CN109402539B - 一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法，包括以下步骤：A、将铝合金棒材进行人工预时效处理，其中，人工预时效温度为120±5℃，保温时间为12小时，随后空冷至室温；B、对步骤A得到的铝合金棒材进行固溶处理,其中，固溶温度为465±5℃；保温时间按棒材直径尺寸确定，随后水冷至室温；C、对步骤B得到的铝合金棒材进行人工时效处理，其中，人工时效温度为140±5℃；保温时间为16小时，随后空冷至室温；D、对步骤C得到的铝合金棒材进行消除应力人工时效处理，其中，消除应力人工时效温度为120±5℃；保温时间为12小时，随后空冷至室温。

Description

一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法

技术领域

本发明涉及一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法。

背景技术

高强度超硬铝型合金是AL-Zn-Mg-Cu系可热处理强化铝合金，其特点是具有高的抗拉强度，屈服强度接近抗拉强度，截面不太厚的挤压半成品和包铝板有良好的耐蚀性。经热处理强化后，材料切削加工性较好，点焊的焊接性良好；但其塑性差，难以加工成型。退火处理后的材料虽然塑性得以提高，但其强度降低严重。通过合理热处理方法细化晶粒，可以改善棒材纵向及径向塑性，提高棒材的综合力学性能。

高强度超硬铝合金强化热处理常用的生产工艺为固溶处理+人工时效，其棒材的径向延伸率在T6状态下只有2.5％，但航天、航空等产品机加件封头、顶盖、压盖类零件需要在T6状态下强度必须满足国标GB/T3191的条件下径向延伸率达到6％以上，是一般工艺条件下延伸率的2倍多。目前用于提高径向延伸率的方法是棒材先进行退火处理后，再进行固溶处理及人工时效处理。这种方法的主要机理是通过退火降低强度来提高径向延伸率，此方法虽能提高径向延伸率，但是径向延伸率还是不能达到6％以上，同时会影响强度降低至不能满足技术要求。

因此，开发一种合理、有效、可行的工艺方法，并显著提高超硬铝合金棒材径向延伸率的热处理方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法，包括以下步骤：

A、将铝合金棒材进行人工预时效处理，其中，人工预时效温度为120±5℃，保温时间为12小时，随后空冷至室温；

B、对步骤A得到的铝合金棒材进行固溶处理,其中，固溶温度为465±5℃；保温时间按棒材直径尺寸确定，50-150min，随后水冷至室温；

C、对步骤B得到的铝合金棒材进行人工时效处理，其中，人工时效温度为140±5℃；保温时间为16小时，随后空冷至室温；

D、对步骤C得到的铝合金棒材进行消除应力人工时效处理，其中，消除应力人工时效温度为120±5℃；保温时间为12小时，随后空冷至室温。

作为优选方式，所述步骤B中，棒材在铝合金空气循环电炉中固溶处理，固溶处理后，棒材出炉至水冷水槽的转移时间小于等于10秒，水槽水温为40℃-60℃。

作为优选方式，所述步骤A中，棒材为高强度超硬铝型合金棒材。

作为优选方式，所述高强度超硬铝型合金棒材为7A09铝合金或7A04铝合金棒材。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用固溶处理前增加预时效的热处理方法对超硬铝合金棒材进行处理，优化材料内部组织，有利于消除原材料内部缺陷及细化晶粒，改善位错分布，使塑性得到更大的提高。

2、本发明采用电炉代替传统硝盐炉固溶处理，在保证产品质量的同时，大大提高了工作效率及安全系数。

3、本发明采用预时效-固溶-人工时效后增加消除应力时效，代替传统的热处理后长时间放置使残余应力自然失放后再后续加工，不仅大大缩短工艺周期，操作简单，且提高生产效率。

4、采用本发明的热处理产品具有优异的综合力学性能，特别是径向延伸率，扩大棒材应用范围，可广泛应用于可热处理强化超硬铝合金，对航天、航空等制造领域的发展有重要意义

附图说明

图1是实施例试样取样位置图。

图2是实施例方案一的产品金相照片。

图3是实施例方案二的产品金相照片。

图4是实施例方案三的产品金相照片。

图5是实施例方案五的产品金相照片。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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。

