CN115652231A - 一种高强度铝合金型材热处理方法 - Google Patents

一种高强度铝合金型材热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度铝合金型材热处理方法，它涉及铝合金热处理技术领域。铝合金包括以下组分：铸铁纤维，Mg，Cu，Cr，Si，Mn，Ni，杂质≦0.1％，余量为Al；热处理包括以下步骤：对铝合金型材进行高温热处理、快速冷却、冷变形处理、回火、冷萃处理、时效处理、空冷至室温，铝合金型材处理时通过夹持装置进行夹持，夹持位置交替变换。本发明的优点在于：铝合金型材在热处理后各成分在铝合金型材内分散，提高分布均匀性，铝合金型材上的残余应力均分，回火后再冷萃和时效处理，且热处理时夹持位置和支撑板的支撑位置均交替变换，热处理均匀性更好，铝合金型材的整体强度得到改善，铝合金型材的抗拉强度明显提升，尺寸稳定性好。

Description

一种高强度铝合金型材热处理方法
技术领域
本发明涉及铝合金热处理技术领域，具体涉及一种高强度铝合金型材热处理方法。
背景技术
铝合金型材在航空、航天、汽车、机械制造、船舶、建筑、装修及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金型材的需求日益增多。铝合金具有低密度、高比强度、良好的成型性和耐蚀性、低成本等一系列优势，在航空航天及工业领域有着广泛的应用。
铝合金型材加工时，为提高铝合金的强度、改善加工性能、获得尺寸的稳定性，需对铝合金进行热处理。目前铝合金型材热处理通常是先进行高温热处理，然后依次进行冷却、回火和退火，但热处理后铝合金型材的热处理均匀性较差，从而影响铝合金型材的整体强度，铝合金型材的抗拉强度不理想，且尺寸稳定性不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高强度铝合金型材热处理方法，能够解决现有技术中铝合金型材热处理均匀性较差、影响铝合金型材的整体强度、铝合金型材的抗拉强度不理想且尺寸稳定性不佳的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：所述铝合金包括以下组分：铸铁纤维8-10％，Mg0.01-0.05％，Cu 0.6-1％，Cr 0.05-0.15％，Si 0.03-0.06％，Mn 0.06-0.15％，Ni 0.05-0.15％，杂质≦0.1％，余量为Al；
所述热处理包括以下步骤：
S1、对铝合金型材进行高温热处理，热处理温度为550-700℃，热处理时间为3-4小时；
S2、高温热处理后对铝合金型材进行快速冷却；
S3、对冷却后的铝合金型材进行冷变形处理，冷变形处理包括冷拉；
S4、冷变形后的铝合金型材在400-450℃下回火2-3小时；
S5、将回火后的铝合金型材进行冷萃处理；
S6、将冷淬后的铝合金型材放置在加热炉内时效处理5-8h，时效处理时，预时效温度为140-150℃,终时效的温度为210-230℃，再经人工时效72-96h，空冷至室温；
其中，步骤S1、S4和S6中，铝合金型材处理时通过夹持装置进行夹持，夹持时，先将铝合金型材置于两侧的第一放置槽内，第一放置槽内的夹持板对铝合金型材进行夹持，且铝合金型材的底部通过支撑板支撑，然后更换夹持位置，将铝合金型材置于加热后的第二放置槽内，铝合金型材离开第一放置槽并通过第二放置槽内的夹持板进行夹持，铝合金底部仍通过支撑板支撑，支撑板的支撑位置同时更换，夹持位置交替变换。
进一步地，所述步骤S2中，快速冷却的速率为55-70℃/秒。
进一步地，所述步骤S3中，冷变形处理的铝合金的拉伸量为5-10％。
进一步地，所述步骤S5中，使用含有CrCl3、CsF、KNO3的水溶液冷淬，水溶液中含有5-10gCrCl3、6-7gCsF、15-20gKNO3。
进一步地，所述步骤S5中，水溶液pH值为6-7。
本发明的优点在于：铝合金型材具有多种元素和铸铁纤维，在高温热处理后进行快速冷却，各成分在铝合金型材内分散，提高分布均匀性，再进行冷拉，快速冷却后冷拉可将铝合金型材上的残余应力进行均分，回火后再冷萃和时效处理，且热处理时通过夹持装置进行夹持，夹持位置和支撑板的支撑位置均交替变换，热处理均匀性更好，铝合金型材的整体强度得到改善，铝合金型材的抗拉强度明显提升，且尺寸稳定性更好。
附图说明
图1为本发明的热处理流程图；
图2为本发明中夹持装置的结构示意图；
图3为本发明中夹持装置的第二放置槽对铝合金型材夹持状态图；
图4为本发明中夹持装置的第一放置槽与驱动气缸、夹持板的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1：
本具体实施方式采用如下技术方案：铝合金包括以下组分：铸铁纤维8％，Mg0.01％，Cu 0.6％，Cr 0.05％，Si0.03％，Mn 0.06％，Ni0.05％，杂质≦0.1％，余量为Al。
