CN117535606A - 一种有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种有效改善铝合金尺寸尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，包括如下步骤：S1、熔炼铝合金锻料，将所得锻料出炉锻造后依据锻件尺寸整形成形；S2、所得锻件室温装炉，均匀加热至固溶温度，待溶质元素完全溶入铝基体后，进行水淬处理；S3、锻件进行深冷时效处理：锻件室温装炉，按功率升温至121℃，保温24h后按10～20℃/min速率进行降温；S4、降至炉温≤50℃后转移至深冷箱，按照与S3中相同降温速率持续降温至‑100～‑196℃，保温12～18h后，按10～20℃/min速率升温至室温，完成铝合金材料的残余应力消除。本发明通过固溶‑时效‑深冷的工艺路线，能够将新旧残余应力一并消除。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金参与应力处理技术领域，特别是涉及一种有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法。
背景技术
铝(Al)合金是最轻的结构金属之一，因其具有低密度，高强度，易于回收利用和杰出的耐腐蚀性能，在航空航天、电子、汽车和国防领域具有提高能源效率的巨大潜力。随着工业的发展人们对于铝合金的性能追求越来越严格，为了应对这些不断增长的需求，如今正在开发各种增强金属材料性能的方法。一种常见的分支技术是热处理。热处理是一种通过加热和/或冷却(主要是金属材料)使材料在一定时间内暴露于特定温度的实践，以实现目标材料的特定变化。
深冷处理技术由于具备“高清洁、无污染、低成本”等特点而广泛应用于工业生产领域，该法可显著提高材料的强韧性，降低锻造、热处理过程中产生的残余应力，同时有效提升材料的尺寸稳定性，保证在锻造、热处理后机加过程中不易产生变形等问题，在黑色金属、有色金属以及合金、金属基复合材料方面具有客观的经济效益和广阔的市场前景。
汽车工业应用中最常用的热处理技术是将处理温度设置为高于0℃(>73K)。然而，在上个世纪，进行了利用零度以下处理也称为低温处理。而将金属材料冷却至零度以下(<273K)的主要目的是消除残余应力并提高处理材料的耐磨性,因此低温处理分为三个系统不同的温度系统，首先使用的是常规冷处理(CCT)，将温度降低至-80℃(≥193K)在过去，CCT很普遍，因为人们认为到-80℃(≥193K)的温度足以将钢中的大部分残留奥氏体转变成马氏体，从而提高了尺寸稳定性和疲劳强度，并提高了磨损性能。浅低温处理(SCT)发生在-80℃至-160℃(193至113K)温度范围内。深低温处理(DCT)的温度则低于-160℃(<113K)。而深度低温处理，又称深冷处理，在航空航天、汽车、航空、电子、生物医学(用于冷却)、核电站和制造业等领域有着广泛的应用。
在生产铝合金锻件时，普遍应用时效消除法、机械拉伸法、模冷压法以及振动消除法，但前述时效消除法、机械拉伸法、模冷压法以及振动消除法均存在相应的不足之处，具体如下：
1.时效消除法：对铝合金特别时应用于航空航天铝合金材料而言，对温度敏感性极高，对于时效温度的增加，会明显降低其材料强度使Al2Cu等强化相析出过多，析出相粗大等问题，产生过时效现象。因此,淬火后时效处理通常在较低温度(小于200-250℃)下进行,因而影响了应力消除效果(仅为10-35％)。
2.机械拉伸法：仅应用于形状简单的零部件，且对拉伸前有较高的铝合金的组织均匀性才可，多用于铝加工工厂。
3.模冷压法：该种方法是调整而不是消除零件的整体应力水平,它使铝合金模锻件上某些部位的残余应力得到释放的同时,有可能使其他部位的残余应力增大。另外,鉴于铝合金模锻件本来就己存在很大的残余应力,模压变形量过大将可能引起冷作硬化、裂纹和断裂；而变形过小则使应力消除效果不佳,因此该种方法的局限性是在实际操作中难以精确控制模压变形量。
4.振动消除法：采用振动消除法，对于铝合金应在淬火后0～2h内进行，其残余应力可降低50％～70％，若在淬火后360h进行，其残余应力只能消除10％～20％，所以应在淬火后立即进行。对于高精密度铝合金锻件而言，在振动过程中会产生材料变形影响后续处理。
常规的低温处理是将金属材料或组件逐渐冷却到零下预定温度，然后保温规定的时间，再逐渐升温，使材料或组件回复至室温，这么做可以再改善性能的同时避免热微裂纹。低温处理时一种经济实惠的永久处理金属材料的方法，应用一次就能够影响材料的整个横截面，并且可以替代其他的程序(如：单次回火步骤，而不是二次或三次回火)。低温处理包括以下顺序：
(1)缓慢冷却至预定温度(缓慢冷却可以将应力降至最低)；
(2)保温预定时间，使材料或组件温度分布均匀；
