大型铝合金厚壁环件的高强可控延伸率热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铝合金厚壁环件的热处理方法。
【背景技术】
[0002] 2A14铝合金是航空航天工业中常用的结构材料，其强度高、锻造性能好、耐热，并 且具有良好的可焊性，广泛应用在航天航空工业、橡塑模具制造业等领域，以其制成的大型 框架、环件等已得到了广泛应用。合金经过退火、淬火、时效等工艺处理后，铝合金将会拥有 许多优良的工作性能。2A14铝合金的强化机理是使Θ相等溶解，然后快速冷却，合金中的 平衡相来不及析出，从而得到过饱和固溶体，然后对固溶态的合金进行时效处理，时效过程 中在合金中析出沉淀相，弥散分布在基体上，使合金得到强化。但目前对其厚壁环件进行热 处理时，由于尺寸大，环壁厚，心部在淬火时因冷却速度不足易形成Θ "相，Θ "相形成占 用Cu元素，降低基体Cu含量，抑制主要强化相S'相形成，S'相含量不足导致合金强度下 降，且延伸率增加。强度下降，会导致构件的承载能力下降。延伸率增加则对于一些需要解 锁或者脱离的情况，延伸率的增加会加大解锁难度，增加冲击，降低系统的安全可靠性。因 此，需要一种切实可行的方法来增强2A14铝合金厚壁环件强度而降低延伸率。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是解决现有大型铝合金厚壁环件热处理过程中因尺寸大，环壁厚， 心部在淬火时因冷却速度不足而形成的Θ"相使得S'相含量下降，进而导致合金强度较 低的问题，而提供一种大型铝合金厚壁环件的高强可控延伸率热处理方法。
[0004] 本发明大型铝合金厚壁环件的高强可控延伸率热处理方法按照下列步骤实现：
[0005] -、采用线切割对2A14铝合金厚壁环件进行切割，然后放入箱式电阻炉中，在 490~500°C的温度下保温1. 8~2. 5小时，取出2A14铝合金厚壁环迅速转移到50~70°C 的热水中进行淬火处理，得到固溶淬火后的铝合金厚壁环件；
[0006] 二、采用三辊乳机以环乳的方式对固溶淬火后的铝合金厚壁环件的环内壁进行累 道次热乳处理，控制初乳温度为380~420°C，终乳温度为230~280°C，每道次乳制变形量 为30 %~40%，乳制得到热乳后的铝合金壁环；
[0007] 三、将热乳后的铝合金壁环放入50~70°C的热水中进行固溶淬火，然后控制变形 量为10%~40%进行环件冷乳处理，得到冷乳后的铝合金件；
[0008] 四、将步骤三得到的冷乳后的铝合金件在150~200°C的温度下时效处理2h~ 5h，完成铝合金厚壁环件的高强可控延伸率热处理。
[0009] 本发明采用冷变形的方法在合金中形成大量位错，而Θ "相为均质形核，主要在 空位处形核，冷变形产生的位错将吸收大量空位，大幅度减少Θ "相形核位置，从而抑制 Θ "相的形成，保证时效时形成足够的S'相，使铝合金厚壁环心部也有足够高的强度，同 时控制时效工艺，获得合适的位错组态和超细组织，进一步提高强韧性。从而能够实现大型 铝合金厚壁环件的表层和心部具有高强度，使热处理后的铝合金厚壁环件的抗拉强度达到 480MPa，屈服强度达到460MPa，延伸率为I. 5%~3. 5%，其延伸率在一定范围内可控，同时 满足承载和解锁分离的要求。
【附图说明】
[0010] 图1为实施例中2A14铝合金在不同的热处理条件下的抗拉强度曲线图，其中代 表1-5号错合金壁环件试样，?代表6-10号错合金壁环件试样，▲代表11-15号错合金壁 环件试样，▼代表16-20号错合金壁环件试样，4代表21-25号错合金壁环件试样；
[0011] 图2为实施例中2A14铝合金在不同的热处理条件下的屈服强度曲线图，其中代 表1-5号错合金壁环件试样，?代表6-10号错合金壁环件试样，▲代表11-15号错合金壁 环件试样，▼代表16-20号铝合金壁环件试样，4代表21-25号铝合金壁环件试样；
[0012] 图3为实施例中2A14铝合金在不同的热处理条件下的硬度值曲线图，其中代表 1-5号铝合金壁环件试样，?代表6-10号铝合金壁环件试样，▲代表11-15号铝合金壁环件 试样，▼代表16-20号错合金壁环件试样，.代表21-25号错合金壁环件试样；
