確定提高2219鋁合金性能的變形熱處理條件的方法
【專利摘要】本發明公開了一種確定提高2219鋁合金性能的變形熱處理條件的方法。該方法過程包括：采用T6熱處理確定時效溫度，將2219鋁合金進行固溶、淬火、時效處理，確定強度和硬度對應的最佳變形熱處理的時效溫度；采用T8熱處理確定時效時間，將該2219鋁合金的試樣進行固溶、淬火、軋制，在T6熱處理所確定的溫度下進行時效處理，確定強度和硬度對應的最佳變形熱處理的時效時間。本發明具有以下優點：本發明熱處理方法簡單，確定了2219鋁合金T8熱處理最佳的時效時間和時效溫度，解決了數據庫不足的問題，擴大了該鋁合金在工業領域的應用范圍。
【專利說明】確定提高2219鋁合金性能的變形熱處理條件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種確定提高2219鋁合金性能的變形熱處理條件的方法，屬于鋁合金熱處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]論文中研究的材料為2219鋁合金是一種火箭貯箱用材料。由于火箭貯箱所放液體為液氫、液氧這種低溫燃料，因此貯箱材料的選擇十分重要，材料要具有較好的超低溫機械性能、良好的焊接性能以及斷裂韌性等。美國液氫液氧火箭貯箱材料廣泛采用的是2014 以及2219鋁合金。而我國目前火箭貯箱大部分采用2A14鋁合金，這種材料的強度高、熱強性好，具有良好的可切削性和電阻率但是焊接困難，焊接裂紋問題始終沒有得到根本性的解決。因此，我國在新一代火箭貯箱上廣泛采用了 2219鋁合金，與2A14鋁合金相比，2219 鋁合金不僅具有良好的高低溫力學性能、斷裂韌性、抗應力腐蝕性能而且具有較好的焊接性能。時效熱處理是提高2219鋁合金力學性能的方法之一，但是我國對其性能和熱處理技術的認識還不夠深入和系統，對2219鋁合金的基本性能主要停留在材料手冊中介紹的內容，對材料的高低溫力學性能、斷裂韌性、抗腐蝕性等方面缺乏深入研究。在產品工藝設計和加工過程中，仍然主要依靠多做實驗來摸索，缺乏郵箱的理論依據和數據積累。如不同變形量對材料性能的影響，不同材料狀態對凸孔直徑、高度的影響、冷鍛對材料性能的影響等等。同時，在熱處理方面，對不同結構的2219鋁合金產品，其熱處理工藝基本一致，沒有根據零件的結構特點、厚度、大小進行調整，對熱處理過程中的變形情況沒有深入研究，一般都是采用矯形的方式進行彌補。
[0003]2219鋁合金屬于Al-Cu 二系可熱處理強化鋁合金。熱處理過程主要包括固溶熱處理和時效熱處理。該種鋁合金是通過在時效過程中，0"和0 '這種析出相在a鋁基體中析出達到強化效果的。目前對于2219鋁合金變形熱處理研究并不多，大部分集中在對它的攪拌摩擦焊的研究上，很多研究表明，預變形不僅可以提高鋁合金達到峰值失效時的硬度以及強度值而且會加快峰值時效的產生。QUAN L1-Wei等人對固溶處理之后的2524 鋁合金進行預拉伸然后在170 1:下進行時效處理，研究了預拉伸變形對合金微觀組織以及力學性能的影響，研究發現與未經過預變形處理的合金相比，2524鋁合金達到峰值時效時的硬度值得到提高并且達到峰值時效時的時間縮短了，研究還發現經過預變形處理的合金中的S(A12CuMg)相的密度增加長度變短；2009年發表在航空材料學報上的一篇文獻報道了預變形處理對Al-Cu-Mn-Mg-Ag合金組織以及力學性能的影響，得出了相同的結論，即預變形可以提高峰值時效值并且可以縮短達到峰值時效所用的時間，主要是由預變形促進了時效過程中Q相的析出以及提高了 Q相的數量導致的，另外研究發現隨著與變形量的增加，合金的抗拉強度以及屈服強度增加而延伸率出現降低，最佳預變形量為10 9T20 % ；AN L1-hui 等(Trans.Nonferrous Met.Soc.China., 2012, 370 (75))通過機械熱處理的方法研究了預變形對2219鋁合金板材微觀組織和力學性能的影響，研究表明，隨著預變形量的增加，材料的抗拉強度(0 b)和屈服強度(0 s)先增大后變小，在預變形量為1.63%時達到最大抗拉強度和屈服強度，分別為387.96MPa和288.62MPa，此時的延伸率大于16%。在上述熱處理工藝參數下處理的2219鋁合金的拉伸性能和硬度值都較低，因此在工業上的應用范圍受到了一定限制。
【發明內容】
