专利名称：一种测定大尺寸铝合金淬透性的试验方法
技术领域：
本发明涉及测定铝合金淬透性的试验方法，特别是指一种测定大尺寸铝合金淬透
性的试验方法，属于金属热处理技术领域。
背景技术：
大截面半成品高强铝合金中间层的性能取决于它的淬透性，所谓淬透性是指合金 对淬火效应能达到一定深度的能力，它受合金成份、淬火条件、尺寸等因素的影响。因此， 研究铝合金淬透性对于开发新型高强铝合金及其热处理具有重要的理论和实际意义。已 有研究淬透性方法主要是基于一种对淬火试样进行端淬处理，其特点是将铝合金棒材制 成端头淬火试样，它的一端放在专用设备的水流中进行淬火，在充分热处理之后，包括标准 规范淬火和人工时效，在端头淬火试样长度方向的不同点上进行硬度或强度的研究。专 利ZL 02136430. 3提出的中高淬透性钢末端淬火装置及淬透性测定方法，其测定方法如 下将端淬试样放入电炉中加热至淬火温度，保温一段时间，快速移至端淬装置中并关闭盖 子，开启喷水开关进行喷水冷却；经足够长时间冷却，将试样取出；从试样侧面磨出两相互 平行的平面，测定试样硬度；根据硬度数据，建立冷却速度与硬度定量关系曲线。专利CN 200610165342. 4提出了一种适用于高强变形铝合金厚板淬透性检测的方法，包括(l)在 生产高强变形铝合金厚板中，将铝合金铸锭经过热轧制成厚板件，板件的厚度不低于50mm ; (2)从铝合金厚板上取试样，进行固溶热处理，然后进行端面淬火；(3)从淬火端面开始， 沿厚度方向，以5 10mm为一层面，测量距离淬火端面不同层面处的硬度值，并绘制成曲 线，观察每一硬度测量层面的显微组织结构特征；(4)根据步骤(3)中所测试结果，确定热 轧后的铝合金厚板在生产中的固溶热处理制度，时效热处理工艺。上述两种方法，可获得 相当宽的冷却速度范围，方法简单、操作简便。但是，其采用的均为小尺寸端淬试样(通常 为①10mm的圆棒)，经热处理后所获得的组织结构、性能参数与大尺寸铝合金工件实际情 况存在误差；另外，上述的端淬方法都需要专用的淬火设备，淬火工艺条件苛刻，不可能对 实际热处理淬火生产过程实施工艺跟踪，是一种模拟淬火工艺方法；同时，还可能由于对其 端头进行淬火而造成离端面处的冷却条件与实际淬火工艺条件不相符，并由此引起其它误 差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有端淬方法存在的技术之不足而提供一种工艺简 单、操作方便、可有效保证试件淬火工艺条件与大尺寸铝合金工件的实际淬火条件一致性 的测定大尺寸铝合金淬透性的试验方法。
本发明一种测定大尺寸铝合金淬透性的试验方法，包括下述步骤
第一步铝合金试件制备 取热轧、挤压或锻造后的铝合金，制备横截面为圆形或矩形的阶梯形铝合金试件， 所述圆形阶梯形铝合金试件，两端阶梯高度大于等于其直径的5倍，其余每一节阶梯的高度大于等于其直径的2倍；所述矩形阶梯形铝合金试件，宽度大于等于其最大厚度的5倍，两端阶梯高度大于等于其厚度的5倍，其余每一节阶梯的高度大于等于其厚度的2倍；
第二步在阶梯形铝合金试件上设置测温热电偶 在所述圆形阶梯形铝合金试件每个阶梯1/2高处，沿所述阶梯横截面圆周的径向埋设测温热电偶； 在所述矩形阶梯形铝合金试件每个阶梯矩形平面的中心，沿所述阶梯厚度方向埋设测温热电偶； 第三步对阶梯形铝合金试件热处理 对所述阶梯形铝合金试件进行固溶、淬火热处理，得到所述阶梯形铝合金试件沿厚度方向的温度_冷却时间变化曲线； 第四步对淬火后阶梯形铝合金试件进行硬度检测与组织分析 将所述圆形阶梯形铝合金试件沿轴向剖切得到纵向切面，在每一个阶梯的纵向切面上，沿所述圆形阶梯形铝合金试件轴线选取至少5个点测量硬度值，取所测量的硬度平均值与相应阶梯的厚度值绘制成硬度_厚度关系曲线；进行显微组织结构特征分析；
