CN104451480A - 一种铝合金板材的固溶淬火方法 - Google Patents

一种铝合金板材的固溶淬火方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铝合金板材的固溶淬火方法，包括以下步骤，首先将均匀化热处理的铝合金铸锭经过轧制后，得到铝合金带材；然后将铝合金带材进行气垫炉固溶淬火后，得到铝合金板材。本发明的固溶淬火方法采用气垫炉固溶淬火工艺，结合铸锭均匀化热处理的温度和轧制的配合，金属单层通过炉体，加热到高温单相区恒温保持，再快速冷却到室温，从而提高合金的力学性能。

Description

一种铝合金板材的固溶淬火方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种铝合金板材的固溶淬火方法。
背景技术
铝合金是一种以铝为基的合金，主要合金元素有铜、硅、镁、锌和锰。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。目前，铝合金是铝合金型材中较为主要的一种，其生产方法是通过铝合金或者直接冷铸成锭块，或者连续浇铸成厚带材，接着热轧成预定厚度，再用一道单独的工序将带材冷轧至最终厚度后，进行热处理工艺，以提高铝合金的力学性能，耐腐蚀性能，并改善其加工性能，获得尺寸的稳定性。
铝合金的热处理工艺可分为退火处理、固溶淬火处理、时效处理和冷热循环处理。退火过程中固溶体发生分解，第二相质点发生聚集，可以消除铸件的内应力，稳定铸件尺寸，减少变形，增大铸件的塑性。固溶淬火热处理指将合金加热到高温单相区恒温保持，使得在热轧和冷轧过程中，从母体合金中沉淀出来的所有可溶性合金成分溶解成固溶体，快速冷却以得到过饱和固溶体的热处理工艺，可提高合金的强度和塑性，改善合金的耐腐蚀性能。时效处理进行着过饱和固溶体分解的自发过程，从而使合金基体的点阵恢复到比较稳定的状态。冷热循环处理可引起固溶体点阵收缩和膨胀，使各相的晶格发生了少许位移,使第二相质点处于更加稳定的状态，从而提高合金尺寸的稳定性，适于精密零件的制造。
随着经济的快速发展，铝合金在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，尤其是近些年，伴随着全球经济一体化，航空快速发展，而航空业带动航天制造业的蓬勃发展，基于国内、国际飞机市场需求，作为飞机制造业的主要材料之一的铝合金，下游厂家对其需求量和质量要求一直在逐步提升，尤其满足客户对2xxx系、6xxx系和7xxx系材料的需求。
作为铝合金的热处理工艺中重要的一环--固溶淬火处理，采用盐浴炉进行固溶淬火处理，一直是行业内的通用做法，但是随着市场对热处理制度要求的日渐严格，盐浴槽淬火方式在产品表面质量和显微组织上已不能满足大部分产品的要求。
因此，为顺应行业内的需求，尤其满足客户对2xxx系、6xxx系和7xxx系铝合金板材的固溶淬火的需求，寻找一种更优异的淬火工艺来满足客户需求是铝合金生产厂商亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种铝合金板材的固溶淬火方法，尤其是一种水淬或空淬航空用铝合金板材的固溶淬火方法，特别是适用于2xxx、6xxx系和7xxx系铝合金板材的固溶淬火方法，本方法制备的铝合金板材具有较好的表面质量和显微组织。
本发明提供了一种铝合金板材的固溶淬火方法，其特征在于，包括以下步骤，
A)将均匀化热处理的铝合金铸锭经过轧制后，得到铝合金带材；
B)将铝合金带材进行气垫炉固溶淬火后，得到铝合金板材。
优选的，所述铝合金板材的厚度为0.8～6.0mm。
优选的，所述铝合金板材的宽度小于等于2400mm。
优选的，所述气垫炉固溶淬火的温度为470℃～570℃。
优选的，所述气垫炉固溶淬火的速度为2～40米/分钟。
优选的，所述气垫炉固溶淬火的炉顶风机转速为900～1100rpm/min；所述气垫炉固溶淬火的炉底风机转速为900～1200rpm/min。
优选的，所述气垫炉固溶淬火的恒温区为2～8个。
优选的，所述气垫炉固溶淬火的淬火方式为水淬或空淬。
优选的，所述气垫炉固溶淬火后的温度为20～30℃。
优选的，所述铝合金板材为2xxx系、6xxx系或7xxx系铝合金板材。
本发明提供了一种铝合金板材的固溶淬火方法，包括以下步骤，首先将均匀化热处理的铝合金铸锭经过轧制后，得到铝合金带材；然后将铝合金带材进行气垫炉固溶淬火后，得到铝合金板材。与现有技术相比，本发明的固溶淬火方法采用气垫炉固溶淬火工艺，结合铸锭均匀化热处理的温度和轧制的配合，金属单层通过炉体，加热到高温单相区恒温保持，再快速冷却到室温，从而提高合金的力学性能。本发明提供的铝合金板材的淬火方法，尤其适用于2xxx、6xxx和7xxx系航空用铝合金的制备，该方法制备的铝合金板材具有良好的产品表面质量和显微组织，同时具还有良好的力学性能。实验结果表明，本发明制备的铝合金板材，满足美国宇航局制定的AMS标准中对航空用铝合金板材的要求，以及ASTM B209、EN485、GB/T3880标准的要求。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的6系铝合金板材的200X金相图；