实施例：

1、试样状态说明

1)选用同牌号两种状态的材料

材料牌号：7A09，材料状态：H112，试样尺寸：25x25mm x150(尺寸150顺纤维方向为纵向拉力试样；尺寸150垂直纤维方向并在径向棒材中心处取为径向拉力试样)。

材料牌号：7A09，材料状态：T6，试样尺寸：25x25mm x150(尺寸150顺纤维方向为纵向拉力试样；尺寸150垂直纤维方向并在径向棒材中心处取为径向拉力试样)。

2)热处理试样取样位置为纵向位置。

2、实验方案

1)实验方案一

①方案流程：

取试样—淬火—分级人工时效—进行室温力学性能测试

②热处理工艺参数及力学性能数据(见表1)

表1方案一热处理工艺参数及力学性能数据表

2)实验方案二

①方案流程：

原棒料退火—取试样—淬火—人工时效—进行室温力学性能测试

②热处理工艺参数及力学性能数据(见表2)

表2方案二热处理工艺参数及力学性能数据表

3)实验方案三

①方案流程：

原棒料预时效—取试样—淬火—人工时效—进行室温力学性能测试

②热处理工艺参数及力学性能数据(见表3)

表3方案三热处理工艺参数及力学性能数据表

4)实验方案四

①方案流程：

原棒料预时效—取试样—铝合金空气循环电炉淬火—人工时效—进行室温力学性能测试

②热处理工艺参数及力学性能数据(见表4)

表4方案四热处理工艺参数及力学性能数据表

5)实验方案五

①方案流程：

原棒料预时效(目的是细化原材料内部组织)—取试样—铝合金空气循环电炉淬火—人工时效—消除应力人工时效—进行室温力学性能测试

②热处理工艺参数及力学性能数据(见表5)

表5方案五热处理工艺参数及力学性能数据表

实验方案的对比

本次实验方案采用同种材料牌号，两种状态的铝合金棒材，经不同的热处理方法进行实验，将所得的力学性能数据进行比对。方案一采用的是传统的热处理工艺进行实验，方案二、方案三、方案四、方案五分别与实施方案一比对分析。进一步阐明采用本发明的热处理方法对提高铝合金棒材径向延伸率效果是最佳的。

1、对比分析一

1)由于分级时效具有综合性能好和生产率高的优点，但其拉伸性能差，不利于提高延伸率效果，故在方案二中改用常规人工时效。

2)方案二对原棒材先进行退火处理，目的是降低强度来提高材料的塑性。

3)方案二力学性能数据与第一方案相比，棒材径向延伸率提高了1％，抗拉强度降低20MPa。

2、对比分析二

1)大直径的棒材中心部位(径向)由于冷却条件差，组织通常为粗大的等轴晶，强度低，塑性差，是造成径向延伸率差的主要原因。因而在方案三中，采用增加预时效利于细化原材料内部组织来提高径向延伸率。

2)方案三在增加预时效的同时降低淬火温度至465℃，以防止内部晶粒粗大达不到细化组织提高径向延伸率的目的，与此同时，材料的强度也会因为细密的内部组织而得到提高，从而达到一箭双雕的效果。

3)方案三力学性能数据与第一方案相比，棒材径向延伸率提高了2％，抗拉强度降低15MPa。

3、对比分析三

1)由于铝合金空气循环电炉相对硝盐炉有淬火变形小，淬火转移时间快的优点，能获得更高机械性能数据。因而在方案四中，采用铝合金空气循环电炉来提高径向延伸率。

2)方案四力学性能数据与第一方案相比，棒材径向延伸率提高了3％，抗拉强度降低5MPa。

4、对比分析四

1)方案五采用原棒材先进行预时效，达到细化原材料内部组织，再利用铝合金空气循环电炉进行热处理淬火+人工时效、热处理后增加消除应力人工时效，达到稳定产品质量及提高综合力学性能的目的.

