CN105543738B - 一种铝合金形变热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高铝合金强韧性的电磁成形和时效热处理复合新方法，属于铝合金形变热处理技术领域。该方法包括以下过程：固溶淬火处理、双级时效处理和电磁成形步骤。相对于现有的预变形‑固溶淬火‑终变形‑人工时效工艺，本发明克服了其处理工艺复杂，容易导致二次变形，使用性能下降等问题，简化了可热处理强化铝合金的制造工艺路线，避免了传统制造工艺中二次变形和性能降低的现象。实验证明，经本方法成形的铝合金构件，无明显二次变形，相对于传统工艺提高了材料的强度和塑性。本发明可广泛用于航空航天及工业领域。

Description

一种铝合金形变热处理方法
技术领域
本发明涉及一种提高铝合金强韧性的电磁成形和时效复合新方法，属于铝合金形变热处理技术领域。
背景技术
随着航空航天技术的迅猛发展，对材料性能的要求越来越高，而减少结构重量是提高航天飞行器性能的主要方法之一。其中轻量化常从提高材料的抗拉强度，弹性模量或者抗裂纹拓展性能着手。铝合金具有低密度、高比强度、良好的成型性和耐蚀性、低成本等一系列优势，在航空航天及工业领域有着广泛的应用。对铝合金进行热处理，可提高铝合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工性能，获得尺寸的稳定性。可热处理强化铝合金包括2XXX系铝合金、6XXX系铝合金和7XXX系铝合金。常用的2219铝合金是一种高强，耐热、可焊的Al-Cu-Mn系铝合金，于上世纪50年代后期研制成功，该铝合金具有良好的高低温力学性能、断裂韧性、超塑性、机械加工性能及焊接性能，因而在工业与航空航天领域得到了广泛应用。但是，在实际应用中，对该类铝合金的加工处理方法包括预变形-固溶淬火-终变形-人工时效等环节，其中铝合金成形构件热处理困难，容易导致二次变形，使用性能下降，应用范围受到了一定限制。
发明内容
本发明目的在于提出一种提高铝合金强韧性的电磁成形与热处理复合新方法，用于提高铝合金抗拉强度和塑性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括如下步骤：
(1)固溶淬火，将铝合金试样在加热炉中以530℃-540℃温度保温35-45min；
(2)双级时效处理，将固溶淬火后的试样放入加热炉作双级时效处理，其中预时效温度100℃-160℃，预时效时间2h-8h，终时效温度170℃-230℃，终时效时间4h-12h；
(3)电磁成形，将经双级时效处理后试样置入模具，进行电磁成形，电磁成形的放电能量为8.63-15.34KJ，变形量为10％-24％。
进一步的，所述的铝合金形变热处理方法中，所述电磁成形，是通过在所述模具中加装跑道形线圈，线圈连接电磁能量装置实现的。
进一步的，所述的铝合金形变热处理方法中，所述双级时效热处理采用的是正交实验方法。
进一步的，所述的铝合金形变热处理方法中，所述步骤(1)中的铝合金试样是板材型。
进一步的，所述的铝合金形变热处理方法中，所述铝合金为2XXX系铝合金、6XXX系铝合金和7XXX系铝合金。
进一步的，所述的铝合金形变热处理方法中，所述铝合金为2219铝合金。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明利用固溶淬火-双级时效-电磁成形的工艺路线，简化了可热处理强化铝合金的制造工艺路线，避免了传统制造工艺中成形构件的热处理及二次变形和性能降低的现象。
2.本工艺采用双级时效制度，预时效可以提高第二相细小弥散程度，改善材料的塑性。同时电磁成形作为高速率变形方式相对于常规变形方式，不仅可以产生大的加工硬化，同时显著改善材料的塑性。所以本工艺方案相对于传统工艺显著提高了材料的抗拉强度，同时改善了塑性。
3.工艺路线采用正交实验方法，可以通过较少的实验得到预时效温度，预时效时间，终时效温度，终时效时间及变形量对铝合金力学性能和微观组织的影响。
附图说明
图1为本发明实例1中所得到的时效因素对2219铝合金抗拉强度的影响程度；
图2为发明实例1中所得到的时效因素对2219铝合金断后延伸率影响程度；
图3为本发明实例2所得到的终时效温度对于2219铝合金材料力学性能的变化曲线图；
图4为本发明实例2所得到的预时效温度2219铝合金材料力学性能的变化曲线图；
图5为本发明实例3所得到的电磁成形对2219铝合金材料力学性能的变化曲线图；
图6为本发明步骤流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例采用2219铝合金完全退火态2mm薄板。用于测量材料抗拉强度和延伸率的拉伸试样根据GB/G228-2002《金属材料拉伸试验方法》加工制定。
实施案例1
