CN110438422B - 一种增材制造2219铝合金的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增材制造2219铝合金的热处理方法,属于金属增材制造的热处理领域。所述的热处理方法包括:先将2219铝合金成形构件放置在温度为500℃~550℃的热处理炉中保温1h~5h,得到固溶处理的铝合金构件;再置于10℃~30℃的水中进行淬火处理,淬火转移时间为5s~20s;然后置于热处理炉中随炉加热至150℃~250℃,保温4h~10h,最后空冷至室温。本发明热处理过程操作简便,效率较高;同时,热处理后2219铝合金构件的Cu元素偏析得到改善,粗大共晶组织大大减少,强度和韧性得到很好的提高,可满足航空航天产品对高强度、高韧性2219铝合金构件的要求。
Description
技术领域
本发明属于增材制造的热处理领域,涉及一种增材制造2219铝合金的热处理方法。
背景技术
2系(2219铝合金)铝合金广泛应用于航空航天等领域的金属结构零件,所需的零件结构日益复杂,性能日益提高。增材制造技术可以利用三维模型直接成形出形状复杂的结构,有效缩短加工周期,提高产品质量,在高端装备的研制中拥有巨大的市场价值和应用前景。
通过增材制造技术成形的2219铝合金构件Cu元素偏析严重,粗大、网状的共晶组织沿晶界分布。相比于铝基体,共晶组织韧性较差。当承受拉伸载荷时,初生裂纹源沿共晶组织扩展,最后造成断裂,导致2219铝合金构件强度低、韧性差,无法直接使用。这就导致2219铝合金构件必须通过热处理的方法控制铝基体中共晶组织的形态与分布。此外,传统的铝合金T6态热处理对2219铝合金激光-TIG电弧复合构件的适应性不好,组织的改善与力学性能的提升均受到了极大的限制。基于上述因素,选择合适的热处理工艺对于改善Cu元素偏析、共晶组织的分布和提高力学性能至关重要。
中国专利CN105734470A公开了一种沉积态2219铝合金的热处理方法,此方法需要在500℃下对2219铝合金进行均匀化处理20h,然后在160℃~190℃下时效处理14h~28h,最后冷却至室温。此方法热处理持续时间较长,效率较低且浪费能源。
发明内容
本发明目的在于提供一种增材制造2219铝合金的热处理方法,改善Cu元素偏析,以得到力学性能良好的铝合金构件,可满足航空航天产品的要求。
本发明采用的技术方案为:
一种增材制造2219铝合金的热处理方法,首先采用增材制造方法制得2219铝合金成形构件,再对2219铝合金成形构件进行热处理,热处理过程包括以下步骤:
第一步,将热处理炉温度升高至500℃~550℃,将2219铝合金成形构件置于热处理炉中保温1h~5h,进行固溶处理。
第二步,将固溶处理完成的构件从热处理炉中取出,置于10℃~30℃的水中进行淬火处理,得到淬火完成后的铝合金构件。其中,淬火处理将铝合金从高温转移到水中冷却,转移时间为5s~20s。
第三步,将淬火后的铝合金构件置于热处理炉中随炉加热至150℃~250℃,保温4h~10h,得到时效处理的铝合金构件。
第四步,将时效后的铝合金构件置于空气中冷却至室温。
进一步的,步骤一中所述的热处理炉以10℃/min~20℃/min的升温速率加热至500℃~550℃。
进一步的,步骤三中所述的热处理炉以20℃/min~30℃/min的升温速率加热至150℃~250℃。
进一步的,所述的增材制造方法为TIG电弧增材制造或激光-TIG电弧复合增材制造,材料均为2219铝合金焊丝,2219铝合金焊丝直径为0.8mm~2.0mm。TIG电弧增材制造过程中:成形时电弧电流为90A~190A、扫描速度为200mm/min~500mm/min、送丝速度为600mm/min~1500mm/min。激光-TIG电弧复合增材制造过程中:成形时激光功率为200W~400W、电弧电流为70A~170A、扫描速度为200mm/min~500mm/min、送丝速度为600mm/min~1500mm/min。
本发明具有以下有益效果:
