CN114875285B - 矿用设备关键合金部件抗腐蚀处理的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿用设备关键合金部件抗腐蚀处理的热处理方法，其中关键合金部件的合金组分包括Al、Cu、Mg、Ag、Mn、Zr。对该关键合金部件进行热处理的工艺步骤包括：S1、均匀化退火处理；S2、固溶处理；S3、淬火；S4、时效处理；S5、空冷。本发明采用上述热处理工艺进行关键合金部件的抗腐蚀处理，操作步骤简单，能够有效提高合金部件在高温高湿环境下的抗腐蚀性能以及使用寿命，减少换件频率，节约材料费用，提高生产效率。

Description

矿用设备关键合金部件抗腐蚀处理的热处理方法
技术领域
本发明涉及矿用合金部件防腐及热处理技术领域，具体涉及一种矿用设备关键合金部件抗腐蚀处理的热处理方法。
背景技术
随着合金材料技术的高速发展，在诸多工业领域内会选用合金材料代替单一材料制备关键部件，以延长设备、部件的使用寿命和使用质量。在矿用设备上，由于受到工作环境的影响，虽然关键金属部件的制备材料选用了合金材料，但其还是会遭到不同程度上的腐蚀，产生零部件的损坏，减少其使用寿命，缩短了更换周期，增加了操作工人的维修劳动量以及生产成本；同时由于零部件的损坏还会影响到整个工业的生产效率，降低产能。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有背景技术存在的不足，提供一种矿用设备关键合金部件抗腐蚀处理的热处理方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：矿用设备关键合金部件抗腐蚀处理的热处理方法，该关键合金部件的合金组分包括Al、Cu、Mg、Ag，且各组分之间的质量分数比为Cu 4～5％、Mg 0～1％、Ag 0～1％，除以上质量分数的组分之外，剩余量为Al。
对所述关键合金部件进行热处理的工艺步骤包括：
S1、均匀化退火处理，将上述关键合金部件放置在加热炉内，加热至450-470℃，保温2-3h，然后随炉冷却至室温。
S2、固溶处理，将步骤S1得到的合金部件再次放入加热炉，在505-525℃的温度条件下保温1-2h。
S3、淬火，将步骤S2处理得到的合金部件急速淬入60-100℃的水中，保持至室温。
S4、时效处理，将步骤S3得到的合金部件加热至180-200℃，保温3-7h，出炉。
S5、空冷，空气冷却至室温。
进一步地，所述关键合金部件的合金组分中还添加有Mn、Zr，其质量分数比为Mn 0～0.5％、Zr 0～0.2％。
更进一步地，所述关键合金部件的合金组分为：4.88％的Cu、0.71％的Mg、0.31％的Mn、0.14％的Zr、0.58％的Ag、余量Al。
进一步地，所述步骤S1中将合金部件放入加热炉中，加热至470℃、保温3h，随炉冷却至室温。
进一步地，所述步骤S2中固溶处理的条件为：加热温度是515℃，保温1.5h。
进一步地，所述步骤S4中时效处理的条件为：加热温度至185℃，保温4h。
进一步地，所述步骤S5中空冷室温下放置至少96h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用上述热处理工艺进行关键合金部件的抗腐蚀处理，操作步骤简单，能够有效提高合金部件在高温高湿环境下的抗腐蚀性能以及使用寿命，减少换件频率，节约材料费用，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明中关键合金部件的合金材料成分表；
图2是关键合金部件采用不同条件固溶处理后的金相组织示图，其中a是505℃下处理后的试样，b是515℃下处理后的试样，c是525℃下处理后的试样；
图3是不同固溶处理试样在剥落腐蚀液中浸泡48h后的宏观形貌，其中a是505℃下处理后的试样，b是515℃下处理后的试样，c是525℃下处理后的试样；
图4是关键合金部件剥落腐蚀极化曲线图；
