CN108642410A - 一种提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法 - Google Patents

一种提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铝合金板材综合力学性能的工艺方法，该工艺包括以下步骤：备料、均热、多轴锻造、机加、铣面、加热、分温度段变形、热处理、矫直、锯切等，其中分温度段变形包括以下过程：将加热后的锻坯在热轧机进行高温轧制、中温热压缩，将热压缩后的板材转移至热轧机上进行中温轧制，冷精轧制，控制冷精轧制的变形量为总加工率的10％左右。

Description

一种提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法
技术领域
本发明涉及铝合金成形和热处理技术领域，尤其涉及一种提高2A14铝合金板材综合力学性能的工艺方法。
背景技术
2A14铝合金属于Al-Cu-Mg系高强度锻造合金，作为重要的航空航天，船舶和交通运输用结构材料，其具有工艺性能良好，热塑性好和工作温度较高等优点，主要用于耐热可焊的结构件，形状复杂的锻件，精密模锻件和板材等。现有技术中，2A14铝合金板材的常规工艺方法是对均匀化退火后的铝合金铸锭进行热轧，热轧后进行剪切、矫直并在线淬火，淬火后根据生产需要进行预拉伸或冷轧，最后进行时效和精整，经过这种工艺方法得到的合金组织不均匀，晶粒粗大，并且存在热处理后析出相不完全的问题，造成材料性能不稳定，力学性能较低。随着国家航空航天和交通运输工业的飞速发展，对制备高强高韧和性能稳定的铝合金薄板提出了更高的要求，由于大尺寸铝合金铸锭存在组织不均匀、晶粒粗大和成分偏析等现象，采用常规轧制成形方法存在变形不均匀，难以轧制透的问题。通过多轴锻造制坯和分温度段轧制，对合金锭施加大的塑性变形，以促进残余相的充分破碎和溶解，改善微观组织和细化晶粒，从而提高材料的综合力学性能，获得组织性能优良的2A14铝合金板材。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种提高2A14铝合金板材综合力学性能的工艺方法，本工艺方法处理后的铝合金板材强度和塑性同时得到提高，且板面平整，组织均匀细小。
为实现上述目的，本发明公开的一种提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，所采用的工艺方法包括以下步骤：
(1)备料：将半连续铸造的铝合金方铸锭按照工艺要求锯切,得原材料；
(2)均热：将步骤(1)所得原材料在室温装炉，加热至490±5℃保温6-12小时；然后继续升温加热至530±5℃保温4小时，再降温至460±5℃保温2小时进行均匀化热处理，得均匀化热处理原材料；
(3)多轴锻造：将步骤(2)所得均匀化热处理原材料进行锻造，保证始锻温度为420-460℃，终锻温度≥400℃，在3600T液压机上进行五镦四拔多轴锻造开坯，所述多轴锻造过程为：先Z向镦粗1次，然后X向拔长、镦粗2次，Y向拔长、镦粗1次，最后再Z向拔长、镦粗1次，并平整锻坯外形，得锻坯；
(4)机加、铣面、加热：将步骤(3)所得锻坯着色探伤，清理锻坯各表面的锻造缺陷，铣面并保证Y向上下两个表面的平行度，将机加、铣面后的锻坯室温装炉，加热至440±5℃，得加热锻坯；
(5)分温度段变形：将步骤(4)所得加热锻坯分温度段变形，包括以下过程，分段过程一，进行高温轧制，得热轧后的轧坯；分段过程二，将热轧后的轧坯转移至液压机上进行中温热压缩变形；分段过程三，中温压缩变形完成后再进行中温轧制，板料冷却至室温；分段过程四，板料冷却至室温后再进行冷精轧变形，得轧制后的板材。