本发明与增材制造技术相结合可以在不经过铸造、轧制的情况下实现2219铝合金构件的快速制造,大大缩短生产周期,提高生产效率。与其他铝合金热处理方法相比,本方法简便易行,效率较高。热处理得到的2219铝合金构件,Cu元素偏析得到改善,组织得到均匀化,大幅度提高其屈服强度和抗拉强度,断后伸长率高于传统锻造T6态2219铝合金。构件在提高强度的同时,韧性也得到了保障,可满足一些航空航天产品对铝合金构件高强度、高韧性的要求。
附图说明
图1为实施例1中沉积态2219铝合金激光-TIG电弧复合增材制造构件的微观组织扫描电镜图片。
图2为实施例1中经热处理后2219铝合金构件的微观组织扫描电镜图片。
图3为实施例1中沉积态2219铝合金激光-TIG电弧复合增材制造构件的元素分布扫描电镜图片。(a)为扫描电镜图片;(b)为Al元素分布图片;(c)为Cu元素分布图片。
图4为实施例1中经热处理后2219铝合金构件的元素分布扫描电镜图片。(a)为扫描电镜图片;(b)为Al元素分布图片;(c)为Cu元素分布图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供了一种激光-TIG电弧复合增材制造2219合金的热处理方法,实现高强度、高韧性铝合金构件的快速制造。步骤如下:
一、激光-TIG电弧复合增材制造成形2219铝合金构件,材料为直径1.2mm的2219铝合金焊丝。成形时激光功率为350W、电弧电流为130A、扫描速度为250mm/min、送丝速度为1000mm/min。
二、将热处理炉以10℃/min的升温速率加热至535℃,将2219铝合金构件放入热处理炉中,保温3h,完成固溶处理。
三、将固溶处理完成的2219合金构件从热处理炉中取出,转移时间小于10s,置于20℃的水中进行淬火处理,得到淬火完成后的铝合金构件。
四、将淬火后的铝合金构件置于热处理炉中,升温速率为20℃/min,随炉加热至175℃,保温6h,得到时效处理的铝合金构件。
五、将时效后的铝合金构件置于空气中冷却至室温。
沉积态2219铝合金激光-TIG电弧增材制造构件的微观组织扫描电镜图片如图1所示,热处理后的微观组织图片如图2所示,可以看出沉积态构件中白色网状共晶组织(α-Al+Al2Cu)沿晶界连续分布,热处理后,白色网状共晶组织变为离散颗粒状或短棒状。沉积态2219铝合金激光-TIG电弧复合增材制造构件的元素分布扫描电镜图片如图3所示,热处理后的元素分布图片如图4所示,可以看出Cu元素的偏析得到改善,分布更加均匀。
微观组织的转变影响其力学性能,对热处理得到的构件按国标GB/T228.1-2010金属材料室温拉伸试验方法测试其力学性能,选取三个试样进行测试,测试结果如表1所示,抗拉强度为407MPa,屈服强度为242MPa,断后伸长率为15.1%。后续热处理后,构件强度不仅高于沉积态构件,断后伸长率也提升至15.1%。
表1构件力学性能参数表
实施例2
本发明提供了一种激光-TIG电弧复合增材制造2219合金的热处理方法,实现高强度、高韧性铝合金构件的快速制造。步骤如下:
一、激光-TIG电弧复合增材制造成形2219铝合金构件,材料为直径1.8mm的2219铝合金焊丝。成形时激光功率为400W、电弧电流为170A、扫描速度为450mm/min、送丝速度为1500mm/min。
二、将热处理炉以20℃/min的升温速率加热至540℃,将2219铝合金构件放入热处理炉中,保温1h,完成固溶处理。
三、将固溶处理完成的2219合金构件从热处理炉中取出,转移时间小于10s,置于30℃的水中进行淬火处理,得到淬火完成后的铝合金构件。
四、将淬火后的铝合金构件置于热处理炉中,升温速率为30℃/min,随炉加热至250℃,保温4h,得到时效处理的铝合金构件。
五、将时效后的铝合金构件置于空气中冷却至室温,得到热处理后的构件。
经上述热处理工艺后的2219铝合金构件,共晶组织的形态变为细小的短棒状,Cu元素偏析得到改善,组织明显均匀化;其强度达到不低于400MPa,同时断后伸长率达到15%以上。
实施例3