如图1所示，热处理包括以下步骤：
S1、对铝合金型材进行高温热处理，热处理温度为550℃，热处理时间为3小时。
S2、高温热处理后对铝合金型材进行快速冷却，快速冷却的速率为55℃/秒。
S3、对冷却后的铝合金型材进行冷变形处理，冷变形处理包括冷拉，冷变形处理的铝合金的拉伸量为5％。
S4、冷变形后的铝合金型材在400℃下回火2小时。
S5、将回火后的铝合金型材进行冷萃处理，使用含有CrCl3、CsF、KNO3的水溶液冷淬，水溶液中含有5gCrCl3、6gCsF、15gKNO3，水溶液pH值为6。
S6、将冷淬后的铝合金型材放置在加热炉内时效处理5h，时效处理时，预时效温度为140℃,终时效的温度为210℃，再经人工时效72h，空冷至室温。
实施例2：
本具体实施方式采用如下技术方案：铝合金包括以下组分：铸铁纤维10％，Mg0.05％，Cu 1％，Cr0.15％，Si0.06％，Mn0.15％，Ni0.15％，杂质≦0.1％，余量为Al。
热处理包括以下步骤：
S1、对铝合金型材进行高温热处理，热处理温度为700℃，热处理时间为4小时。
S2、高温热处理后对铝合金型材进行快速冷却，快速冷却的速率为70℃/秒。
S3、对冷却后的铝合金型材进行冷变形处理，冷变形处理包括冷拉，冷变形处理的铝合金的拉伸量为10％。
S4、冷变形后的铝合金型材在450℃下回火3小时。
S5、将回火后的铝合金型材进行冷萃处理，使用含有CrCl3、CsF、KNO3的水溶液冷淬，水溶液中含有10gCrCl3、7gCsF、20gKNO3，水溶液pH值为7。
S6、将冷淬后的铝合金型材放置在加热炉内时效处理8h，时效处理时，预时效温度为150℃,终时效的温度为230℃，再经人工时效96h，空冷至室温。
实施例3：
本具体实施方式采用如下技术方案：铝合金包括以下组分：铸铁纤维9％，Mg0.03％，Cu 0.7％，Cr0.1％，Si0.05％，Mn0.09％，Ni0.12％，杂质≦0.1％，余量为Al。
热处理包括以下步骤：
S1、对铝合金型材进行高温热处理，热处理温度为600℃，热处理时间为3.5小时。
S2、高温热处理后对铝合金型材进行快速冷却，快速冷却的速率为60℃/秒。
S3、对冷却后的铝合金型材进行冷变形处理，冷变形处理包括冷拉，冷变形处理的铝合金的拉伸量为7％。
S4、冷变形后的铝合金型材在420℃下回火2.5小时。
S5、将回火后的铝合金型材进行冷萃处理，使用含有CrCl3、CsF、KNO3的水溶液冷淬，水溶液中含有7gCrCl3、6.5gCsF、19gKNO3，水溶液pH值为6.5。
S6、将冷淬后的铝合金型材放置在加热炉内时效处理7h，时效处理时，预时效温度为145℃,终时效的温度为220℃，再经人工时效84h，空冷至室温。
实施例4：
本具体实施方式采用如下技术方案：铝合金包括以下组分：铸铁纤维10％，Mg0.05％，Cu 1％，Cr 0.15％，Si0.06％，Mn0.15％，Ni0.15％，杂质≦0.1％，余量为Al。
热处理包括以下步骤：
S1、对铝合金型材进行高温热处理，热处理温度为650℃，热处理时间为3.5小时。
S2、高温热处理后对铝合金型材进行快速冷却，快速冷却的速率为65℃/秒。
S3、对冷却后的铝合金型材进行冷变形处理，冷变形处理包括冷拉，冷变形处理的铝合金的拉伸量为6％。
S4、冷变形后的铝合金型材在440℃下回火2.5小时。
S5、将回火后的铝合金型材进行冷萃处理，使用含有CrCl3、CsF、KNO3的水溶液冷淬，水溶液中含有7gCrCl3、7gCsF、20gKNO3，水溶液pH值为7。
S6、将冷淬后的铝合金型材放置在加热炉内时效处理7.5h，时效处理时，预时效温度为146℃,终时效的温度为225℃，再经人工时效96h，空冷至室温。
其中，以上实施例1-4的步骤S1、S4和S6中，铝合金型材10处理时通过夹持装置进行夹持，夹持时，先将铝合金型材10置于两侧的第一放置槽31内，第一放置槽31内的夹持板5对铝合金型材10进行夹持，且铝合金型材10的底部通过支撑板71支撑，然后更换夹持位置，将铝合金型材10置于加热后的第二放置槽32内，铝合金型材10离开第一放置槽31并通过第二放置槽32内的夹持板5进行夹持，铝合金型材10底部仍通过支撑板71支撑，支撑板71的支撑位置同时更换，夹持位置交替变换，可提升热处理的均匀度。
具体的，夹持装置结构如下：如图2和图4所示，包括支撑架1和放置槽，支撑架1设有两个，两个支撑架1的下方之间通过连接架2连接固定。