(3)缓慢升温至室温(缓慢升温可将应力降至最低)。
深冷处理(Deep Cryogenic Treatment,DCT)作为一种新型无损改性和材料强化技术，是传统热处理工艺的拓展工艺。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，提供了一种新型的深冷循环时效方法用于制造业生产过程中，可显著提高材料的强韧性，降低锻造、热处理过程中产生的残余应力，同时有效提升材料的尺寸稳定性，保证在锻造、热处理后机加过程中不易产生变形等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种有效改善铝合金尺寸尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，包括如下步骤：
S1、熔炼铝合金锻料，将所得锻料出炉锻造后依据锻件尺寸整形成形；
S2、所得锻件室温装炉，均匀加热至固溶温度，待溶质元素完全溶入铝基体后，进行水淬处理；
S3、锻件进行深冷时效处理：锻件室温装炉，按功率升温至121℃，保温24h后按10～20℃/min速率进行降温；
S4、降至炉温≤50℃后转移至深冷箱，按照与S3中相同降温速率持续降温至-100～-196℃，保温12～18h后，按10～20℃/min速率升温至室温，完成铝合金材料的残余应力消除。
进一步地，于所述固溶过程之中，按功率升温至460-530℃，保温300min。
进一步地，于所述水淬过程之中，水温不大于60℃，锻件转移时间不大于15s，锻件于水中浸泡20-45min。
进一步地，所述固溶过程于TRD-10铝合金固溶炉之中进行。
进一步地，所述铝合金锻料以质量分数计，包括：Si：0.5％，Fe：0.5％，Cu，3.8％～4.9％，Mn：0.3％～0.9％，Mg：1.2％～1.8％，Cr：0.1％，Zn：0.25％，Ti：0.15以及其他元素：0.15％，余量为Al。
进一步地，所述锻料的装炉温度低于440℃，锻料升温至440℃进行保温310min后出炉完成锻造。
进一步地，所述锻造过程依次包括镦粗胚料、滚圆、冲孔以及整形成形步骤。
进一步地，于TRD-01，2T铝合金时效炉之中完成铝合金锻件的时效处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1)通过控制时效时间、时效温度、时效介质、深冷降温速率、深冷时间、深冷温度、深冷时效循环次数等多种参数，不仅可以有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力，也可以通过该时效方法使材料的强韧性得到同步提升；
2)通过固溶-时效-深冷的工艺路线，能够将于时效阶段中重新产生的新的残余应力连通热处理的固溶阶段中所产生的残余应力一并消除，使得铝合金获得更低的残余应力以及更好的尺寸稳定性。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1示意性显示了有效改善铝合金尺寸尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法的处理流程；
图2示意性显示了有效改善铝合金尺寸尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法的原理；
图3-4为未深冷处理的试样微观组织TEM图片；
图5-6为实施例1得到试样微观组织TEM照片；
图7-8为实施例2得到试样微观组织TEM照片；
图9-10示意性显示了实施例2中所得铝合金锻件进行高分辨TEM透射分析结果。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
如图1-2所示，一种有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，包括如下步骤：
S1、熔炼铝合金锻料，将所得锻料出炉锻造后依据锻件尺寸整形成形；
S2、所得锻件室温装炉，均匀加热至固溶温度，待溶质元素完全溶入铝基体后，进行水淬处理；
S3、锻件进行深冷时效处理：锻件室温装炉，按功率升温至121℃，保温24h后按10～20℃/min速率进行降温；
S4、降至炉温≤50℃后转移至深冷箱，按照与S3中相同降温速率持续降温至-100～-196℃，保温12～18h后，按10～20℃/min速率升温至室温，完成铝合金材料的残余应力消除。
前述锻料2024铝合金粉中各元素含量如下表所示：