图2为本发明实施例1制备的6系铝合金板材的500X金相图。
具体实施方式
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本发明提供了一种铝合金板材的固溶淬火方法，其特征在于，包括以下步骤，
A)将均匀化热处理的铝合金铸锭经过轧制后，得到铝合金带材；
B)将铝合金带材进行气垫炉固溶淬火后，得到铝合金板材。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
本发明首先将均匀化热处理的铝合金铸锭经过轧制后，得到铝合金带材；本发明对所述均匀化热处理的温度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的均匀化热处理的温度即可，本发明对所述均匀化热处理的温度优选为450℃～520℃，更优选为480℃～500℃；本发明对所述均匀化热处理的时间没有特别限制，以本领域技术人员熟知的均匀化热处理的时间即可，本发明对所述均匀化热处理的时间优选为15～20小时，更优选为17～18小时；本发明对所述均匀化热处理的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的均匀化热处理的条件即可；本发明对所述均匀化热处理的设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的均匀化热处理的设备即可；本发明对所述铝合金铸锭没有其他特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备2系、6系或7系的铝合金的铸锭即可；本发明对所述均匀化处理的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的均匀化处理方式即可；本发明所述均匀化处理的设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的均匀化处理设备即可；本发明对所述轧制的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的轧制方式即可，本发明优选为热轧和/或冷轧，更优选为热轧或冷轧；本发明为保证均匀化处理的稳定性，优选采用经过铣面的铝合金铸锭；本发明对所述铣面的方式和设备没有特别限制，以本领域技术人员熟知的铝合金铸锭铣面的方式和设备。
本发明采用均匀化热处理，作为合金进行变形前的重要过程，可以明显改善铸态合金中的元素偏析现象，消除共晶组织，减少合金在变形过程中的应力集中点，提高合金的力学能力，同时搭配轧制，为强化相在随后的固溶淬火过程中做准备。
本发明将铝合金带材进行气垫炉固溶淬火后，得到铝合金板材；所述气垫炉固溶淬火的温度优选为470℃～570℃，更优选为490℃～550℃，更优选为510℃～530℃，最优选为515℃～525℃；所述气垫炉固溶淬火的速度优选为2～40米/分钟，更优选为5～35米/分钟，更优选为10～30米/分钟，最优选为15～25米/分钟；本发明所述气垫炉，优选还包括气垫炉风机，所述气垫炉固溶淬火的炉顶风机转速优选为900～1100rpm/min，更优选为950～1050rpm/min，最优选为980～1030rpm/min；所述气垫炉固溶淬火的炉底风机转速优选为900～1200rpm/min，更优选为950～1150rpm/min，最优选为1000～1100rpm/min；本发明对所述气垫炉恒温区的个数没有特别限制，以本领域技术人员熟知的气垫炉恒温区个数即可，本发明优选为2～8个恒温区，更优选为3～6个恒温器，最优选为4～5个恒温区；本发明对所述单个恒温区的温度没有特别限制，以气垫炉固溶淬火的温度范围为上下线，根据铝合金板材的材质、厚度以及固溶淬火的速度调整即可；本发明对所述每个恒温区的温度是否相同没有特别限制，以铝合金板材的材质、厚度以及固溶淬火的速度调整即可；为保证固溶淬火的效果，本发明优选每个恒温区均配置有循环热风系统，所述循环热风系统包括炉顶风机和炉底风机；本发明对所述淬火的方式没有特别限制，以本领域技术人员熟知的淬火方式即可，本发明优选为水淬或空淬，即水冷淬火或空冷淬火，更优选为水淬；本发明对所述淬火后的温度没有特别限制，以本领域技术人员熟知的淬火后温度即可，本发明优选为20～30℃。
本发明所述铝合金板材的厚度优选为0.8～6.0mm，更优选为1.5～5.0mm，更优选为2.0～4.5mm，最优选为3.0～4.0mm；所述铝合金板材的的宽度优选小于等于2400mm，更优选小于等于2000mm，最优选小于等于1500mm。