放置槽包括第一放置槽31和第二放置槽32，第一放置槽31为U型结构，第一放置槽31固定安装于支撑架1的顶部，第一放置槽31内放置铝合金型材10，第一放置槽31的一侧板的外侧安装有驱动气缸4，驱动气缸4的驱动杆41连接有夹持板5，夹持板5设于第一放置槽31内，第一放置槽31安装驱动气缸4的侧板上设有供驱动杆41穿过的穿孔，驱动气缸4通过驱动杆41驱动夹持板5在第一放置槽31内移动，夹持板5和第一放置槽31另一侧板将第一放置槽31内的铝合金型材10夹持，铝合金型材10热处理时，先放置于第一放置槽31内，第一放置槽31上安装的驱动气缸4驱动夹持板5移动，将铝合金型材10夹持固定。
连接架2上还连接有电动推杆7，电动推杆7设于两个电动伸缩杆6之间，电动推杆7的顶部设有支撑板71，电动推杆7设有两个，两个电动推杆7分设于连接架2中间位置的两侧，两个电动推杆7的顶部均向两个电动推杆7的中间倾斜，两个电动推杆7的顶部分别连接有支撑板71，两个电动推杆7顶部的支撑板71对铝合金型材10进行底部支撑，增加支撑面，铝合金型材10放置的稳定性更好。
连接架2上安装有电动伸缩杆6，电动伸缩杆6有两个，两个电动伸缩杆6均设于两个支撑架1之间，电动伸缩杆6的顶部固定安装有第二放置槽32，第二放置槽32为U型结构，第二放置槽32上安装有驱动气缸4和夹持板5，第二放置槽32和驱动气缸4、夹持板5的安装结构与第一放置槽31和驱动气缸4、夹持板5的安装结构相同，如图3所示，电动伸缩杆6伸长带动第二放置槽32上升，铝合金型材10置于第二放置槽32内，第二放置槽32带动铝合金型材10离开第一放置槽31，第二放置槽32内的夹持板5对铝合金型材10进行夹持实现原先夹持部分的热处理，同时，电动推杆7伸长推动支撑板71升高，由于电动推杆7倾斜设置，电动推杆7伸长时，顶部的支撑板71向斜上方即原先两个支撑板71的中间位置偏移，支撑板71对铝合金型材10的支撑面也同时得到改变，原先支撑板71对铝合金型材10支撑的位置实现热处理，铝合金型材10的所有表面均得到很好的热处理效果，表面处理效果均匀，提高铝合金型材10的整体强度。
将上述实施例1-4热处理后的铝合金型材与热处理前的铝合金型材的强度进行对比，具体按照GB/t228-2010进行测试，得到铝合金型材的抗拉强度对比，见表1。
表1：实施例1-4热处理前后铝合金型材的抗拉强度对比
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从表1中测试结果可知，实施例1-4热处理后的铝合金型材的抗拉强度得到了显著提升，铝合金型材的整体强度更高，尺寸稳定性也更好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种高强度铝合金型材热处理方法，其特征在于：所述铝合金包括以下组分：铸铁纤维8-10％，Mg0.01-0.05％，Cu 0.6-1％，Cr 0.05-0.15％，Si 0.03-0.06％，Mn 0.06-0.15％，Ni 0.05-0.15％，杂质≦0.1％，余量为Al；
所述热处理包括以下步骤：
S1、对铝合金型材进行高温热处理，热处理温度为550-700℃，热处理时间为3-4小时；
S2、高温热处理后对铝合金型材进行快速冷却；
S3、对冷却后的铝合金型材进行冷变形处理，冷变形处理包括冷拉；
S4、冷变形后的铝合金型材在400-450℃下回火2-3小时；
S5、将回火后的铝合金型材进行冷萃处理；
S6、将冷淬后的铝合金型材放置在加热炉内时效处理5-8h，时效处理时，预时效温度为140-150℃,终时效的温度为210-230℃，再经人工时效72-96h，空冷至室温；
其中，步骤S1、S4和S6中，铝合金型材处理时通过夹持装置进行夹持，夹持时，先将铝合金型材置于两侧的第一放置槽内，第一放置槽内的夹持板对铝合金型材进行夹持，且铝合金型材的底部通过支撑板支撑，然后更换夹持位置，将铝合金型材置于加热后的第二放置槽内，铝合金型材离开第一放置槽并通过第二放置槽内的夹持板进行夹持，铝合金底部仍通过支撑板支撑，支撑板的支撑位置同时更换，夹持位置交替变换。
2.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金型材热处理方法，其特征在于：所述步骤S2中，快速冷却的速率为55-70℃/秒。
3.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金型材热处理方法，其特征在于：所述步骤S3中，冷变形处理的铝合金的拉伸量为5-10％。
4.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金型材热处理方法，其特征在于：所述步骤S5中，使用含有CrCl3、CsF、KNO3的水溶液冷淬，水溶液中含有5-10gCrCl3、6-7gCsF、15-20gKNO3。
5.根据权利要求4所述的一种高强度铝合金型材热处理方法，其特征在于：所述步骤S5中，水溶液pH值为6-7。
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