将2024铝合金通过机床进行切割下料：下料尺寸：Φ250(+3/0)×192(+5/0),下料重量(kg)：26.4(+5/0)kg，而后将切割后的棒材放入TDD-07铝合金加热炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，装炉温度低于440℃，并按功率升温加热至440℃进行保温310min后，出炉锻造，锻造仪器选用12.5MN快锻机组，将坯料镦粗至H＝100±5mm并滚圆，用Φ90mm规格的冲头冲孔，再按尺寸Φ356±8×Φ90±10×90±5mm进行整形成形，端面圆角允许至R5mm，锻造后热处理前，进行热处理前加工：机加要求：锻件按尺寸Φ350±1×Φ100±1×80±1mm进行机加，高度上两端面进刀量尽量均匀，锻件允许局部黑皮，黑皮深度不超过3mm；后续对热处理前机加后的铝合金锻件进行深冷循环时效处理。
于深冷处理过程之中，铝合金内部的原子和晶格结构重新排列，可通过一下两种主要机制来降低内应力：
1.晶格收缩：在深冷处理过程中，铝合金中的原子间距减小，晶格收缩，这导致材料的体积收缩，从而降低了由于热胀冷缩而产生的热应力。
2.相变过程：铝合金在深冷处理过程中可能发生相变过程，即固态铝合金中的晶体结构发生变化。这种相变过程可能会引起应力的产生，但同时也会使一部分应力得到释放，从而降低总的内应力。
以2024铝合金为例在深冷处理过程中冷却到一定温度时，会从原来的α+β双相组织转变为单一的β相组织。这种相变被称为包析转变。在包析转变后，2024铝合金的强度和硬度会显著提高，同时塑性和韧性也会有所改善。
以2024铝合金为例，在2024铝合金中，主要存在两种析出相，即S相(Al2CuMg)和T相(Al20Cu2Mn3)。在时效处理过程中，这些相的析出顺序大致如下：首先，过饱和固溶体中的Cu、Mg等元素逐渐析出，形成前驱体，这些前驱体随后通过聚集、长大形成S相。随着失效时间的延长，S相逐渐粗化，并形成T相。T相的形成是通过S相中的Cu、Mn元素的聚集和扩散实现的。故有效控制时效过程中的时效温度、时效时间、时效介质可以获得均匀、细小的S相，提升材料综合力学性能。
以下结合实施例对于本申请的技术效果作进一步的说明。
实施例1
本发明提供一种新型深冷循环时效法处理铝合金工业生产锻件用，首先将2024铝合金通过机床进行切割下料：下料尺寸：Φ250(+3/0)×192(+5/0),下料重量(kg)：26.4(+5/0)kg，而后将切割后的棒材放入TDD-07铝合金加热炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，装炉温度低于440℃，并按功率升温加热至440℃进行保温310min后，出炉锻造，锻造仪器选用12.5MN快锻机组，将坯料镦粗至H＝100±5mm并滚圆，用Φ90mm规格的冲头冲孔，再按尺寸Φ356±8×Φ90±10×90±5mm进行整形成形，端面圆角允许至R5mm，锻造后热处理前，进行热处理前加工：机加要求：锻件按尺寸Φ350±1×Φ100±1×80±1mm进行机加，高度上两端面进刀量尽量均匀，锻件允许局部黑皮，黑皮深度不超过3mm。
对热处理前机加后的铝合金锻件进行深冷循环时效处理，固溶：固溶炉选用TRD-10铝合金固溶炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至460-530℃，保温300min后出炉水冷，水温不大于60℃，淬火前2-10分钟以最大功率开启水循环系统直至淬火结束，转移时间≤15秒，水中浸泡20-45分钟。
深冷时效：选用TRD-01，2T铝合金时效炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至121℃，保温24h后按10℃/min速率降温至炉温≤50℃后转移至深冷箱，按照相同降温速率(10℃/min)持续降温至-100--196℃，保温12-18h后，按10-20℃/min速率升温至室温。
添加对照实验组：对锻件相同上述参数固溶处理后、进行上述相同深冷处理曲线、再进行上述相同的固溶曲线，获得不同深冷时效方式的相同材料锻件进行比对，后续称“对照实验组”。
通过组织观察法对本实施样品与未深冷处理的试样对比进行测试，本实施例中未处理试样位错密度为3.48×1014m-2，时效-固溶-深冷后铝合金的位错密度为7.15×1013m-2。未深冷处理的试样微观组织TEM图片如图3-4所示，分别展示了材料内部位错密度及析出相尺寸及分布，可以看出未处理前位错密度较高，析出相尺寸在100-200nm区间，经过实施例1得到试样微观组织TEM照片如图5-6所示，对比后可以看出材料位错密度、析出相尺寸得到有效降低、析出相数量得到提升，使得材料综合力学性能及尺寸稳定性得到有效提升。经过深冷时效处理后的材料抗拉强度为524.3MPa，断后伸长率为9.79％，硬度为147HB，与对比试样相比分别提升了2.8％、39.85％、8.89％。