图5是不同固溶处理试样在晶间腐蚀液中浸泡6h后的形貌，其中a是505℃下处理后的试样，b是515℃下处理后的试样，c是525℃下处理后的试样；
图6是关键合金部件晶间腐蚀极化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。
一种矿用设备关键合金部件，如图1中成分表所示，包括Al、Cu、Mg、Ag、Mn、Zr，其各组分之间的质量分数比为：Cu 4～5％、Mg 0～1％、Ag 0～1％、Mn 0～0.5％、Zr 0～0.2％、余量为Al。更进一步地，所述关键合金部件的合金组分为：4.88％的Cu、0.71％的Mg、0.31％的Mn、0.14％的Zr、0.58％的Ag、余量Al。
实施例1，
对上述关键合金部件进行抗腐蚀的热处理，其加工工艺步骤包括：
S1、均匀化退火处理，将上述关键合金部件放入加热炉内，加热至470℃，保温3h，然后随炉冷却至室温；
S2、固溶处理，将步骤S1得到的合金部件再次放入加热炉，加热至505℃，并在该温度条件下保温1.5h；
S3、淬火，将步骤S2处理得到的合金部件急速淬入60℃的水中，保持至室温；
S4、时效处理，将步骤S3得到的合金部件加热至185℃，保温4h，出炉；
S5、空冷，将步骤S4中处理得到的合金部件放置在室温条件下，空气冷却96h。
实施例2，
对上述关键合金部件进行抗腐蚀的热处理，其加工工艺步骤包括：
S1、均匀化退火处理，将上述关键合金部件放入加热炉内，加热至470℃，保温3h，然后随炉冷却至室温；
S2、固溶处理，将步骤S1得到的合金部件再次放入加热炉，加热至515℃，并在该温度条件下保温1.5h；
S3、淬火，将步骤S2处理得到的合金部件急速淬入60℃的水中，保持至室温；
S4、时效处理，将步骤S3得到的合金部件加热至185℃，保温4h，出炉；
S5、空冷，将步骤S4中处理得到的合金部件放置在室温条件下，空气冷却96h。
实施例3，
对上述关键合金部件进行抗腐蚀的热处理，其加工工艺步骤包括：
S1、均匀化退火处理，将上述关键合金部件放入加热炉内，加热至470℃，保温3h，然后随炉冷却至室温；
S2、固溶处理，将步骤S1得到的合金部件再次放入加热炉，加热至525℃，并在该温度条件下保温1.5h；
S3、淬火，将步骤S2处理得到的合金部件急速淬入60℃的水中，保持至室温；
S4、时效处理，将步骤S3得到的合金部件加热至185℃，保温4h，出炉；
S5、空冷，将步骤S4中处理得到的合金部件放置在室温条件下，空气冷却96h。
对上述三组实施例中经热处理工艺得到的合金部件分别进行硬度测试、金相观察、电化学测试、剥落腐蚀和晶间腐蚀测试，从多角度分析不同处理方法对合金部件抗腐蚀性能的影响。
晶间腐蚀实验参照国家标准ASTM G110进行，保证每升腐蚀液含有57gNaCl+10mlH2O2，面容比为16.67mm2/mL，在恒温水浴箱中(35±2)℃下腐蚀6h。沿垂直于主应变方向切去5mm，冲洗干净重新镶样，磨抛后观察晶间腐蚀，测量腐蚀最大深度，并根据实验标准给出晶间腐蚀等级。剥落腐蚀实验参照ASTM G34标准进行，根据标准，每升腐蚀液含有234gNaCl+50.5gKNO3+6.3ml HNO3，溶液体积与试样面积比为20mL/cm2，实验温度为(25±1)℃，根据腐蚀后表面及洗去腐蚀产物后的宏观形貌对实验样品进行评级。同时，使用CHI600E电化学工作站分别测试合金在晶间腐蚀液和剥落腐蚀液中的极化曲线。采用三电极系，扫描速率为1mV/s。将所得数据用CVIEW2软件进行数据拟合，得出合金在腐蚀液中的腐蚀电流和腐蚀电位。
如图2所示，分别对采用上述三种不同固溶处理条件下得到的关键合金部件进行金相组织观察，其中a是505℃固溶处理条件下得到的试样金相图片，b是515℃固溶处理条件下得到的试样金相图片，c是525℃固溶处理条件下得到的试样金相图片。由图可知，505℃固溶处理的试样合金组织发生再结晶，在晶内和晶界处存在粗大的残留相；随温度升高，515℃固溶处理试样，再结晶晶粒进一步长大。525℃固溶处理试样，粗大残留相减少，同时再结晶晶粒进一步长大。