将所述矩形阶梯形铝合金试件沿其高向剖切得到纵向切面，在每一个阶梯的纵向切面上，沿所述矩形阶梯形铝合金试件厚度的中线选取至少5个点测量硬度值，取所测量的硬度平均值与相应阶梯的厚度值绘制成硬度_厚度关系曲线；进行显微组织结构特征分析； 第五步对淬火后阶梯形铝合金试件进行力学性能检测 以所述圆形阶梯形铝合金试件轴线为中心、沿所述圆形阶梯形铝合金试件轴向在每一阶梯中取样，进行拉伸试验，测量力学性能，得到力学性能数据；同时进行断口形貌分析； 以所述矩形阶梯形铝合金试件横截面中心为轴心、沿所述矩形阶梯形铝合金试件高向在每一阶梯中取样，进行拉伸试验，测量力学性能，得到力学性能数据；同时进行断口形貌分析； 第六步优化铝合金固溶热处理制度和时效热处理工艺 采用不同固溶热处理制度及淬火工艺参数，重复所述第三步、第四步、第五步，分
别得到不同的温度_冷却时间变化曲线、硬度_厚度关系曲线及力学性能数据，根据所得到
的曲线和数据，优化铝合金固溶热处理制度和时效热处理工艺。 本发明中，所述测温热电偶与TC2008A多路温度测试仪电连接。 本发明中，所述阶梯级数至少为三级。
本发明由于采用上述工艺方法，具有以下优点 由于大尺寸铝合金半成品中心区域性能与它的淬透性紧密相关，而铝合金淬透性受合金成份、淬火条件、尺寸等因素的影响，因此，采用本发明的方法，可以通过制备与实际工件尺寸相当的阶梯形铝合金试件，进行不同工艺参数的固溶热处理和时效热处理，得到试件在不同厚度的温度-冷却时间变化曲线、硬度-厚度关系曲线及力学性能数据，通过分析所得到的曲线和数据，确定优选的大尺寸铝合金的固溶热处理制度和时效热处理工艺，有效改善大尺寸铝合金的综合机械性能，性能的尺寸效应精度更高。同时，本发明不需要专门设备而采用不同直径的铝合金阶梯形圆试件或不同厚度的铝合金阶梯形板试件，按照权利要求制备的试件用尺寸确保淬火热流的一维性替代端淬热流的一维性，更为符合实际
淬火条件；采用与实际淬火方式对阶梯试件淬火能确保淬火工艺条件的一致性，可减少端淬方法引起的误差，具有更为方便，简单，实效的特点，尤其适用于大型件的各类淬火方式，
可广泛应用于实验室与工业生产开发方面的淬渗性研究；在对大型件热处理淬火生产过程中，可同时附加一件本发明试件，以便对实际热处理淬火生产过程中实施工艺品质的跟踪，这一点对端淬方法来说是不可能做到的，但在实际生产中相当重要。 综上所述，本发明工艺简单、操作方便、可有效保证试件淬火工艺条件与大尺寸铝合金工件的实际淬火条件一致性，可减少端淬方法引起误差，特别适用于大型件的各类淬火方式，可广泛应用于实验室与工业生产开发方面的淬渗性研究。
附图1为本发明中圆形阶梯形试件主视图。附图2为附图1的左视图。附图3为本发明中矩形阶梯形试件主视图。附图4为附图3的左视图。附图5为本发明实施例1的试件淬火时的温度-时间关系曲线。附图6为本发明实施例1的试件淬火后的硬度-厚度关系曲线。附图7为本发明实施例2的试件淬火时的温度-时间关系曲线。附图8为本发明实施例2的试件淬火后的硬度-厚度关系曲线。附图1、2、3、4中LpL2、L3、L4为相应阶梯的高度，Dl、D2、D3、D4为圆形阶梯相应阶梯的直径，Hp H2、 H3、 H4为矩形阶梯相应阶梯的厚度，B为矩形阶梯的宽度，Pl、 P2、 P3、 P4为相应阶梯的热电偶埋设位置。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明。 实施例1 第一步铝合金试件制备 (1)均匀化处理取7150铝合金，均匀化工艺制度为420。C/12h+465。C/24h，在320KW台车式电阻炉电加热，带热风循环系统，处理结束出炉后空冷至室温；
(2)铣面、热轧 对均匀化处理后的铸锭两侧面和两表面各铣去10mm以除去铸锭表面层裂纹等铸造缺陷； 将铣面后的铸锭加热轧制成10-40mm不同厚度的具有4级阶梯的铝合金阶梯形矩
形试件，控制开轧温度小于等于42(TC，控制热轧终了温度大于等于300°C ; 设备铸锭加热炉为280KW台车式电阻炉电加，带热风循环系统；在小550x1450mm 二辊可逆热轧机上，以12M/min轧制速度热轧； 控制各阶梯高度大于其相应厚度的2倍，两端阶梯高度大于其厚度的5倍，其宽度