对照实验组位错密度为1.53×1014m-2，材料抗拉强度为517.9MPa，断后伸长率为7.34％，硬度为131.1HB，均显著低于时效-固溶-深冷工艺路线的性能，原因在于材料在经过热处理后会产生残余应力等效果，如固溶后先深冷后时效，那么在固溶阶段产生的残余应力消除了，但是后续时效时又会重新产生新的残余应力，故但从残余应力角度而言本工艺路线会使材料获得更低的残余应力及更好的尺寸稳定性。
实施例2
本发明提供一种新型深冷循环时效法处理铝合金工业生产锻件用，首先将2024铝合金通过机床进行切割下料：下料尺寸：Φ250(+3/0)×192(+5/0),下料重量(kg)：26.4(+5/0)kg，而后将切割后的棒材放入TDD-07铝合金加热炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，装炉温度低于440℃，并按功率升温加热至440℃进行保温310min后，出炉锻造，锻造仪器选用12.5MN快锻机组，将坯料镦粗至H＝100±5mm并滚圆，用Φ90mm规格的冲头冲孔，再按尺寸Φ356±8×Φ90±10×90±5mm进行整形成形，端面圆角允许至R5mm，锻造后热处理前，进行热处理前加工：机加要求：锻件按尺寸Φ350±1×Φ100±1×80±1mm进行机加，高度上两端面进刀量尽量均匀，锻件允许局部黑皮，黑皮深度不超过3mm。
对热处理前机加后的铝合金锻件进行深冷循环时效处理，固溶：固溶炉选用TRD-10铝合金固溶炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至460-530℃，保温300min后出炉水冷，水温40℃(水冷温度可删除)，淬火前10分钟以最大功率开启水循环系统直至淬火结束，转移时间≤15秒，水中浸泡45分钟。
深冷时效：选用TRD-01，2T铝合金时效炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至121℃，保温24h后按10℃/min速率降温至炉温≤50℃后转移至深冷箱，按照相同降温速率(10℃/min)持续降温至-196℃，保温12h后，按10℃/min速率升温至室温。
通过组织观察法对本实施样品与未深冷处理的试样对比进行测试，本实施例中未处理试样位错密度为3.48×1014m-2，深冷时效后铝合金的位错密度为5.21×1013m-2。未深冷处理的试样微观组织TEM图片如图3-4所示，分别展示了材料内部位错密度及析出相尺寸及分布，可以看出未处理前位错密度较高，析出相尺寸在100-200nm区间，经过实施例2得到试样微观组织TEM照片如图7-8所示，对比后可以看出材料位错密度、析出相尺寸得到有效降低(降至40nm以下)、析出相数量得到提升，使得材料综合力学性能及尺寸稳定性得到有效提升。经过深冷时效处理后的材料抗拉强度为537.4MPa，断后伸长率为9.88％，硬度为151HB、与对比试样相比分别提升了5.4％、41.14％、11.85％。
实施例3
本发明提供一种新型深冷循环时效法处理铝合金工业生产锻件用，首先将2024铝合金通过机床进行切割下料：下料尺寸：Φ250(+3/0)×192(+5/0),下料重量(kg)：26.4(+5/0)kg，而后将切割后的棒材放入TDD-07铝合金加热炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，装炉温度低于440℃，并按功率升温加热至440℃进行保温310min后，出炉锻造，锻造仪器选用12.5MN快锻机组，将坯料镦粗至H＝100±5mm并滚圆，用Φ90mm规格的冲头冲孔，再按尺寸Φ356±8×Φ90±10×90±5mm进行整形成形，端面圆角允许至R5mm，锻造后热处理前，进行热处理前加工：机加要求：锻件按尺寸Φ350±1×Φ100±1×80±1mm进行机加，高度上两端面进刀量尽量均匀，锻件允许局部黑皮，黑皮深度不超过3mm。
对热处理前机加后的铝合金锻件进行深冷循环时效处理，固溶：固溶炉选用TRD-10铝合金固溶炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至460-530℃，保温300min后出炉水冷，水温37℃(水冷温度可删除)，淬火前5分钟以最大功率开启水循环系统直至淬火结束，转移时间≤15秒，水中浸泡35分钟。
深冷时效：选用TRD-01，2T铝合金时效炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至121℃，保温24h后按20℃/min速率降温至炉温≤50℃后转移至深冷箱，按照相同降温速率(20℃/min)持续降温至-100℃，保温18h后，按20℃/min速率升温至室温。
