专利名称：一种用于减小变形铝合金淬火残余应力，改善合金性能的热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种用于减小变形铝合金淬火残余应力，改善合金性能的热处理方法，适用于热处理可强化铝合金板材生产，有色金属材料加工工程技术领域。
背景技术：
用变形方法(轧制、挤压、锻造)生产的可热处理强化铝合金(6X X X、2X X X、7XXX)材料，具有轻质高强的特点，是航空航天、交通运输领域广泛使用的轻质材料。变形铝合金材料的微结构特征是在铝基体上形成弥散分布的纳米/亚微米第二相，铝基体的晶粒大小、取向分布与第二相的种类、数量、形态均会影响该类材料的强度等性能。一方面， 上述材料中起强化作用的第二相需经过合适的固溶一淬火一时效等热处理工艺才能形成，另一方面，在固溶热处理时，由于材料中变形储能的释放，基体组织会发生回复/再结晶，从而影响基体的晶粒大小与取向分布。目前，可热处理强化变形铝合金材料生产与应用遇到的一个难题是材料淬火处理时会引入极大的残余应力，当具有残余应力的材料加工成零件时，材料的切除打破了内应力的原有平衡状态，达到一个新平衡状态，从而导致零件变形和扭曲，不仅降低零件的精度，严重时致使零件报废，而且降低零件疲劳寿命、耐蚀性等应用性能。消除轧制、挤压、锻造铝合金材料淬火残余应力的传统方法主要有预拉伸和预压缩两种，即在淬火处理结束后，对材料进行预拉伸或预压缩，使淬火材料发生3 5%左右的塑性变形，从而消减残余应力，预拉伸或预压缩后进行时效处理，可得到强度高、残余应力低的高性能铝合金材料。其相关的流程为变形(轧制、挤压、锻造)一固溶一淬火一预拉伸(或预压缩)一时效。但预拉伸法仅能用于形状简单、对称好的板材或型材，并且需要增加拉伸机等设备；而预压缩法尽管能用于非规则形状构件，但需要特定的压模，在工程实际应用中，需要较高的成本。当采用预拉伸或预压缩消减铝合金材料淬火残余应力时，由于板材芯层与表层的组织不均匀性引起的屈服强度差异会降低消减残余应力的效果。由于铝合金板材经轧制变形后会形成大量第二相，板材的屈服强度较高，故一般固溶前不对板材进行校形处理。一般的“轧制-固溶-淬火-预拉伸(或预压缩)_时效”处理流程，淬火后板材的翘曲度是淬火后内应力引起的翘曲与淬火前翘曲的叠加，板材翘曲太大会降低预拉伸或预压缩消减残余应力的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于减小变形铝合金淬火残余应力，改善合金性能的热处理方法，该方法的目的在于通过固溶淬火后整平板材，在进行二次淬火时效，有效降低铝合金板材的残余应力，提高板材力学性能以及板材成品质量。本发明的目的通过以下方法实现。一种用于减小变形铝合金淬火残余应力，改善合金性能的热处理方法，对变形处理后的铝合金板材进行固溶淬火，淬火后沿板材竖直的厚度方向进行整平，整平后的板材再进行二次固溶淬火，二次淬火后对板材进行时效。所述的方法，所述的进行整平时的压下量为铝合金板材总厚度的O. 5-2%。所述的方法，进行整平的压下时每次的压下量为铝合金板材总厚度的O. 5%。所述的方法，所述的固溶淬火的方式为采用空气炉固溶后放入水中水淬，或者采用盐浴炉固溶后放入水中水淬，或者采用空气炉固溶后再使用辊底炉喷淋水淬。所述的方法，在二次淬火后，再对板材进行预变形处理，然后进行时效。所述的方法，所述的预变形处理为对铝合金板材在水平的板材延伸方向上进行预拉伸处理或者对铝合金板材在竖直的厚度方向上进行预压缩处理。所述的方法，所述的对铝合金板材在水平方向上的预拉伸处理或者在竖直方向上 的预压缩处理的变形量分别为水平总长度的1-8%或竖直总厚度的1_8%。所述的方法，铝合金板材厚度为10_200mm。所述的方法，第一次固溶温度为470_530 °C，时间2_4h，第一次固溶温度为470-530°C，时间 2-4h。本发明在处理中有以下考虑通过增加形变热处理工艺，利用第一次固溶一淬火后板材强度降低的特性，进行校形处理，只需O. 5^2%的变形量就可使板材平直，在板材变得平直的条件下，进行第二次固溶一淬火处理。本发明的优点在于铝合金板材两次淬火处理间进行了校平处理，第二次淬火后板材的翘曲主要受淬火内应力的影响，故翘曲度大幅度减小，使二次淬火后的残余应力大幅度降低；板材实际经历了两次固溶处理，延长了轧制板材中第二相被加热的时间，第二相充分固溶，可以从数微米量级降至亚微米量级，有利于时效处理时形成数量更多的析出强化相，使强度提高；由于二次固溶处理，使表层与中心层的组织充分再结晶，与一般流程的表层与芯层组织相比，本发明所获板材的表层与芯层组织分布更加均匀，降低了由于板材表层与芯层组织与屈服强度不同在淬火过程中造成的新的内应力不均匀性，有利于降低板材第二次淬火后的残余应力。提供了一种可不增加工业生产现场设备、方便使用的降低铝合金板材淬火残余应力的方法。采用本发明处理的可热处理强化铝合金板材，与常规成形方法相比，残余应力降低至少35%，室温拉伸强度提高至少5%。本发明残余应力测试采用钻孔应变释放法，按照CB3395-1992测量板材的残余应力。室温拉伸实验按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，拉伸实验在CSS-44100万能材料力学拉伸机上进行，拉伸速度为2mm/min。下面结合附图对本发明作进一步说明。
图I为本发明处理样品流程图；图2不同处理后合金TEM明场像照片，其中a未经本发明处理，b为经本发明处理对比可以明显看出析出相从微米量级降至亚微米量级；图3常规处理板材SEM照片，其中a为芯部，b为表面；图4经本发明处理后板材SEM照片，其中a为芯部，b为表面。对比图3、4可以明显看出本发明处理后合金组织均匀性大大提高。