对采用上述三种不同固溶处理条件下得到的关键合金部件进行显微硬度测试，为确定不同固溶处理试样的硬度，对每一试样的表面矩形中垂线上测试五个显微硬度值，并取平均值。其中515℃固溶处理的试样显微硬度值最大，值为166.3；525℃固溶处理试样其次，值为160.2；505℃固溶处理试样硬度最小，值为149.3。
如图3所示，图中给出了不同固溶处理试样在剥落腐蚀液中浸泡48h后的宏观形貌。不同固溶处理的温度条件对合金耐腐蚀性能产生了影响：505℃固溶处理试样随着腐蚀时间的增长，试样出现点蚀现象，24h时表面点蚀进一步发展，腐蚀时间继续延长，48h出现较明显的腐蚀坑(图3中a所示)，等级评定为EA；515℃固溶处理试样随着腐蚀时间的增长，试样出现点蚀现象，24h时点蚀分布的更加均匀，腐蚀时间继续延长，腐蚀48h时表面点蚀严重(图3中b所示)，等级评定为PC；525℃固溶处理试样12h时已经出现均匀的点蚀现象，延长腐蚀时间，24h时出现轻微爆皮现象，当试样腐蚀至48h时，出现明显的腐蚀坑且表面有少量腐蚀产物脱落(图3中c所示)，等级评定为EB。由此，515℃固溶处理试样抗剥落腐蚀性能最好。
图4示出上述三组合金剥落腐蚀极化曲线(横坐标表示电流密度，纵坐标表示电位)。根据试样极化曲线分析，相同电位下，电流密度越小，试样抗腐蚀能力越好。因此，合金在剥落腐蚀液中的抗腐蚀能力：515℃＞505℃＞525℃，与剥落腐蚀结果一致。
如图5所示，图中给出了不同固溶处理试样在晶间腐蚀液中浸泡6h后的形貌。固溶处理温度505℃的试样，晶间腐蚀深度为97.332μm(图5中a所示)；固溶处理温度515℃的试样，晶间腐蚀深度为122.556μm(图5中b所示)；固溶处理温度525℃的试样，晶间腐蚀深度达到140.229μm(图5中c所示)。不同固溶处理温度的试样，腐蚀深度不同；固溶温度525℃的试样脱落现象比较严重，有大片晶粒脱落，固溶温度505℃的试样脱落程度最低。根据晶间腐蚀等级表来看，固溶温度505℃的试样晶间腐蚀等级为3，而固溶温度515℃的试样晶间腐蚀等级为4，固溶温度525℃的试样晶间腐蚀等级为4。据上所述，当固溶处理温度升高时，合金的抗晶间腐蚀性能下降，505℃固溶处理的试样性能最优。
图6示出三组合金晶间腐蚀极化曲线(横坐标表示电流密度，纵坐标表示电位)。电位越高，电流密度越小，试样性能越好。因此，合金在晶间腐蚀液中的抗腐蚀能力：505℃＞515℃＞525℃，与晶间腐蚀结果一致。
综上，结合合金试样中晶界结构与晶粒形貌，为达到最优的合金部件抗腐蚀性能，对其进行的最优热处理方案为上述实施例2中技术方案所示，其中固溶处理的条件为：加热温度至515℃，保温1.5h；时效处理的条件为：加热温度至185℃，保温4h。
最后应说明的是，上述实施方式的说明仅用于说明本发明的技术方案，并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.矿用设备关键合金部件抗腐蚀处理的热处理方法，其特征在于：所述关键合金部件的合金组分包括Al、Cu、Mg、Ag、Mn、Zr，且各组分的质量分数为Cu 4.88%、Mg 0.71%、Mn0.31%、Zr 0.14%、Ag 0.58%，除以上质量分数的组分之外，剩余量为Al；
对所述关键合金部件进行热处理的工艺步骤包括：
S1、均匀化退火处理，将上述关键合金部件放置在加热炉内，加热至470℃，保温3h，然后随炉冷却至室温；
S2、固溶处理，将步骤S1得到的合金部件再次放入加热炉，在515℃的温度条件下保温1.5h；
S3、淬火，将步骤S2处理得到的合金部件急速淬入60℃的水中，保持至室温；
S4、时效处理，将步骤S3得到的合金部件加热至185℃，保温4h，出炉；
S5、空冷，空气冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的矿用设备关键合金部件抗腐蚀处理的热处理方法，其特征在于：所述步骤S5中空冷室温下放置至少96h。
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