应为最大厚度的5倍以上，即LI = 50mm， L2 = 40mm， L3 = 60mm， L4 = 200mm， B = 200mm ;
5
第二步在矩形阶梯形铝合金试件上设置测温热电偶 在第一步所得矩形阶梯形铝合金试件的各阶梯中心部位埋设测温热电偶(即|丄与柳p处)； 第三步对矩形阶梯形铝合金试件热处理 对矩形阶梯形铝合金试件进行固溶热处理，然后进行各种方式的淬火；利用矩形阶梯形铝合金试件的各阶梯中心部位埋设的热电偶实时测量淬火过程试件温度参数；采用TC2008A多路温度测试仪对淬火过程温度随冷却时间变化参数进行测定，根据所得参数，绘制试件沿厚度方向的温度-冷却时间变化曲线，见附图5，从附图5可知试件厚度增大，冷却速度下降； 第四步对淬火后矩形阶梯形铝合金试件进行硬度检测与组织分析 将所述矩形阶梯形铝合金试件沿轴向剖切得到纵向切面，在每一个阶梯的纵向切
面上，沿所述矩形阶梯形铝合金试件轴线选取至少5个点测量硬度值，(即^H的平面上的
中心处)，结果见表1 ;取所测量的硬度平均值与相应阶梯的厚度值绘制成硬度_厚度关系曲线，见附图6 ;同时，对试件进行显微组织结构特征分析；从附图6可以看出对于7150铝
合金热轧板而言，试件厚度变化对淬火后时效材料的力学性能有一定的影响，表明试件厚度增大，硬度减小，表明淬透性下降。
第五步对淬火后矩形阶梯形铝合金试件进行力学性能检测 以所述矩形阶梯形铝合金试件轴线为中心、沿所述矩形阶梯形铝合金试件轴向在每一阶梯中取样，进行拉伸试验，测量力学性能，得到力学性能数据；同时进行断口形貌分析； 第六步优化铝合金固溶热处理制度和时效热处理工艺 根据第三步、第四步、第五步得到的不同的温度-冷却时间变化曲线、硬度-厚度关系曲线及力学性能数据，对铝合金固溶热处理制度和时效热处理工艺进行优化。
表1
厚度(mm)10203040
硬度(HV)198.72191. 92180. 78160.26 实施例2 第一步铝合金试件制备 (1)均匀化处理 与实施例1的工艺相同； (2)铣面、热轧 对均匀化处理后的铸锭两侧面和两表面各铣去10mm以除去铸锭表面层裂纹等铸造缺陷； 将铣面后的铸锭加热轧制成10-40mm不同直径的具有4级阶梯的铝合金圆形阶梯形试件，控制开轧温度小于等于420铳，控制热轧终了温度大于等于300 f夷；
6
设备铸锭加热炉为280KW台车式电阻炉电加，带热风循环系统；在小550x1450mm 二辊可逆热轧机上，以12M/min轧制速度热轧； 控制各阶梯高度大于其相应厚度的2倍，两端阶梯高度大于其直径的5倍，即LI
=50mm，Dl = 10mm ;L2 = 40mm，D2 = 20mm ;L3 = 60mm，D3 = 30mm ;L4 = 200mm，D4 = 40mm ; 第二步在圆形铝合金试件上设置测温热电偶 将第一步所得圆形铝合金试件的各阶梯中心部位埋设测温热电偶(即^工与^D处)； 第三步对圆形铝合金试件热处理 对圆形阶梯形铝合金试件进行固溶热处理，然后进行各种方式的淬火；利用圆形铝合金试件的各阶梯中心部位埋设的热电偶实时测量淬火过程试件温度参数；采用TC2008A多路温度测试仪对淬火过程温度随冷却时间变化参数进行测定，根据所得参数，绘制试件沿直径方向的温度-冷却时间变化曲线，见附图7，从附图7可知试件直径增大，冷却速度下降； 第四步对淬火后圆形阶梯形铝合金试件进行硬度检测与组织分析 将所述圆形阶梯形铝合金试件沿轴向剖切得到纵向切面，在每一个阶梯的纵向切
面上，沿所述圆形阶梯形铝合金试件轴线选取至少5个点测量硬度值，(即^D的平面上的中
心处)，结果见表2 ;取所测量的硬度平均值与相应阶梯的直径值绘制成硬度_厚度关系曲
线，见附图8 ;同时，对试件进行显微组织结构特征分析；从附图8可以看 出对于7150铝合金而言，试件直径变化对淬火后时效材料的力学性能有一定的
影响，表明试件直径增大，硬度减小，表明淬透性下降。