本发明为提高成品铝合金的外观以及等级要求，优选将上述步骤得到的2系铝合金再经过剪切、矫直以及锯切后，得到成品铝合金板材；本发明对上述工艺过程以及参数控制条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的工艺过程以及参数控制条件即可，也可以根据实际生产情况自行设置。
本发明采用特定温度和速度下的气垫炉固溶淬火处理，以及具体的控制参数，使合金的内部组织得到改善，进一步提高了合金的力学性能。
本发明将上述方法制备的铝合金板材进行性能检测，实验结果表明，本发明制备的铝合金板材，满足美国宇航局制定的AMS标准中对航空用铝合金板材的要求，以及ASTM B209、EN485、GB/T3880标准的要求。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种铝合金的生产方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂及铝合金铸锭均为市售。
实施例1
1.1将铝合金毛坯铸锭经过铣面后，得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭加热到均热温度为450℃的条件下进行均匀化热处理，15小时后得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。
1.2将铝合金铸锭加热到450℃的温度下直接进行轧制，得到铝合金带材，然后将其送入气垫炉中，进行固溶淬火后，得到6系铝合金板材。参见表1，表1为实施例1气垫炉固溶淬火的工艺参数。
表1 实施例1气垫炉固溶淬火的工艺参数
1.3将1.2中得到的6系铝合金经过剪切、矫直以及锯切后，得到成品6系铝合金板材。
根据国标和行标，对上述步骤得到的6系铝合金板材进行检测，参见图1和图2，图1为本发明实施例1制备的6系铝合金板材的200X金相图；图2为本发明实施例1制备的6系铝合金板材的500X金相图。
性能实验结果表明，本发明制备的铝合金板材，满足美国宇航局制定的AMS标准中对航空用铝合金板材的要求，以及ASTM B209、EN485、GB/T3880标准的要求。产品实测性能参照美标ASTM B209中的要求。
实施例2
1.1将铝合金毛坯铸锭经过铣面后，得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭加热到均热温度为520℃的条件下进行均匀化热处理，20小时后得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。
1.2将1.1中得到的均匀化热处理后的铝合金铸锭在320℃的温度下进行轧制，然后将轧制后的铝合金铸锭送入气垫炉中，进行固溶淬火后，得到6系铝合金板材。参见表2，表2为实施例2气垫炉固溶淬火的工艺参数。
表2 实施例2气垫炉固溶淬火的工艺参数
1.3将1.2中得到的7系铝合金经过剪切、矫直以及锯切后，得到成品7系铝合金板材。
根据国标和行标，对上述步骤得到的7系铝合金板材进行测试，实验结果表明，本发明制备的铝合金板材，满足美国宇航局制定的AMS标准中对航空用铝合金板材的要求，以及ASTM B209、EN485、GB/T3880标准的要求。产品实测性能参照美标ASTM B209中的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝合金板材的固溶淬火方法，其特征在于，包括以下步骤，
A)将均匀化热处理的铝合金铸锭经过轧制后，得到铝合金带材；
B)将铝合金带材进行气垫炉固溶淬火后，得到铝合金板材。
2.根据权利要求1所述的固溶淬火方法，其特征在于，所述铝合金板材的厚度为0.8～6.0mm。
3.根据权利要求1所述的固溶淬火方法，其特征在于，所述铝合金板材的宽度小于等于2400mm。
4.根据权利要求1所述的固溶淬火方法，其特征在于，所述气垫炉固溶淬火的温度为470℃～570℃。
5.根据权利要求1所述的固溶淬火方法，其特征在于，所述气垫炉固溶淬火的速度为2～40米/分钟。
6.根据权利要求1所述的固溶淬火方法，其特征在于，所述气垫炉固溶淬火的炉顶风机转速为900～1100rpm/min；所述气垫炉固溶淬火的炉底风机转速为900～1200rpm/min。
7.根据权利要求1所述的固溶淬火方法，其特征在于，所述气垫炉固溶淬火的恒温区为2～8个。
8.根据权利要求1所述的固溶淬火方法，其特征在于，所述气垫炉固溶淬火的淬火方式为水淬或空淬。
9.根据权利要求1所述的固溶淬火方法，其特征在于，所述气垫炉固溶淬火后的温度为20～30℃。
10.根据权利要求1所述的固溶淬火方法，其特征在于，所述铝合金板材为2xxx系、6xxx系或7xxx系铝合金板材。
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