CN107151767A - 一种Al‑Cu‑Mg合金同步强韧化加工工艺 - Google Patents

一种Al‑Cu‑Mg合金同步强韧化加工工艺 Download PDF

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杨志卿
赵云龙
马秀良
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    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
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Abstract

本发明属于有色金属强化处理领域，特别是涉及到一种在航空、航天和交通运输行业应用广泛地Al‑Cu‑Mg铝合金同步强韧化加工工艺方法。该方法包括合金的固溶处理、淬火、室温条件下的冷轧处理、人工时效处理和自然时效等步骤，提高了该系合金的抗拉强度极限、屈服强度极限和延伸率。与传统的T351工艺方法比较，通过该加工工艺处理的合金屈服强度提升了64％，伸长率提高95％，达到了同时提高合金强度和塑性的目的。利用现有的轧制和热处理设备，在常温下经济地生产出具有更高屈服强度和更好延伸率的2×××系列合金，从而满足航空、航天和交通运输企业对该系合金性能的更高需求。

Description

一种Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺
技术领域
本发明属于有色金属强化处理领域，特别是涉及到一种在航空、航天和交通运输行业应用广泛地Al-Cu-Mg铝合金同步强韧化加工工艺方法。
背景技术
现有的工业上广泛应用Al-Cu-Mg铝合金，是常见的可热处理强化型合金。国外代号为2×××系列合金，国内代号为LY××系列合金。由于该合金体系应用多年，各工业企业采用一种规定性热处理方法。其方法为：495℃条件下固溶化处理后为增加强度施以室温条件下5％左右的永久冷拉伸变形以去除残留应力，再经室温条件下的自然时效(即T351加工工艺方法)。经该工艺处理后合金具有较高的强度(400MPa左右)、优异的抗疲劳性能和一定的抗腐蚀能力。
为了满足航空、航天和交通运输业对该系列铝合金综合性能的要求，充分挖掘合金的使用性能，近年来国际上出现了利用等径角挤压(ECAP,Equal Channel AngularPressing)，高压扭转(HPT,High Pressure Torsion)，摩擦搅拌(FSP，Friction StirProcessing)和反复叠轧等剧烈塑性变形方法显著提高纯金属和合金的强度的报道。但大都无法解决合金强韧性“倒置关系”的难题。
由于2系列铝合金是可热处理型合金，通过热处理可以调控铝合金组织结构，因而目前可以利用剧烈索性变形和热处理结合的方法提高该系合金的性能。
Cheng等利用液氮条件下冷轧变形和随后的时效处理可使2xxx和7xxx系列铝合金的屈服强度分别达到580MPa和650MPa，伸长率分别达到18％和8.9％。Kim等利用ECAP和时效方式使2xxx合金显著提高强度的同时保持较高伸长率。但液氮环境下的轧制工艺适于实验性质的理论研究，不适于工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，通过剧烈塑性变形加上淬火后的时效处理方法，其加工工艺简便、步骤简洁、操作方便的适于工业生产、有效挖掘合金性能，且有效解决铝合金强塑性“倒置关系”。
本发明的技术方案是：
一种Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，采用室温条件下冷轧加人工时效处理，其主要步骤如下：
第一步：固溶处理：样品进行495℃±10℃条件下50～70min的固溶处理；
第二步：水淬处理：将样品取出后立即投入到温度为20～30℃水中，保持时间为20～40min；
第三步：室温冷轧加工：在室温冷轧将上述切割后样品进行冷轧，控制每次压缩比不超过5％，进行多道次小压缩量冷轧；
第四步：人工时效处理：在185℃±10℃不同时间的时效热处理。
所述的Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，固溶后水淬处理时，样品转移时间<3s。
所述的Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，压缩比为：(压缩前板料厚度-压塑后板料厚度)/压缩前板料厚度，总压缩比为10％至50％。
所述的Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，时效时间不超过800min。
所述的Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，时效时间优选为600～780min。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺包括合金的固溶处理、淬火、室温条件下的冷轧处理、人工时效处理和自然时效等步骤，提高了该系合金的抗拉强度极限、屈服强度极限和延伸率。与传统的T351工艺方法比较，通过该加工工艺处理的合金屈服强度提升了64％，伸长率提高95％，达到了同时提高合金强度和塑性的目的。
2、采用本发明加工工艺可以用于型材生产企业，在不增加设备投入条件下，利用现有的轧制和热处理设备，在常温下经济地生产出具有更高屈服强度和更好延伸率的2×××系列合金，从而满足航空、航天和交通运输企业对该系合金性能的更高需求。
3、本发明工艺方法简单、操作方便、可显著提升铝合金强塑性配合，又适于工业化应用。
附图说明
图1(a)-图1(b)为T351处理样品与同步强韧化加工工艺样品的σ0.2和δ比较。其中，图1(a)为σ0.2随时效时间变化曲线，图1(b)为δ随时效时间变化曲线。
具体实施方式
下面，结合实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，对厚度为t＝5mm的板状2024铝合金样品的同步强韧化加工，该Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，包括以下步骤：
步骤一、固溶处理：将箱式电阻炉的温度调控至490℃，当温度达到设定值时将样品放于箱式电阻炉中进行495℃×60min的固溶时效处理，固溶时效处理时温差严格控制在±5℃范围内。
步骤二、水淬处理：将样品从箱式电阻炉中取出后立即投入到温度为25℃水中，保持时间为30min，转移时间不要超过3s。
步骤三、冷轧处理：水淬后样品进行室温条件下的多道次小压缩量的冷轧加工。压缩比定义为：(压缩前板料厚度-压塑后板料厚度)/压缩前板料厚度。单次压缩比不超过5％，总压缩比为10％至50％。
步骤三、人工时效处理：时效温度为185℃±10℃，时效时间不超过800min(一般为600min至780min)。
如图1(a)-图1(b)所示，通过实测可得，与T351处理方法比较，同步强韧化加工工艺的样品屈服强度提升了64％，伸长率提高95％。结果表明，本发明同步强韧化加工工艺有效地解决了合金强度提过程中韧度的下降的“倒置关系”，使合金具有了更好的强韧性配合。

Claims (5)

1.一种Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，其特征在于，采用室温条件下冷轧加人工时效处理，其主要步骤如下：
第一步：固溶处理：样品进行495℃±10℃条件下50～70min的固溶处理；
第二步：水淬处理：将样品取出后立即投入到温度为20～30℃水中，保持时间为20～40min；
第三步：室温冷轧加工：在室温冷轧将上述切割后样品进行冷轧，控制每次压缩比不超过5％，进行多道次小压缩量冷轧；
第四步：人工时效处理：在185℃±10℃不同时间的时效热处理。
2.按照权利要求1所述的Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，其特征在于，固溶后水淬处理时，样品转移时间<3s。
3.按照权利要求1所述的Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，其特征在于，压缩比为：(压缩前板料厚度-压塑后板料厚度)/压缩前板料厚度，总压缩比为10％至50％。
4.按照权利要求1所述的Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，其特征在于，时效时间不超过800min。
5.按照权利要求1所述的Al-Cu-Mg合金同步强韧化加工工艺，其特征在于，时效时间优选为600～780min。
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