通过组织观察法对本实施样品与未深冷处理的试样对比进行测试，本实施例中未处理试样位错密度为3.48×1014m-2，深冷时效后铝合金的位错密度为6.38×1013m-2。可以得到材料位错密度、析出相尺寸得到有效降低、析出相数量得到提升，使得材料综合力学性能及尺寸稳定性得到有效提升。经过深冷时效处理后的材料抗拉强度为533.8MPa，断后伸长率为9.61％，硬度为149HB、与对比试样相比分别提升了4.67％、37.28％、10.37％。
实施例4
本发明提供一种新型深冷循环时效法处理铝合金工业生产锻件用，首先将2024铝合金通过机床进行切割下料：下料尺寸：Φ250(+3/0)×192(+5/0),下料重量(kg)：26.4(+5/0)kg，而后将切割后的棒材放入TDD-07铝合金加热炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，装炉温度低于440℃，并按功率升温加热至440℃进行保温310min后，出炉锻造，锻造仪器选用12.5MN快锻机组，将坯料镦粗至H＝100±5mm并滚圆，用Φ90mm规格的冲头冲孔，再按尺寸Φ356±8×Φ90±10×90±5mm进行整形成形，端面圆角允许至R5mm，锻造后热处理前，进行热处理前加工：机加要求：锻件按尺寸Φ350±1×Φ100±1×80±1mm进行机加，高度上两端面进刀量尽量均匀，锻件允许局部黑皮，黑皮深度不超过3mm。
对热处理前机加后的铝合金锻件进行深冷循环时效处理，固溶：固溶炉选用TRD-10铝合金固溶炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至460-530℃，保温300min后出炉水冷，水温20℃(水冷温度可删除)，淬火前2分钟以最大功率开启水循环系统直至淬火结束，转移时间≤15秒，水中浸泡20分钟。
深冷时效：选用TRD-01，2T铝合金时效炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至121℃，保温24h后按20℃/min速率降温至炉温≤50℃后转移至深冷箱，按照相同降温速率(20℃/min)持续降温至-196℃，保温18h后，按20℃/min速率升温至室温。
通过组织观察法对本实施样品与未深冷处理的试样对比进行测试，本实施例中未处理试样位错密度为3.48×1014m-2，深冷时效后铝合金的位错密度为6.38×1013m-2。可以得到材料位错密度、析出相尺寸得到有效降低、析出相数量得到提升，使得材料综合力学性能及尺寸稳定性得到有效提升。经过深冷时效处理后的材料抗拉强度为524.8MPa，断后伸长率为8.75％，硬度为148HB、与对比试样相比分别提升了2.9％、25％、9.6％。
实施例5
本发明提供一种新型深冷循环时效法处理铝合金工业生产锻件用，首先将2024铝合金通过机床进行切割下料：下料尺寸：Φ250(+3/0)×192(+5/0),下料重量(kg)：26.4(+5/0)kg，而后将切割后的棒材放入TDD-07铝合金加热炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，装炉温度低于440℃，并按功率升温加热至440℃进行保温310min后，出炉锻造，锻造仪器选用12.5MN快锻机组，将坯料镦粗至H＝100±5mm并滚圆，用Φ90mm规格的冲头冲孔，再按尺寸Φ356±8×Φ90±10×90±5mm进行整形成形，端面圆角允许至R5mm，锻造后热处理前，进行热处理前加工：机加要求：锻件按尺寸Φ350±1×Φ100±1×80±1mm进行机加，高度上两端面进刀量尽量均匀，锻件允许局部黑皮，黑皮深度不超过3mm。
对热处理前机加后的铝合金锻件进行深冷循环时效处理，固溶：固溶炉选用TRD-10铝合金固溶炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至460-530℃，保温300min后出炉水冷，水温20℃(水冷温度可删除)，淬火前2分钟以最大功率开启水循环系统直至淬火结束，转移时间≤15秒，水中浸泡20分钟。
深冷时效：选用TRD-01，2T铝合金时效炉，锻件室温装炉，加热时冷料保温时间按1.6min/mm、热料按0.8min/mm计算，按功率升温至121℃，保温24h后按20℃/min速率降温至炉温≤50℃后转移至深冷箱，按照相同降温速率(20℃/min)持续降温至-196℃，保温18h后，按20℃/min速率升温至室温。再按照原有工艺循环一次时效及深冷处理方式。
通过组织观察法对本实施样品与未深冷处理的试样对比进行测试，本实施例中未处理试样位错密度为3.48×1014m-2，深冷时效后铝合金的位错密度为3.51×1013m-2。可以得到材料位错密度、析出相尺寸得到有效降低、析出相数量得到提升，使得材料综合力学性能及尺寸稳定性得到有效提升。经过深冷时效处理后的材料抗拉强度为511.7MPa，断后伸长率为7.21％，硬度为134HB、与对比试样相比分别提升了0.3％、3％、3.07％。