第五步对淬火后圆形阶梯形铝合金试件进行力学性能检测 以所述圆形阶梯形铝合金试件轴线为中心、沿所述圆形阶梯形铝合金试件轴向在每一阶梯中取样，进行拉伸试验，测量力学性能，得到力学性能数据；同时进行断口形貌分析； 第六步优化铝合金固溶热处理制度和时效热处理工艺 根据第三步、第四步、第五步得到的不同的温度-冷却时间变化曲线、硬度-厚度
关系曲线及力学性能数据，对铝合金固溶热处理制度和时效热处理工艺进行优化。
表2 :
直径(mm)10203040
硬度(HV)196.07188. 98179. 64161.1权利要求
一种测定大尺寸铝合金淬透性的试验方法，包括下述步骤第一步铝合金试件制备取热轧、挤压或锻造后的铝合金，制备横截面为圆形或矩形的阶梯形铝合金试件，所述圆形阶梯形铝合金试件，两端阶梯高度大于等于其直径的5倍，其余每一节阶梯的高度大于等于其直径的2倍；所述矩形阶梯形铝合金试件，宽度大于等于其最大厚度的5倍，两端阶梯高度大于等于其厚度的5倍，其余每一节阶梯的高度大于等于其厚度的2倍；第二步在阶梯形铝合金试件上设置测温热电偶在所述圆形阶梯形铝合金试件每个阶梯1/2高处，沿所述阶梯横截面圆周的径向埋设测温热电偶；在所述矩形阶梯形铝合金试件每个阶梯矩形平面的中心，沿所述阶梯厚度方向埋设测温热电偶；第三步对阶梯形铝合金试件热处理对所述阶梯形铝合金试件进行固溶、淬火热处理，得到所述阶梯形铝合金试件沿厚度方向的温度-冷却时间变化曲线；第四步对淬火后阶梯形铝合金试件进行硬度检测与组织分析将所述圆形阶梯形铝合金试件沿轴向剖切得到纵向切面，在每一个阶梯的纵向切面上，沿所述圆形阶梯形铝合金试件轴线选取至少5个点测量硬度值，取所测量的硬度平均值与相应阶梯的厚度值绘制成硬度-厚度关系曲线；进行显微组织结构特征分析；将所述矩形阶梯形铝合金试件沿其高向剖切得到纵向切面，在每一个阶梯的纵向切面上，沿所述矩形阶梯形铝合金试件厚度的中线选取至少5个点测量硬度值，取所测量的硬度平均值与相应阶梯的厚度值绘制成硬度-厚度关系曲线；进行显微组织结构特征分析；第五步对淬火后阶梯形铝合金试件进行力学性能检测以所述圆形阶梯形铝合金试件轴线为中心、沿所述圆形阶梯形铝合金试件轴向在每一阶梯中取样，进行拉伸试验，测量力学性能，得到力学性能数据；同时进行断口形貌分析；以所述矩形阶梯形铝合金试件横截面中心为轴心、沿所述矩形阶梯形铝合金试件高向在每一阶梯中取样，进行拉伸试验，测量力学性能，得到力学性能数据；同时进行断口形貌分析；第六步优化铝合金固溶热处理制度和时效热处理工艺采用不同固溶热处理制度及淬火工艺参数，重复所述第三步、第四步、第五步，分别得到不同的温度-冷却时间变化曲线、硬度-厚度关系曲线及力学性能数据，根据所得到的曲线和数据，优化铝合金固溶热处理制度和时效热处理工艺。
2. 根据权利要求1所述的一种测定大尺寸铝合金淬透性的试验方法，其特征在于所 述测温热电偶与TC2008A多路温度测试仪电连接。
3. 根据权利要求1所述的一种测定大尺寸铝合金淬透性的试验方法，其特征在于所 述阶梯级数至少为三级。
全文摘要
一种测定大尺寸铝合金淬透性的试验方法，采用横截面为圆形或矩形的阶梯形铝合金试件，在每个阶梯中心设置测温热电偶；对阶梯形铝合金试件热处理，得到所述阶梯形铝合金试件沿厚度方向的温度-冷却时间变化曲线；对淬火后阶梯形铝合金试件进行硬度检测与组织分析；对淬火后阶梯形铝合金试件进行力学性能检测；同时进行断口形貌分析；根据所得到的曲线和数据，优化铝合金固溶热处理制度和时效热处理工艺。本发明工艺简单、操作方便、可有效保证试件淬火工艺条件与大尺寸铝合金工件的实际淬火条件一致性，可减少端淬方法引起误差，特别适用于大型件的各类淬火方式，可广泛应用于实验室与工业生产开发方面的淬渗性研究。
文档编号G01N3/60GK101788438SQ20101030082
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者傅定发, 张辉, 陈江华 申请人:湖南大学