取2组拉伸试样(每组为两个试样)进行固溶淬火处理，将试样在加热炉中以535℃温度保温40min。然后双级时效处理，其中预时效温度140℃，预时效时间2h，终时效温度180℃，终时效时间6h。最后1组试样置入模具中进行电磁单向拉伸成形，放电能量为10.63kJ，变形量为20％。整个处理过程见图6所示。测试加工成形的铝合金构件，其抗拉强度为441MPa，断后延伸率21％。现有技术安利辉等(Trans.Nonferrous Met.Soc.China.,2012,370(75))研究的2219铝合金经预变形-固溶淬火-终变形-人工时效工艺方案所得铝合金，按同样规范测试，其构件的抗拉强度为387.96MPa,延伸率为16.83％。可见，本方法相较于现有技术，同时提高了铝合金构件的抗拉强度和塑性。
实施例2
取一组拉伸试样进行固溶淬火处理，将试样在加热炉中以530℃温度保温45min。然后双级时效处理，其中预时效温度100℃，预时效时间2h，终时效温度170℃，终时效时间4h。最后置入模具中进行电磁单向拉伸成形，放电能量为8.63kJ，变形量为10％，测试加工成形的铝合金构件，其抗拉强度为384MPa,断后延伸率为27.3％。与现有技术相比，强度只降了很少，但塑性得到大幅度提升。
实施案例3
取两个拉伸试样进行固溶淬火处理，将试样在加热炉中以540℃温度保温35min。然后双级时效处理，其中预时效温度160℃，预时效时间8h，终时效温度230℃，终时效时间12h。最后置入模具中进行电磁单向拉伸成形，放电能量为15.34kJ，变形量为24％。测试加工成形的铝合金构件，其抗拉强度为390MPa,断后延伸率为15.2％。与现有技术相比，强度得到提升。
实施例4
取16组试样进行固溶淬火处理，将试样在加热炉中以535℃温度保温40min。根据正交实验表L16(45)的设计方法，分别在预时效温度100℃-160℃，预时效时间2h-8h，终时效温度170℃-230℃及终时效时间4h-12h下双级时效，然后将试样空冷。将试样进行DSC热分析采用设备为PerkinElmer公司的DSC 8000；HRTEM和HAADF采用的设备是场发射透射电镜Tecnai G2F30，加速电压为300KV；SEM采用设备为场发射扫描电子显微镜JSM-7600F；拉伸性能测试，其设备为AG-100KN材料高温性能试验机。各个因素对其抗拉强度和断后延伸率的影响程度如图1、图2所示。其中图1表示终时效温度对抗拉强度的影响远大于其他因素；图2表示预时效和终时效温度对断后延伸率的影响程度相差不大。
实施例5
取7组试样进行固溶淬火处理，将试样在加热炉中以535℃温度保温40min。将三组试样分别在170℃、180℃、190℃和200℃下时效处理6h，将三组试样在120℃、130℃、140℃和150℃下保温2h,将一组试样在预时效140℃下保温2h终时效180℃下保温6h。将试样进行将试样进行DSC热分析，HRTEM和HAADF组织分析和拉伸测试，所用测试仪器型号与实施例一相同。抗拉强度和断后延伸率如图3、图4所示。其中图3为终时效对抗拉强度影响程度的变化曲线，其最佳状态为180℃-6h。图4表示为预时效对断后延伸率影响程度的变化曲线，其最佳状态为140℃-2h。其中时效制度与抗拉强度和断后延伸率的关系表1所示。表明不同时效制度对铝合金力学性能的影响程度中，双级时效制度优于单级时效制度。
表1
时效制度 抗拉强度 断后延伸率
180℃-6h 385MPa 27％
140℃-2h-180℃-6h 390MPa 30％
实施例6
取四组固溶试样每组试样取两个电磁单向拉伸试样，拉伸试样根据GB/G228-2002《金属材料拉伸试验方法》加工制定。将固溶淬火试样在预时效140℃下保温2h终时效180℃下保温6h，试样空冷，最后在放电能量为8.63kJ、10.63kJ、12.89kJ、15.34kJ的条件下进行电磁单向拉伸成形。将试样进行将试样进行DSC热分析，HRTEM和HAADF组织分析和拉伸测试，所用测试仪器型号与实施例一相同。抗拉强度和断后延伸率如图5所示。其中图5说明了在电磁成形放电能量为10.63kJ，变形量为20％时，抗拉强度达到最大，其值为441MPa。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种铝合金形变热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)固溶淬火，将2219铝合金试样在加热炉中以530℃-540℃温度保温35-45min；
(2)双级时效处理，将固溶淬火后的试样放入加热炉作双级时效处理，其中预时效温度100℃-160℃，预时效时间2h-8h，终时效温度170℃-230℃，终时效时间4h-12h；
(3)电磁成形，将经双级时效处理后的试样置入模具，进行电磁成形，电磁成形的放电能量为8.63-15.34KJ，变形量为10％-24％。
2.根据权利要求1所述的铝合金形变热处理方法，其特征在于，通过在535℃下固溶处理40min，随后进行双级时效140℃-2h-180℃-6h处理。
3.根据权利要求1所述的铝合金形变热处理方法，其特征在于，通过530℃，45min的固溶处理，100℃-2h-170℃-4h的时效处理，再进行电磁成形处理。
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