[0004]本發明目的在于提供一種確定提高2219鋁合金性能的變形熱處理條件的方法， 該方法過程簡單，所確定的提高2219鋁合金性能的變形熱處理條件具有適用性。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案加以實現的，一種確定提高2219 鋁合金性能的變形熱處理條件的方法，所述的2219鋁合金的成分及質量百分含量為:Si0.2%, Fe 0.3%, Cu 5.8%"6.8%, Mn 0.2~0.4%, Mg 0.02%, V 0.05%"0.15%, Ti 0.02%"0.1%，Zn0.1%，Zr 0.P/T0.25%，其余為Al ;所述的性能包括強度、硬度和延伸率，其特征包括以下過程:1)采用T6熱處理確定進行變形熱處理的時效溫度:
將2219鋁合金的試樣于溫度535°C下進行固溶處理40分鐘，然后在室溫的水中淬火 5min，其中淬火轉移時間小于10秒，之后在溫度16(Tl9(TC之間某一個溫度下進行時效處理f24h，并測試試樣在每個時效時間點的抗拉強度和硬度，對所測試的抗拉強度和硬度數據及某一個溫度下所對應進行時效處理時間數據分析整理繪制曲線圖，分析曲線圖，將其中的強度和硬度最佳的曲線圖所對應的時效溫度作為變形熱處理的時效溫度；
2)采用T8進行變形熱處理確定變形熱處理時效時間:
將該2219鋁合金的試樣于溫度535 °C條件下固溶處理40分鐘，然后在室溫下的水中淬火5min，其中淬火轉移時間小于10秒，然后常溫下將試樣在V 130 二輥實驗軋機上進行10 %的變形，變形后的試樣在步驟I)所確定的變形熱處理的時效溫度下進行時效處理f 15小時，并測試試樣在每個時效時間點的強度、硬度、延伸率，繪制強度、硬度、延伸率分別與時效時間的曲線圖，在曲線圖上確定出試樣最佳強度、硬度、延伸率所對應時效時間，則該時效時間即為2219鋁合金的變形熱處理的時效時間，從而確定了提高2219鋁合金性能的變形熱處理條件的時效溫度和時效時間。
[0006]本發明具有以下優點:本發明通過控制變量(時效時間)的方法系統研究了時效時間以及10 %的預變形對2219鋁合金力學性能的影響，不僅解決了 2219鋁合金數據庫不足的問題，而且與現有技術比較，本發明由于采用了上述技術方案，使該合金在535°C溫度下固溶40min，然后進行10 %的變形以及在175°C溫度下時效6h時，大量富銅析出相在時效過程中從基體中彌散析出，該合金的強度、硬度、延伸率分別達到:155.85 HV、445.35 MPa、 350.35 MPa、12%。本發明提供的鋁合金的熱處理方法提高了 2219鋁合金的強度和硬度。因此擴大了該種鋁合金在工業領域的應用范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1為本發明實施例1中所得到的2219鋁合金材料的硬度變化曲線圖。
[0008]圖2為本發明實施例1中所得到的2219鋁合金材料的力學性能變化曲線圖。
[0009]圖3為本發明實施例2中所得到的2219鋁合金材料的硬度變化曲線圖。
[0010]圖4為本發明實施例2中所得到的2219鋁合金材料的力學性能變化曲線圖。[0011]圖5為本發明實施例3中所得到的2219鋁合金材料的硬度變化曲線圖。
[0012]圖6為本發明實施例3中所得到的2219鋁合金材料的力學性能變化曲線圖。
[0013]圖7為本發明實施例4中所得到的2219鋁合金材料的硬度變化曲線圖。
[0014]圖8為本發明實施例4中所得到的2219鋁合金材料的力學性能變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
實驗所用2219鋁合金薄板由天津航天長征火箭制造有限公司提供，板材為退火狀態，薄板厚度為7 mm。硬度試樣為IOmmX IOmm的塊體，厚度為7mm。拉伸試樣根據GB/G 228-2002《金屬材料拉伸試驗方法》加工制定。制備九組試樣，其中每組試樣為兩個硬度試樣和兩個拉伸試樣，所有的硬度試樣尺寸相同，所有的拉伸試尺寸相同。每個試樣在535°C 條件下固溶處理40 min，然后試樣在室溫下的水中淬火5min，其中淬火轉移時間小于10 秒，再將九組試樣在溫度160 °C的烘箱中分別進行時間為0h、3h、6h、9h、12h、15h、18h、21h 和24h時效處理，然后將試樣空冷至室溫。空冷后硬度試樣用型號為Everone MH-6硬度計測試硬度，空冷后的拉伸試樣用型號為CSS-44100電子萬能試驗機測試拉伸強度、延伸率。 分析測試數據，分別繪制在160 V時效溫度下2219鋁合金硬度、拉伸強度、延伸率與時效處理時間曲線圖，如圖1、圖2所示。
