一种采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法与流程

本发明属于铝合金加工，特别涉及一种采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法。

背景技术：

1、2219铝合金具有比强度高，耐热 、焊接性能好、断裂韧性高等特点，尤其是其热处理态具有很高的抗应力腐蚀开裂能力，2219锻件被广泛用于航空航天结构件。作为锻件坯料的2219 铝合金挤压棒材存在一个很大的缺陷，即2219 铝合金在挤压时会产生大尺寸的挤压粗晶环。粗晶环产生的根本原因是再结晶。坯料在挤压过程中，受到挤压筒内壁的约束和强烈的摩擦，造成金属变形不均匀，外层金属形变程度远大于内层，外层金属晶粒内累积了高密度的位错和畸变能，使外层金属再结晶温度降低，在固溶过程中晶粒发生再结晶和长大，形成粗晶环。粗晶环对挤压产品的机械性能、耐腐蚀性能、阳极氧化处理时的反应、可弯曲性能以及可机械加工性能都有负面的影响：例如粗晶环的存在会增强焊接开裂的敏感性、降低断裂韧性、降低耐腐蚀性等；并且存在粗晶环的挤压棒在后续锻造过程中容易出现开裂，导致锻件报废。因此这一微观组织缺陷，对用在交通上的结构件的挤压型材特别不利。而在现有制备工艺中，有些采取锻造前将车削的方式去除粗晶环，但是会造成较大的材料浪费，同时粗晶环深度大小不一，无法保证车削后的棒材尺寸满足锻造要求，不利于高效率生产。

2、现有的技术方案中，专利cn114908264a公开了一种消除2219合金挤压棒材粗晶环的方法，该专利利用mn和zr元素提高铝合金再结晶温度的作用，大幅度增加mn和zr元素（mn0.3~0.4%，zr0.20~0.25%），抑制粗晶环的产生，达到降低粗晶环的目的。但是高含量的mn和zr元素极易偏聚形成缺陷，会造成探伤不合格和锻造开裂，导致材料报废。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法，克服合金挤压棒材粗晶环产生率高、现有技术中为抑制粗晶环的产生提高mn和zr元素含量从而造成探伤不合格和锻造开裂，导致材料报废的缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法，包括如下工序：配料→熔炼铸造→均热→锯切、车皮→铸锭加热→挤压→在线冷却→预热处理→固溶淬火→锯切→检测、包装；

3、所述2219铝合金的成分质量百分比为：

4、si ≤0.20%

5、fe ≤0.30%

6、cu 5.8~6.8%

7、mn 0.20~0.25%

8、mg ≤0.02%

9、zn ≤0.10%

10、ti 0.02~0.10%

11、zr 0.1~0.13%

12、v 0.07~0.10%

13、其他为al和一些不可避免的杂质元素，且每种不可避免的杂质元素均≤0 .05%，不可避免的杂质元素的总量≤0 .15%；

14、所述预热处理工序是将棒材以每小时5~8℃的升温速率慢速升温到380℃~480℃，保温3~8h，然后随炉冷却至室温。

15、粗晶环的产生的根本原因是再结晶，而再结晶的驱动力是挤压棒材变形产生的畸变储能，在后续的固溶过程中，由畸变储能提供驱动力，促使晶粒发生再结晶和长大，最终形成粗晶环。在固溶过程中，晶粒除了发生再结晶之外，还发生了回复，回复的驱动力同样是畸变储能。本发明利用回复和再结晶的驱动力都是畸变储能的特点，在2219 铝合金挤压棒固溶淬火前增加一道温度低于固溶温度的预热处理工序，使晶粒在再结晶之前产生更多的回复，消耗畸变储能，降低再结晶的动力，使再结晶动力减少，抑制再结晶，从而达到降低粗晶环的目的，同时只添加少量mn、zr元素（mn0.20~0.25%，zr0.1~0.13%），减少mn和zr元素带来的元素偏聚，降低探伤不合格和锻造开裂导致材料报废的风险。而预热处理需要以5~8℃/h慢速升温到380~480℃，升温速率太慢，时间太长，浪费能耗；升温速率太快，回复时间不足，粗晶环抑制效果不佳。同时预热处理温度太低，产生的回复效果不佳；温度太高，晶粒在预热工序会提前出现粗化现象。因此预热处理温度范围控制在380~480℃，升温速率控制在5~8℃/h为宜。而本技术的发明人经过多次试验验证棒材在前期快速加热到200℃并不影响预热处理降低粗晶环的最终目的，因此为提高生产效率也可以先将棒材快速加热到200℃然后再以5-8℃/h的升温速率慢速升温到380℃~480℃。

16、进一步的，上述采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法中，所述熔炼铸造工序中，先根据所述2219铝合金成分进行配料，然后在熔炼炉内加入总投入量一半的铝锭或返回料，熔化后加入cu、mn、v、zr元素中间合金，搅拌待合金完全熔化后升温至780~850℃，保温10~30min；保温结束后加入剩余的铝锭或返回料，等温度随炉下降至720~760℃后经炉内在线氯气、氩气混合气体精炼，更进一步的，所述熔炼铸造工序中，采用直冷式半连续铸造进行生产，冷却水流量20-60m3/h；铸造过程中不使用刮水环等牺牲冷却保证成型的辅助工装，确保铸锭全程在强冷过程中成型。

17、进一步的，上述采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法中，所述均热工序中，将制得的铝合金铸锭在300℃~350℃温度范围进行均热处理保温8~42小时，升温速率50~80℃/h。空冷至室温后进行锯切头尾、车除偏析层。

18、进一步的，上述采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法中，所述铸锭加热工序中，铸锭加热温度400~420℃；模具在加热炉中加热至380~410℃，保温10~30h；挤压筒加热温度控制在390~420℃。

19、进一步的，上述采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法中，所述挤压工序中，挤压速度控制在0.3~1.5m/min，挤压棒规格为φ100mm。

20、进一步的，上述采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法中，所述在线冷却工序采用在线水雾冷却。

21、进一步的，上述采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法中，所述固溶淬火工序中，固溶温度530~538℃，保温时间150~250min。

22、进一步的，上述采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法中，所述固溶淬火工序中，棒材固溶保温结束后在立淬炉进行淬火，水温20~35℃，淬火转移时间10~30s。

23、与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

24、1.本发明提供的采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法，在溶淬火前增加一道温度低于固溶温度的预热处理工序，以5~8℃/h的升温速率慢速升温到380℃~480℃，保温3~8h，能有效挤压棒材形变过程积累的畸变能，减小再结晶动力，从而达到降低2219铝合金挤压棒粗晶环的目的。

25、2.本发明提供的采用预热处理降低2219铝合金挤压棒粗晶环的方法中，2219铝合金成分中mn元素含量为0.20~0.25%，zr元素含量为0.1~0.13%，减少mn和zr元素添加量，可以减少mn和zr元素带来的元素偏聚，降低探伤不合格和锻造开裂而导致材料报废的风险，从而提高生产效率。