一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法与流程

本发明涉及一种保持铝合金强度、塑性及电导率的同时降低其淬火残余应力的淬火方法，适用于可热处理的合金，特别适用于热处理的铝合金。属于合金热处理技术领域。

背景技术：

可热处理铝合金在合适的热处理工艺后，能获得优良的综合性能。淬火过程一般发生在合金固溶处理之后，以大的冷却速率来获得好的固溶效果，从而保证人工时效后能得到良好的析出强化效果。但是淬火的速率越大，过程中材料表面与内部之间的冷却速率差距也就越大，从而导致淬火后材料存在的残余应力也就越大。这种淬火残余应力在尺寸较大的工件中尤为明显。材料内部的残余应力对材料的性能影响很大，较大的残余应力会影响结构的刚度及其稳定性，引起工件形状尺寸的变化，同时，结构的疲劳强度、抵抗高温蠕变开裂以及抗应力腐蚀等性能也会受到影响。

残余应力的存在使得材料内部处于不稳定的晶格畸变状态。目前应用的消除残余应力的方法，从原理上来说，大都是通过外加条件使位错运动、残余应力松弛，如施加外部载荷，与存在于工件内的残余应力相叠加，超过材料屈服强度而发生塑性变形，残余应力松弛而得到释放。目前工业生产中应用最广泛的一些减少或消除淬火残余应力方法采用提高淬火介质温度、使用聚合物淬火介质等，以及各种时效处理和机械处理方法如热时效法、振动时效法和预拉伸等，但残余应力的降低幅度通常在在60％以下时才能使合金保持较好的力学性能。

综上所述，本领域仍需要新的有效的方法，在保证铝合金性能的前提下，能显著降低淬火残余应力。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种能有效降低铝合金淬火残余应力且保持优良性能的淬火方法。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，是在固溶前将铝合金表面包覆高温胶层和金属箔层，固溶后，材料在包覆状态下进行淬火。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，所包覆的高温胶层和金属箔层的总厚度≤2mm，优选为0.5-2mm、进一步优选为1-2mm。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，高温胶层的厚度为0.1-1.5mm。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，包覆所用高温胶为无机耐高温胶。优选为无机耐高温胶为DB5010单组分超高温无机胶。所述高温胶的分解温度高于铝合金的固溶温度，且溶于淬火介质(油、水、淬火液等)中。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，所述DB5010单组分超高温无机胶为双键化学DB5010单组份超高温无机胶。此胶可耐1200℃高温，耐酸、碱、油但不耐沸水。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，淬火之后辅以时效处理。所述时效处理优选为人工时效。所述人工时效包括单级人工时效和多级人工时效。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，所述方法适用于可热处理铝合金,包括2XXX、6XXX和7XXX系铝合金中的至少一种。

作为优选方案，本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，所述铝合金最薄部位的厚度大于等于6mm。

作为优选方案，本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，所述合金为铝合金时，其所用金属箔层的材质为铝箔。

作为优选方案，本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，所述单级人工时效的温度为100-180℃，保温时间为12-24h。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，处理后淬火残余应力能获得最多达100％的下降。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，所包覆的高温胶层和金属箔层经淬火后可剥落。

本发明一种降低可热处理铝合金残余应力的淬火方法，淬火后所得产品与现有技术淬火后所得产品的性能基本持平，如合金的强度、塑性及电导率等。其中电导率甚至还有一定提高。

原理和优势

淬火残余应力是由于材料表面与内部冷却速率存在较大差异而产生的，表面冷却速率最大，故淬火过程中材料的变形以表面最为剧烈。同时，材料表面残余压应力。本发明提出在固溶及淬火之前，将铝合金表面包覆一定厚度的高温胶与一层铝箔，淬火过程中最外层变形最为剧烈的部分转移到了高温胶及铝箔上。通常材料淬火后表面残余压应力的分布是自外向里递减的，心部为残余拉应力。因此，高温胶包覆淬火处理后，材料表面残余应力水平相较于普通试样会降低很多；且被高温胶和铝箔包覆的表面在淬火后变形剧烈程度不如普通试样，故前者的淬火表面质量会相应得到一些改善。