[0016]實施例2
取十組試樣每組試樣取兩個硬度試樣和兩個拉伸試樣，試樣尺寸與實施例一相同。將十組試樣在535°C下固溶處理40min，然后在室溫下的水中淬火5min，其中淬火轉移時間小于10秒，最后將十組硬度和拉伸試樣在175 °C的烘箱中分別時效0h、lh、2h、3h、6h、9h、 12h、15h、18h、21h，然后將試樣空冷至室溫。將試樣進行硬度和拉伸性能測試，所用測試儀器的型號與實施例一相同。分別繪制在175 °C時效溫度下2219鋁合金硬度、拉伸強度、延伸率與時效處理時間曲線圖，如圖3、圖4所示。
·[0017]實施例3
取八組試樣每組試樣取兩個硬度試樣和兩個拉伸試樣，試樣尺寸與實施例一相同。將八組試樣在535°C下固溶處理40min，然后在室溫下的水中淬火5min，其中淬火轉移時間小于10秒，最后將八組硬度和拉伸試樣在190 °C的烘箱中分別時效0h、20min、40min、2h、4h、 6h、8h、10h，然后將試樣空冷至室溫。將試樣進行硬度和拉伸性能測試，所用測試儀器的型號與實施例一相同。分別繪制在190 °C時效溫度下2219鋁合金硬度、拉伸強度、延伸率與時效處理時間曲線圖，如圖5、圖6所示。通過對實施例f 3強度、硬度和延伸率的分析得到采用T6熱處理最佳時效溫度為175°C。
[0018]實施例4
采用T8熱處理的方法，在時效溫度為175°C下對2219鋁合金進行變形熱處理。取八組試樣每組試樣取兩個硬度試樣和兩個拉伸試樣，試樣的厚度為7mm，軋制前拉伸試樣尺寸根據GB/G 228-2002《金屬材料拉伸試驗方法》加工制定。將此試樣分別于535°C下固溶處理 40min，然后在室溫下的水中淬火5 min，其中淬火轉移時間小于10秒，然后將試樣在V130 二輥實驗軋機上進行10 %的軋制變形，變形后于175 °C的烘箱中時效處理I h、2 h、3h、6 h、9 h、12 h、15 h。將試樣進行硬度和拉伸性能測試，所用測試儀器的型號與實施例一相同。強度、硬度和延伸率如圖7、圖8所示。綜合三種性能指標，在時效溫度6h時，強度硬度最高、延伸率只有略微降低， 因此選用時效處理時間6h即為最佳的變形熱處理時效時間。
【權利要求】
1.一種確定提高2219鋁合金性能的變形熱處理條件的方法，所述的2219鋁合金的成分及質量百分含量為:Si 0.2%, Fe 0.3%, Cu 5.8%~6.8%, Mn 0.2~0.4%, Mg 0.02%, V 0.05%~0.15%, Ti 0.02%~0.1%，Zn 0.1%，Zr 0.1%~0.25%，其余為 Al ;所述的性能包括強度、 硬度和延伸率，其特征包括以下過程:1)采用T6熱處理確定進行變形熱處理的時效溫度:將2219鋁合金的試樣于溫度535°C下進行固溶處理40分鐘，然后在室溫的水中淬火 5min，其中淬火轉移時間小于10秒，之后在溫度16(Tl9(TC之間某一個溫度下進行時效處理f24h，并測試試樣在每個時效時間點的抗拉強度和硬度，對所測試的抗拉強度和硬度數據及某一個溫度下所對應進行時效處理時間數據分析整理繪制曲線圖，分析曲線圖，將其中的抗拉強度和硬度最佳的曲線圖所對應的時效溫度作為變形熱處理的時效溫度；2)采用T8進行變形熱處理確定變形熱處理時效時間:將該2219鋁合金的試樣于溫度535 °C條件下固溶處理40分鐘，然后在室溫下的水中淬火5min，其中淬火轉移時間小于10秒，然后常溫下 將試樣在V 130 二輥實驗軋機上進行10 %的變形，變形后的試樣在步驟I)所確定的變形熱處理的時效溫度下進行時效處理f 15小時，并測試試樣在每個時效時間點的強度、硬度、延伸率，繪制強度、硬度、延伸率分別與時效時間的曲線圖，在曲線圖上確定出試樣最佳強度、硬度、延伸率所對應時效時間，則該時效時間即為2219鋁合金的變形熱處理的時效時間，從而確定了提高2219鋁合金性能的變形熱處理條件的時效溫度和時效時間。
【文檔編號】C22F1/057GK103589978SQ201310593472
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】師春生, 張智鋒, 趙乃勤, 劉燕, 何春年, 劉恩佐, 李家俊 申請人:天津大學