一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法，适用于可 热处理强化铝合金板材、锻件和铸件。属于金属热处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 可热处理铝合金具有强度高、耐蚀性能、加工性能及焊接性能良好等特点，被广泛 应用于航天、航空及交通运输等高技术领域。对于可热处理铝合金，淬火可以得到过饱和固 溶体，为下一步的时效强化做准备。为了避免过饱和固溶体发生分解，必须在淬火时保证足 够的冷却速度。但是对于尺寸较大尤其是厚度较大的铝合金板材和锻件来说，冷却过快会 使工件的内外层的变形不一致，进而产生较大的残余应力并保留在工件内部。在后续的加 工过程中由于残余应力的释放会导致工件弯曲和翘曲变形，严重时会导致工件报废。此外， 残余应力还会对金属的断裂韧性，抗应力腐蚀性能以及疲劳性能等各项性能产生影响。
[0003] 对于传统的铝合金板材生产工艺，消除残余应力主要靠固溶-淬火后的预拉伸以 及人工时效。采用预拉伸消除铝合金淬火残余应力主要利用板材表层与芯部屈服强度的 差异而引起变形的差异，通过塑性变形使材料内部的弹性应变能释放进而达到降低残余应 力的效果，该方法对设备的要求较高，且对于厚度不同、淬火敏感性不同的合金，工艺调整 的幅度较大。采用人工时效降低残余应力主要是依靠长时间的热作用下金属发生应力松 弛，人工时效的温度和时间越长，残余应力的降幅也越大，温度过高或保温时间过长会使合 金的力学性能下降。在兼顾合金各项性能的情况下，传统人工时效对残余应力的消除效果 只能维持在35%以内。中国专利CN102965603A-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，其工艺关键内容大致如下：将固溶后铝合金试 件水淬，对板材厚度方向施加0. 5-2%的变形之后重新固溶淬火，最后进行0-8%预变形后 时效，进一步消减淬火残余应力。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。然而，这 种方法除了要进行两次固溶淬火以外，要在厚度方向施加变形还需要大型压力设备。
[0004] 综上所述，本领域仍需要提供有对铝合金保持良好力学性能还可显著降低淬火残 余应力的处理方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、操作方便、在 保持铝合金力学性能的前提下明显降低铝合金淬火残余应力的时效热处理方法。
[0006] 本发明一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法，是将固溶、淬 火后的铝合金进行一级人工时效后，再进行二级人工时效；
[0007] 所述一级人工时效是将铝合金进行至少3次短时人工时效，所述短时人工时效温 度< 240°C，加热速度多10°C/分钟，单次短时人工时效保温时间< 90分钟；优选5-60分 钟，冷却方式：出炉空冷。
[0008] 本发明一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法，短时人工时效 温度为 100-240 °C。
[0009] 本发明一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法，短时人工时效 次数3-20次。
[0010] 本发明一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法，短时人工时效 时，加热速度为10-200°c/分钟。
[0011] 本发明一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法，加热采用电阻 炉加热、感应加热、蓄热式加热炉加热、红外线加热、盐浴炉加热、油浴炉加热、直流直接加 热中的一种，优选感应加热。
[0012] 本发明一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法，固溶、淬火后 的铝合金先进行变形量< 8%的冷变形，然后进行至少3次短时人工时效及二级人工时效。
[0013] 本发明一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法，二级人工时效 工艺温度为100-240°C，保温时间按式（1)确定：
【主权项】
1. 一种保持侣合金强度降低泽火残余应力的时效热处理方法，其特征在于：将固溶、 泽火后的侣合金直接进行一级人工时效后，再进行二级人工时效； 所述一级人工时效是将侣合金进行至少3次短时人工时效，所述短时人工时效温度 《240°C，加热速度> 10°C/分钟，单次短时人工时效保温时间《90分钟，冷却方式；出炉 空冷。
2. 根据权利要求1所述的时效热处理方法，其特征在于；短时人工时效温度为 100-240 °C。
3. 根据权利要求2所述的时效热处理方法，其特征在于：短时人工时效次数3-20次。
4. 根据权利要求1所述的时效热处理方法，其特征在于；短时人工时效，加热速度 10-200°C/ 分钟。
5. 根据权利要求1所述的时效热处理方法，其特征在于：短时人工时效保温时间5-60 分钟。
6. 根据权利要求1所述的时效热处理方法，其特征在于；加热采用电阻炉加热、感应加 热、蓄热式加热炉加热、红外线加热、盐浴炉加热、油浴炉加热、直流直接加热中的一种。
7. 根据权利要求1所述的时效热处理方法，其特征在于：固溶、泽火后的侣合金进行变 形量《8%的冷变形，然后进行至少3次短时人工时效及二级人工时效。
8. 根据权利要求7所述的时效热处理方法，其特征在于：二级人工时效工艺温度为 100-240°C，保温时间按式（1)确定：
式（1)中，其中Ti，ti为传统T6工艺的时效温度及保温时间，n为一级人工时效重复次 数，T2为一级人工时效温度，12,t3分别为一级人工时效单次保温时间W及降至室温所用时 间。
9. 根据权利要求1-8任意一项所述的时效热处理方法，其特征在于：侣合金选用可热 处理强化侣合金，选自2000,6000、7000、8000系侣合金中的一种。
10. 根据权利要求9所述的时效热处理方法，其特征在于；处理后的侣合金的残余应力 与固溶泽火态侣合金泽火残余应力相比降幅为35-100 %。
【专利摘要】本发明涉及一种保持铝合金强度降低淬火残余应力的时效热处理方法；是将固溶、淬火后的铝合金直接进行一级人工时效后，再进行二级人工时效；所述一级人工时效是将铝合金进行至少3次短时人工时效，出炉空冷；提高每次短时人工时效升温速率以获取与淬火过程相反的温度场，进而产生与淬火态相反的应力场以抵消残余应力，达到显著降低残余应力的效果，但又不影响合金力学性能。本发明适用于厚度尺寸较大、形状规则的锻件和板材，本发明方法设备简单、易于操作和实现，可使铝合金在力学性能不受影响的前提下明显降低残余应力。
【IPC分类】C21D11-00, C22F1-04
【公开号】CN104846302
【申请号】CN201510295203
【发明人】张辉, 孙轶山, 蒋福林, 袁武华
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年6月2日