目前生产中应用最广泛的传统残余应力消除方法有热时效法、振动时效法等，一般情况下，这两种工艺残余应力的消除效果均在60％以下。采用本发明所述包覆淬火工艺，能显著降低材料淬火残余应力。淬火过程高温胶与铝箔单面总包覆厚度达到0.5mm时，淬火残余应力下降幅度便能达到75％以上；包覆厚度达到1.0mm-1.5mm时，铝合金表面残余应力水平已十分低；包覆厚度达到2mm时，铝合金表面已经由压应力转变为了拉应力。由此可见，对比于传统残余应力消除方法如热时效法、振动时效法等所能达到的效果，高温胶包覆淬火处理方法对铝合金表面淬火残余应力的消除有更为明显的效果。

本发明工艺操作简单、易于实施，残余应力消除效果佳且适用于尺寸较大和形状复杂件，适合实际工业生产。

附图说明

附图1为实施例1试样处理示意图；

附图2为实施例1包覆处理试样以及未包覆处理试样的拉伸应力-应变曲线图；

附图1中图1(a)为包覆处理后的试样，图1(b)为不作任何处理的试样。

图2中，1号曲线为实施例1包覆处理试样A的拉伸应力-应变曲线；2号曲线为不作任何处理的试样A的拉伸应力-应变曲线，从图2中可以看出:试样(试样A)屈服强度、抗拉强度及断后延伸率均能够和普通淬火+人工时效处理的试样(试样B)保持同一水平。

具体实施方式

实施例1

一种降低铝合金淬火残余应力的淬火方式。包括以下步骤：

1.取样。样品为80mm×40mm×10mm形状规格的7150铝合金板材。取两个样品，编号为A和B。

2.包覆处理。将样品A清理干净后，在一个80mm×40mm面涂覆高温胶，随后用铝箔包覆并将表面轻轻抚平，高温胶凝固后单面总包覆厚度为1.5mm。将试样置入电热鼓风干燥箱，被包裹的面朝上放置，在90℃的温度下保温1h，完成高温胶的初步凝固。然后在其它五个面均涂覆与第一个面相同厚度的高温胶，用铝箔包裹并抚平，再将试样置入电热鼓风干燥箱，在90℃保温1h后，升温至150℃并继续保温1h。保温完成后，取出试样A，在空气中冷却。样品B不作任何处理。如图1所示。所述高温胶为市售双键化学DB5010单组分超高温无机胶。

3.试样A和样品B均分别加热至475℃进行固溶，保温时间1.5h，随后进行淬火。

4.对试样表面(主要是试样A表面)进行清理，试样A表面包覆的高温胶和铝箔在淬火后极易剥落，而仍然粘连的胶可用沸水清除。清理干净后使用钻孔法分别测量试样A和B的残余应力，结果如表1和图2所示。

表1试样性能对比

表1中残余应力降幅的计算方法为；A处理后残余应力/B处理后残余应力。

5.将试样A和B进行人工时效，时效制度是120℃，保温15h。处理完成后对A和B进行维氏硬度、电导率的测试以及拉伸实验。维氏硬度及电导率测试结果于表1所示，拉伸实验得到的工程应力应变曲线如图2所示。

从表1可以看出，对比不用高温胶与铝箔包覆处理的试样，采用本发明工艺淬火后的试样(试样A)，淬火残余应力得到大幅度降低，横向与轧向残余应力的降低值都在90％以上。在人工时效过后，采用本发明工艺处理的试样不仅仍保持着较高的硬度值，电导率也得到了一定程度的改善。从拉伸实验得到的工程应力应变曲线中，可以看到，采用本发明工艺处理的试样(试样A)屈服强度、抗拉强度及断后延伸率均能够和普通淬火+人工时效处理的试样(试样B)保持同一水平。由此可见，本发明工艺在降低铝合金淬火残余应力的同时能保持材料的性能。

实施例2

1.取120mm×120mm×25mm形状规格的2024铝合金板材样品，编号为C。

2.半包覆处理。将C试样的较大面(120mm×120mm面)以及其周围的四个120mm×25mm面包覆高温胶及铝箔，高温胶凝固后总包覆厚度为1mm。另外一个120mm×120mm面不作处理。

3.加热试样C至495℃进行固溶，保温时间2h后进行淬火。随后分别测量试样C两个120mm×120mm面的残余应力，结果如表2所示。

4.将试样C进行人工时效，时效制度是190℃，保温12h。处理完成后对C进行硬度测量，结果如表2所示。

表2试样不同面性能对比

通过对比试样C的包覆面及未包覆面性能，可以看出：采用本发明工艺处理包覆的面，残余应力水平较未包覆面降低了80％～85％，且硬度仍能得到保持。