2)方案五机械性能数据与第一方案相比，棒材径向延伸率提高了4％以上，抗拉强度提高了5MPa以上。

机理分析及结论

附图中金相照片为本实施例中高强度超硬铝合金棒材T6状态径向试样经过热处理后的显微组织。从图2到图5可以看出随着热处理方式的不同材料显微组织的变化。图2为通过现有工艺方案(方案一)处理后的显微组织。从图中可以看出，此时材料的组织由α+合金化合物组成，其中合金化合物晶粒较大，α相分布不均匀。图3为方案二试样的显微组织，相较于现有工艺方案处理后的材料组织变化不大，但α相数量增多，由此可见经过退火处理后溶解在合金相中的合金元素减少，因此合金相得晶格畸变必然减小，因而其硬度和强度会有一定程度的降低，但塑性会有所提高。所以方案二中的试样延伸率相较于原工艺方案的试样延伸率提高。图4为方案三试样的显微组织。由图4可以看出，试样在经过预时效处理过后合金相得到明显细化，细化后的晶粒不仅使材料的塑性和延伸率得到了提高，综合机械性能也得到了一定程度的提高。图5为方案五处理后的试样显微组织。这种经过电炉淬火后的组织更加细密，合金相的晶粒大小更加均匀，因而其塑性、延伸率、综合力学性能都是最好的。

通过分析硝盐槽热处理与电炉热处理的不同点可以得到；电炉固溶加热后，由炉中取出转移到冷却介质中的时间为10秒以内，硝盐槽固溶加热后，由炉中取出转移到冷却介质中的时间在17秒以上，硝盐槽淬火转移时间比电炉淬火转移时间长，故硝盐槽淬火在转移过程中析出过剩相比电炉淬火多，析出的过剩相越多，则固溶体的过饱和度就会下降，后续时效的效果必将降低。机械性能也就越差，这是本次工艺方法中电炉热处理优于硝盐槽热处理的原因。

通过以上对比分析可知，本发明的热处理工艺方法制得的铝合金棒材与传统工艺方法制得的铝合金棒材相比，经本发明热处理工艺方法加工的铝合金棒材强度和塑性都显著提高，特别是径向延伸率获得大幅度提高。

本发明由预时效代替了传统退火，解决了通过退火降低强度来提高径向延伸率造成的径向延伸率提高效果不佳，同时会影响强度降低至不能满足技术要求问题。本发明的预时效起到了细化晶粒，改善分错分布，使材料内部组织均匀度提高，不仅能进一步提高铝合金棒材强度，而且能改善塑性。

本发明由铝合金空气循环电炉代替硝盐炉固溶处理，比硝盐炉淬火转移时间快，同时由分级时效改用常规人工时效。能获得更高力学性能数据。因而此方法起到提高径向延伸率效果。

本发明产品经热处理及机械加工后，采用消除应力人工时效代替传统自然失放应力，本发明的方法能有效起到稳定产品质量及提高力学性能目的，具有更高的强化效果，获得更好力学性能的同时大大缩短了生产同期。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、将铝合金棒材进行人工预时效处理，其中，人工预时效温度为120±5℃，保温时间为12小时，随后空冷至室温；

B、对步骤A得到的铝合金棒材进行固溶处理,其中，固溶温度为465±5℃；保温时间为50-150min，随后水冷至室温；

C、对步骤B得到的铝合金棒材进行人工时效处理，其中，人工时效温度为140±5℃；保温时间为16小时，随后空冷至室温；

D、对步骤C得到的铝合金棒材进行消除应力人工时效处理，其中，消除应力人工时效温度为120±5℃；保温时间为12小时，随后空冷至室温。

2.根据权利要求1所述的一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法，其特征在于：所述步骤B中，棒材在空气循环电炉中固溶处理，固溶处理后，棒材出炉至水冷水槽的转移时间小于等于10秒，水槽水温为40℃-60℃。

3.根据权利要求1所述的一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法，其特征在于：所述步骤A中，棒材为高强度超硬铝型合金棒材。

4.根据权利要求3所述的一种提高铝合金棒材径向延伸率的方法，其特征在于：所述高强度超硬铝型合金棒材为7A09铝合金或7A04铝合金棒材。

Images