对于实施例2中所得铝合金锻件进行高分辨TEM透射分析，如图9-10所示，未经深冷时效处理材料原子间距为0.4386nm，析出相扩散层厚度为1.94nm，且在析出相与基体处，有很明显的位错纠缠，扩撒层分布不均等现象。图10经过深冷时效处理后的材料原子间距为0.2389nm，析出相扩散层厚度为1.465nm，且扩散层厚度均匀，为发现位错纠缠区域，表明经过了深冷时效处理后材料原子间距变得更为紧密，析出相与基体之间结合更好，位错密度得到有效降低，材料的残余应力得到了极大的释放、尺寸稳定性得到了提高、材料强韧性得到同步提升。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、熔炼铝合金锻料，将所得锻料出炉锻造后依据锻件尺寸整形成形；
S2、所得锻件室温装炉，均匀加热至固溶温度，待溶质元素完全溶入铝基体后，进行水淬处理；
S3、锻件进行深冷时效处理：锻件室温装炉，按功率升温至121℃，保温24h后按10～20℃/min速率进行降温；
S4、降至炉温≤50℃后转移至深冷箱，按照与S3中相同降温速率持续降温至-100～-196℃，保温12～18h后，按10～20℃/min速率升温至室温，完成铝合金材料的残余应力消除。
2.根据权利要求1所述的有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，其特征在于，于所述固溶过程之中，按功率升温至460-530℃，保温300min。
3.根据权利要求2所述的有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，其特征在于，于所述水淬过程之中，水温不大于60℃，锻件转移时间不大于15s，锻件于水中浸泡20-45min。
4.根据权利要求2所述的有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，其特征在于，所述固溶过程于TRD-10铝合金固溶炉之中进行。
5.根据权利要求1所述的有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，其特征在于，所述铝合金锻料以质量分数计，包括：Si：0.5％，Fe：0.5％，Cu，3.8％～4.9％，Mn：0.3％～0.9％，Mg：1.2％～1.8％，Cr：0.1％，Zn：0.25％，Ti：0.15以及其他元素：0.15％，余量为Al。
6.根据权利要求4所述的有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，其特征在于，所述锻料的装炉温度低于440℃，锻料升温至440℃进行保温310min后出炉完成锻造。
7.根据权利要求5所述的有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，其特征在于，所述锻造过程依次包括镦粗胚料、滚圆、冲孔以及整形成形步骤。
8.根据权利要求1所述的有效改善铝合金尺寸稳定性及残余应力的工艺及方法，其特征在于，于TRD-01，2T铝合金时效炉之中完成铝合金锻件的时效处理。
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| CN (1) | CN117535606A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116445690A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-07-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种提高金属基体在长期温度波动环境下尺寸稳定性的热处理方法 |
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2023
- 2023-11-14 CN CN202311511656.5A patent/CN117535606A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN116445690A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-07-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种提高金属基体在长期温度波动环境下尺寸稳定性的热处理方法 |
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