具体实施例方式以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明各实施例中室温拉伸试验采用GB/T228-2002，进行本发明要求处理后，分别沿板材轧向、横向割取样品进行力学性能测试。并用抗拉强度极限ob、延伸率δ表征合金室温力学性能。对于厚板割取表面与芯部样品进行室温拉伸试验。按照CB3395-1992测量板材的残余应力。本发明的实施例A/B/C与对比实施例D/E/F所采用的铝合金成分如下
合金元素(质量百分比) Cu Si Mg Zn Fe Mn Ni Ti Cr Al O ZO 0.65 0.89 0.29 0.21 0.05 0.06 0.35 O. 10 余量实施例IA铝合金铸锭热轧机轧制后，板材在空气加热炉内采用525° C/4h制度进行第一次固溶处理，固溶处理结束后20秒内水淬，待板材温度降低至50° C以下后从水池中取出并晾干，用辊式板材校直机进行2%压下量校平处理。将校平的板材在电阻炉内采用525° C/2h制度进行第二次固溶处理，然后进行第二次淬火处理后时效。实施例2B铝合金铸锭热轧机轧制后，板材在盐浴炉内采用525° C/2h制度进行第一次固溶处理，固溶处理结束后20秒内水淬，待板材温度降低至50° C以下后从水池中取出并晾干，用辊式板材校直机进行1%压下量校平处理。将校平的板材在盐浴炉内采用525° C/2h制度进行第二次固溶处理后，预拉伸总长度的2%，然后进行第二次淬火处理后时效。实施例3C 铝合金铸锭热轧机轧制后，板材在辊底炉内采用525° C/4h制度进行第一次固溶处理，固溶处理结束后采取辊底炉淬火，待板材温度降低至50° C以下后从水池中取出并晾干，用辊式板材校直机进行2%压下量校平处理。将校平的板材在辊底炉内采用525° C/2h制度进行第二次固溶处理后，预压缩4%，然后进行第二次淬火处理后时效。对比实施例ID铝合金铸锭热轧机轧制后，板材在空气加热炉内采用525° C/4h制度进行第一次固溶处理，固溶处理结束后20秒内水淬，待板材温度降低至50° C以下后从水池中取出并晾干进行时效。对比实施例2E铝合金铸锭热轧机轧制后，板材在盐浴炉内采用525° C/2h制度进行第一次固溶处理，固溶处理结束后20秒内水淬，待板材温度降低至50° C以下后从水池中取出并晾干预拉伸总长度的2%，然后进行时效处理。对比实施例3F铝合金铸锭热轧机轧制后，板材在辊底炉内采用525° C/4h制度进行第一次固溶处理，固溶处理结束后采取辊底炉淬火，待板材温度降低至50° C以下后从水池中取出并晾干，预压缩厚度的5%，然后进行时效处理。
本发明的实施例G与对比实施例H所采用的Al-Cu-Mg (2XXX)铝合金成分如下
权利要求
1.一种用于减小变形铝合金淬火残余应力，改善合金性能的热处理方法，其特征在于，对变形处理后的铝合金板材进行固溶淬火，淬火后沿板材竖直的厚度方向进行整平，整平后的板材再进行二次固溶淬火，二次淬火后对板材进行时效。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的进行整平时的压下量为铝合金板材总厚度的O. 5-2%。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行整平的压下时每次的压下量为铝合金板材总厚度的O. 5%。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的固溶淬火的方式为采用空气炉固溶后放入水中水淬，或者采用盐浴炉固溶后放入水中水淬，或者采用空气炉固溶后再使用辊底炉喷淋水淬。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在二次淬火后，再对板材进行预变形处理，然后进行时效。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的预变形处理为对铝合金板材在水平的板材延伸方向上进行预拉伸处理或者对铝合金板材在竖直的厚度方向上进行预压缩处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的对铝合金板材在水平方向上的预拉伸处理或者在竖直方向上的预压缩处理的变形量分别为水平总长度的1-8%或竖直总厚度的1_8%。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，铝合金板材厚度为10-200mm。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，第一次固溶温度为470-530°C，时间2_4h，第一次固溶温度为470-530°C，时间2-4h。
全文摘要
本发明公开了一种用于减小变形铝合金淬火残余应力，改善合金性能的热处理方法。本发明的关键在于采用一种合理的变形-固溶淬火-整平-固溶淬火制度，适用于变形铝合金板材，其内容如下采用常规制度固溶后水淬，清洁淬火处理后的板材表面的淬火介质，对板材厚度方向施加0.5～2%的变形，使板材平直，将平直的板材重新放入加热炉内进行二次固溶淬火，固溶淬火仍采用常规制度固溶后水淬，淬火后进行0-8%预变形后时效，进一步消减淬火残余应力。利用本发明，可以利用合理的双重淬火工艺促使合金厚度方向上组织、织构均匀从而在保持机械性能的前提下有效降低残余应力。与常规固溶时效方法相比，残余应力至少减少35%，室温拉伸强度提高至少5%，该工艺方法操作简单，节约成本，易于在工业生产中应用。
文档编号C22F1/057GK102965603SQ20121042793
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者邓运来, 李志威, 杨金龙, 李美春, 万里, 李鑫 申请人:邓运来