(6)热处理：将步骤(5)所得轧制后的板材，室温装炉加热至400±3℃保温30min进行高温短时退火，再以50℃/h升温速度继续升温至500±3℃，保温3-6小时进行固溶水淬，从淬火水中取出后3小时内进行双级时效，得热处理板材；
(7)矫直、锯切：将步骤(6)所得热处理板材空冷至室温，采用矫直机对冷却后的板材进行矫直，切边处理后用锯床将板材锯切成成品尺寸。
优选的本发明所述步骤(2)的均热方法为三级均匀化热处理，从490±5℃升温至530±5℃的时间为2小时，从530±5℃降温至460±5℃的时间为4小时。
优选的本发明所述步骤(3)多轴锻造过程中X向每次拔长、镦粗变形量为40％-50％，Y向每次拔长、镦粗变形量为45％-55％，Z向每次拔长、镦粗变形量为50％-60％。
优选的本发明所述步骤(5)分温度段变形，包括以下过程：分段过程一，将加热后的锻坯在热轧机进行高温轧制，保证热终轧温度≥380℃，高温轧制变形量为总加工率的50％-60％，得热轧后的轧坯；分段过程二，将热轧后的轧坯转移至液压机上进行中温热压缩，控制热压缩温度在280-320℃，热压缩终了温度≥280℃，中温热压缩变形量为总加工率的10％；分段过程三，将中温热压缩后的板材转移至热轧机上进行中温轧制，控制轧板温度为180-220℃，热终轧温度≥180℃，中温轧制变形量为总加工率的10％，板材冷却至室温；分段过程四，冷却至室温的板材进行冷精轧制，控制冷精轧制变形量为总加工率的10％，得轧制后的板材。
优选的本发明所述步骤(5)分温度段变形的总加工率为80％-90％。
优选的本发明所述步骤(6)的淬火水温为45±2℃，水中淬火时间为3-20min，双级时效为：第一级时效，板材室温装炉升温至90-110℃保温1-3h，空冷；第二级时效，板材到温装炉，在150-160℃保温4-8h，时效结束后空冷。
优选的本发明所述步骤(6)多轴锻造前预热砧板等工装夹具至300-350℃，锻造开坯时用大于锻造过程中最大锻坯外形尺寸的方砧板进行锻造。
优选的本发明所述步骤(5)分温度阶段变形时在锻坯和模具表面均匀涂覆具有高吸收率且有润滑作用的纳米润滑剂。
优选的本发明所述铝合金板材为2A14铝合金板材。
本发明的有益效果：
本发明的提高2A14铝合金板材综合力学性能的工艺方法，通过多轴锻造制坯和分温度段变形能够提高变形的均匀性，增加晶粒中的位错积累，促进粗大残余相破碎和溶解，板材成形并通过热处理后的晶粒尺寸细小均匀，强度和塑性均得到提高。
附图说明
图1：为本发明的分温度段变形工艺示意图。
图2：为本发明的热处理工艺示意图。
图3：为本发明热处理后的铝合金板材微观组织图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方式进行详细说明。
实施例1：一种提高2A14铝合金板材综合力学性能的工艺方法如下：
(1)备料：将通过半连续铸造的铝合金方铸锭按照工艺要求锯切所需重量和尺寸，锻造前用记号笔在坯料端面标记，以区分锻造时的三个方向,得原材料；
(2)均热：将步骤(1)所得原材料在室温装炉，按功率(≤150℃/h)升温至490±5℃保温7.5小时；然后经过2小时升温至530±5℃，保温4小时，再经过4小时降温至460±5℃，在此温度下保温2小时进行均匀化热处理，并保证炉温的均匀性，得均匀化热处理原材料；
(3)多轴锻造：将步骤(2)所得均匀化热处理原材料进行锻造，保持始锻温度为420℃～460℃，终锻温度≥400℃，在3600T液压机上进行五镦四拔多轴锻造开坯，所述多轴锻造过程为：先轴向(Z向)镦粗1次，变形量为55％左右；然后X向拔长、镦粗2次，每次拔长、镦粗的变形量为45％左右；Y向拔长、镦粗1次，每次拔长、镦粗的变形量为50％左右；最后再Z向拔长、镦粗1次，每次拔长、镦粗的变形量为55％左右，锻造结束后平整锻坯外形，整个锻造过程中上砧板的下压速度均为30mm/s左右，若锻坯温度低于400℃则应及时回炉加热，得锻坯；