[0013] 图4为实施例中2A14铝合金在不同的热处理条件下的延伸率曲线图，其中代表 1-5号铝合金壁环件试样，?代表6-10号铝合金壁环件试样，▲代表11-15号铝合金壁环件 试样，▼代表16-20号错合金壁环件试样，代表21-25号错合金壁环件试样；
[0014] 图5为实施例二热处理后得到的2A14铝合金厚壁环的显微组织结构图a ;
[0015] 图6为实施例二热处理后得到的2A14铝合金厚壁环的显微组织结构图b。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0016] 一：本实施方式大型铝合金厚壁环件的高强可控延伸率热处理方法 按照下列步骤实施：
[0017] -、采用线切割对2A14铝合金厚壁环件进行切割，然后放入箱式电阻炉中，在 490~500°C的温度下保温1. 8~2. 5小时，取出2A14铝合金厚壁环迅速转移到50~70°C 的热水中进行淬火处理，得到固溶淬火后的铝合金厚壁环件；
[0018] 二、采用三辊乳机以环乳的方式对固溶淬火后的铝合金厚壁环件的环内壁进行累 道次热乳处理，控制初乳温度为380~420°C，终乳温度为230~280°C，每道次乳制变形量 为30 %~40%，乳制得到热乳后的铝合金壁环；
[0019] 三、将热乳后的铝合金壁环放入50~70°C的热水中进行固溶淬火，然后控制变形 量为10%~40%进行环件冷乳处理，得到冷乳后的铝合金件；
[0020] 四、将步骤三得到的冷乳后的铝合金件在150~200°C的温度下时效处理2h~ 5h，完成铝合金厚壁环件的高强可控延伸率热处理。
[0021] 在低温时效初期，合金中基本上没有析出或析出相的含量很少，随时效时间延长， 合金中形成了少量的析出相Ω相和S'相，Ω相沿着[110]Α1的方向析出，呈片状，S'相沿 着[100]Α1和[010] μ方向析出，成针状。随着时效温度的升高和时效时间的延长，合金中析 出的S'相的含量增加且尺寸增大，在基体中弥散分布，没有观察到Ω相。而在高温时效初 期，就在位错上开始析出点状的S相，呈弥散分布的S相会阻碍位错的运动而提高强度，随 着时效时间的继续延长，位错上析出的S相增多且尺寸增大，位错线变得不明显。晶界上的 析出相主要是S相，在晶界附近没有观察到明显的无析出带，进而强度降低。
【具体实施方式】 [0022] 二：本实施方式与一不同的是步骤一所述的2A14铝 合金厚壁环件的壁厚为190~210_。其它步骤及参数与一相同。
[0023]
【具体实施方式】三：本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是步骤一所述的 2A14铝合金厚壁环件的外径为1800~2000mm。其它步骤及参数与【具体实施方式】一或二相 同。
【具体实施方式】 [0024] 四：本实施方式与一至三之一不同的是步骤一在 495°C的温度下保温2小时。其它步骤及参数与一至三之一相同。
【具体实施方式】 [0025] 五：本实施方式与一至四之一不同的是步骤一 2A14 铝合金块材淬火转移的时间小于2秒。其它步骤及参数与一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0026] 六：本实施方式与一至五之一不同的是步骤二热乳处 理时的进给速度为3m/min。其它步骤及参数与一至五之一相同。
【具体实施方式】 [0027] 七：本实施方式与一至六之一不同的是步骤二得到的 热乳后的铝合金壁环的壁厚为120~135_。其它步骤及参数与一至六之一 相同。
【具体实施方式】 [0028] 八：本实施方式与一至七之一不同的是步骤三控制变 形量为25 %~40 %进行环件冷乳处理。其它步骤及参数与一至七之一相同。
【具体实施方式】 [0029] 九：本实施方式与一至八之一不同的是步骤四在 170~190°C的温度下时效处理2h~3h。其它步骤及参数与一至八之一相 同。
【具体实施方式】 [0030] 十：本实施方式与九不同的是步骤四在180°C的温度 下时效处理2h。其它步骤及参数与九相同。
[0031] 对比实施例一：本实施例大型铝合金厚壁环件的热处理方法按照下列步骤实施：
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