间小于10秒，之后在温度160~190℃之间某一个温度下进行时效处理1~24h，并测试试样在每个时效时间点的抗拉强度和硬度，对所测试的抗拉强度和硬度数据及某一个温度下所对应进行时效处理时间数据分析整理绘制曲线图，分析曲线图，将其中的抗拉强度和硬度最佳的曲线图所对应的时效温度作为变形热处理的时效温度；

2）采用T8进行变形热处理确定变形热处理时效时间：

将该2219铝合金的试样于温度535℃条件下固溶处理40分钟，然后在室温下的水中淬火5min，其中淬火转移时间小于10秒，然后常温下将试样在ψ130二辊实验轧机上进行10 %的变形，变形后的试样在步骤1）所确定的变形热处理的时效温度下进行时效处理1~15小时，并测试试样在每个时效时间点的强度、硬度、延伸率，绘制强度、硬度、延伸率分别与时效时间的曲线图，在曲线图上确定出试样最佳强度、硬度、延伸率所对应时效时间，则该时效时间即为2219铝合金的变形热处理的时效时间，从而确定了提高2219铝合金性能的变形热处理条件的时效温度和时效时间。

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