(4)机加、铣面、加热：将步骤(3)所得锻坯着色探伤，清理锻坯各表面的锻造缺陷，如锻坯表面的氧化皮、分层、折叠和裂纹等，铣面并保证Y向上下两个表面的平行度，将机加、铣面后的锻坯室温装炉，加热至440±5℃，保温4小时，得加热锻坯；
(5)分温度段变形：将步骤(4)所得加热锻坯分温度段变形，包括以下过程，分段过程一，进行高温轧制，得热轧后的轧坯；分段过程二，将热轧后的轧坯转移至液压机上进行中温热压缩变形；分段过程三，中温压缩变形完成后再进行中温轧制，板料冷却至室温，板料冷却至室温后再进行冷精轧变形，得轧制后的板材，所述分温度段变形的总加工率为80％-90％；分段过程四，具体如下：分段过程一，将加热后的锻坯在热轧机进行高温轧制，保证热终轧温度≥380℃，高温轧制变形量为总加工率的50％-60％，分3道次平均轧制成形，并调整下温度段中温轧制时轧辊等工装夹具的温度至150℃-200℃；分段过程二，将热轧后的轧坯转移至液压机上进行中温热压缩，控制热压缩温度在280℃-320℃，热压缩终了温度≥280℃，中温压缩变形量为总加工率的10％左右；分段过程三，将热压缩后的板材转移至轧机上进行中温轧制，控制轧板温度为180℃-220℃，热终轧温度≥180℃，中温轧制变形量为总加工率的10％左右，1道次轧制成形；分段过程四，待热轧板材冷却至室温时进行冷精轧制，根据成品厚度要求经过2道次轧制成形，控制冷精轧制变形量为总加工率的10％；
(6)热处理：将步骤(5)所得轧制后的板材，室温装炉，按功率(≤150℃/h)加热至400±3℃保温30min进行高温短时退火，再以50℃/h升温速度继续升温至500±3℃，保温3小时进行固溶水淬，淬火转移时间7s，淬火水温为45±2℃，淬火时间为10min，从水中取出风干后3小时内进行双级时效：第一级时效：板材室温装炉升温至100℃保温2h，空冷；第二级时效，板材到温装炉，在157℃保温5h，时效结束后空冷，得热处理板材；
(7)矫直、锯切：将步骤(6)所得热处理板材空冷至室温，采用矫直机对冷却后的板材进行矫直，切边处理后用锯床将板材锯切成成品尺寸。
其中，在步骤3的变形过程中，多轴锻造前预热砧板等工装夹具至300-350℃，锻造开坯时用大于锻造过程中最大锻坯外形尺寸的方砧板进行锻造，以提高变形的均匀性和同步性；步骤6分温度阶段变形时在铝合金轧坯和模具表面均匀涂覆具有高吸收率且有润滑作用的纳米润滑剂；
如图3所示，是热处理后的铝合金板材微观组织图，可以观察到铝合金板材组织均匀细小。与此同时，对热处理后的铝合金板材进行力学性能测试，其力学性能为抗拉强度462.3MPa，屈服强度363.5MPa，延伸率16.3％，硬度127HBS，各项性能均能满足航空航天领域的要求。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，其特征在于，该工艺方法包括以下步骤：
(1)备料：将半连续铸造的铝合金方铸锭按照工艺要求锯切,得原材料；
(2)均热：将步骤(1)所得原材料在室温装炉，加热至490±5℃保温6-12小时；然后继续升温加热至530±5℃保温4小时，再降温至460±5℃保温2小时进行均匀化热处理，得均匀化热处理原材料；
(3)多轴锻造：将步骤(2)所得均匀化热处理原材料进行锻造，保证始锻温度为420-460℃，终锻温度≥400℃，在3600T液压机上进行五镦四拔多轴锻造开坯，所述多轴锻造过程为：先Z向镦粗1次，然后X向拔长、镦粗2次，Y向拔长、镦粗1次，最后再Z向拔长、镦粗1次，并平整锻坯外形，得锻坯；
(4)机加、铣面、加热：将步骤(3)所得锻坯着色探伤，清理锻坯各表面的锻造缺陷，铣面并保证Y向上下两个表面的平行度，将机加、铣面后的锻坯室温装炉，加热至440±5℃，得加热锻坯；