本发明提供了一种TIG电弧增材制造2219合金的热处理方法,实现高强度、高韧性铝合金构件的快速制造。步骤如下:
一、TIG电弧复合增材制造成形2219铝合金构件,材料为直径0.8mm的2219铝合金焊丝。成形时电弧电流为150A,扫描速度为350mm/min,送丝速度为800mm/min。
二、将热处理炉以15℃/min的升温速率加热至500℃,将2219铝合金构件放入热处理炉中,保温5h,完成固溶处理。
三、将固溶处理完成的2219合金构件从热处理炉中取出,转移时间小于10s,置于10℃的水中进行淬火处理,得到淬火完成后的铝合金构件。
四、将淬火后的铝合金构件置于热处理炉中,升温速率为25℃/min,随炉加热至150℃,保温10h,得到时效处理的铝合金构件。
五、将时效后的铝合金构件置于空气中冷却至室温,得到热处理后的构件。
经上述热处理工艺后的2219铝合金构件,共晶组织的形态变为细小的短棒状,Cu元素偏析得到改善,组织明显均匀化;其强度达到不低于400MPa,同时断后伸长率达到15%以上,可满足一些航空航天产品对铝合金构件高强度、高韧性的要求。
以上所述过程仅为本发明较佳的具体实施方式,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种增材制造2219铝合金的热处理方法,其特征在于,首先采用增材制造方法制得2219铝合金成形构件,再对2219铝合金成形构件进行热处理,所述的热处理方法包括以下步骤:
第一步,将热处理炉温度升高至500℃~550℃,将2219铝合金成形构件置于热处理炉中保温3h,进行固溶处理;所述的热处理炉以10℃/min~20℃/min的升温速率加热至500℃~550℃;
第二步,将固溶处理完成的构件从热处理炉中取出,置于10℃~30℃的水中进行淬火处理,得到淬火完成后的铝合金构件;其中,淬火处理将铝合金从高温转移到水中冷却,转移时间为5s~20s;
第三步,将淬火后的铝合金构件置于热处理炉中随炉加热至150℃~250℃,保温4h~10h,得到时效处理的铝合金构件;所述的热处理炉以20℃/min~30℃/min的升温速率加热至150℃~250℃;
第四步,将时效后的铝合金构件置于空气中冷却至室温;
所述的增材制造方法为TIG电弧增材制造,材料为2219铝合金焊丝,2219铝合金焊丝直径为0.8mm~2.0mm;TIG电弧增材制造过程中:成形时电弧电流为90A~190A、扫描速度为200mm/min~500mm/min、送丝速度为600mm/min~1500mm/min。
2.一种增材制造2219铝合金的热处理方法,其特征在于,首先采用增材制造方法制得2219铝合金成形构件,再对2219铝合金成形构件进行热处理,所述的热处理方法包括以下步骤:
第一步,将热处理炉温度升高至500℃~550℃,将2219铝合金成形构件置于热处理炉中保温3h,进行固溶处理;所述的热处理炉以10℃/min~20℃/min的升温速率加热至500℃~550℃;
第二步,将固溶处理完成的构件从热处理炉中取出,置于10℃~30℃的水中进行淬火处理,得到淬火完成后的铝合金构件;其中,淬火处理将铝合金从高温转移到水中冷却,转移时间为5s~20s;
第三步,将淬火后的铝合金构件置于热处理炉中随炉加热至150℃~250℃,保温4h~10h,得到时效处理的铝合金构件;所述的热处理炉以20℃/min~30℃/min的升温速率加热至150℃~250℃;
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所述的增材制造方法为激光-TIG电弧复合增材制造,材料为2219铝合金焊丝,2219铝合金焊丝直径为0.8mm~2.0mm;激光-TIG电弧复合增材制造过程中:成形时激光功率为200W~400W、电弧电流为70A~170A、扫描速度为200mm/min~500mm/min、送丝速度为600mm/min~1500mm/min。
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