(5)分温度段变形：将步骤(4)所得加热锻坯分温度段变形，包括以下过程，分段过程一，进行高温轧制，得热轧后的轧坯；分段过程二，将热轧后的轧坯转移至液压机上进行中温热压缩变形；分段过程三，中温压缩变形完成后再进行中温轧制，板料冷却至室温；分段过程四，板料冷却至室温后再进行冷精轧变形，得轧制后的板材；
(6)热处理：将步骤(5)所得轧制后的板材，室温装炉加热至400±3℃保温30min进行高温短时退火，再以50℃/h升温速度继续升温至500±3℃，保温3-6小时进行固溶水淬，从淬火水中取出后3小时内进行双级时效，得热处理板材；
(7)矫直、锯切：将步骤(6)所得热处理板材空冷至室温，采用矫直机对冷却后的板材进行矫直，切边处理后用锯床将板材锯切成成品尺寸。
2.根据权利要求1所述提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，其特征在于，所述步骤(2)的均热方法为三级均匀化热处理，从490±5℃升温至530±5℃的时间为2小时，从530±5℃降温至460±5℃的时间为4小时。
3.根据权利要求1所述提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，其特征在于，所述步骤(3)多轴锻造过程中X向每次拔长、镦粗变形量为40％-50％，Y向每次拔长、镦粗变形量为45％-55％，Z向每次拔长、镦粗变形量为50％-60％。
4.根据权利要求1所述提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，其特征在于，所述步骤(5)分温度段变形，包括以下过程：分段过程一，将加热后的锻坯在热轧机进行高温轧制，保证热终轧温度≥380℃，高温轧制变形量为总加工率的50％-60％，得热轧后的轧坯；分段过程二，将热轧后的轧坯转移至液压机上进行中温热压缩，控制热压缩温度在280-320℃，热压缩终了温度≥280℃，中温热压缩变形量为总加工率的10％；分段过程三，将中温热压缩后的板材转移至热轧机上进行中温轧制，控制轧板温度为180-220℃，热终轧温度≥180℃，中温轧制变形量为总加工率的10％，板材冷却至室温；分段过程四，冷却至室温的板材进行冷精轧制，控制冷精轧制变形量为总加工率的10％，得轧制后的板材。
5.根据权利要求1所述提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，其特征在于，所述步骤(5)分温度段变形的总加工率为80％-90％。
6.根据权利要求1所述提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，其特征在于，所述步骤(6)的淬火水温为45±2℃，水中淬火时间为3-20min，双级时效为：第一级时效，板材室温装炉升温至90-110℃保温1-3h，空冷；第二级时效，板材到温装炉，在150-160℃保温4-8h，时效结束后空冷。
7.根据权利要求1所述提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，其特征在于，所述步骤(6)多轴锻造前预热工装夹具至300-350℃，锻造开坯时用大于锻造过程中最大锻坯外形尺寸的方砧板进行锻造。
8.根据权利要求1所述提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，其特征在于，所述步骤(5)分温度阶段变形时在锻坯和模具表面均匀涂覆纳米润滑剂。
9.根据权利要求1-8任一项所述的提高铝合金板材综合力学性能的工艺方法，其特征在于，所述铝合金板材为2A14铝合金板材。
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