一種消除Al?Cu?Mg?Si?Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝制造技術

本發明專利技術一種消除Al?Cu?Mg?Si?Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝。所述均勻化工藝為：將Al?Cu?Mg?Si?Mn合金鑄錠置于爐中，以15～20℃/min的速度升溫至470℃～480℃，保溫8～12小時，然后隨爐冷卻至250℃～300℃，接著空冷至室溫；然后再將鑄錠置于510℃～520℃的保溫爐中保溫18～24小時；最后將鑄錠空冷至室溫。本發明專利技術可以解決含有較高Si、Fe、Mn元素的Al?Cu?Mg系合金鑄錠中，熔點高而難消除復雜第二相的均勻化難題。本發明專利技術工藝簡單、操作方便，為各種高Si、Fe、Mn元素含量的Al?Cu?Mg系合金鑄錠提供了一種可行的均勻化熱處理方案，便于工業化生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種適用于Al-Cu-Mg-Si-Mn合金的均勻化熱處理新工藝，采用該工藝獲得的均勻組織，可提高合金后期加工性能及熱處理強化效果；屬于鋁合金熱處理

技術介紹
鋁合金因其具有低密度、高比強度、高剛度、高耐蝕性及可熱處理強化等性能而作為結構材料在航空航天以及汽車工業得到了廣泛的應用。而在現代飛機結構中，諸如機身框、艙門骨架、視窗骨架、各類接頭及飛機起落架輪轂等部位普遍采用了鋁合金加工構件，鋁合金性能的好壞對航空航天業的發展起到了至關重要的作用。Al-Cu-Mg-Si-Mn合金屬于可熱處理強化變形鋁合金。由于合金中添加的合金元素含量較高，因此鑄造組織中易于產生較多的枝晶偏析。同時由于合金中含有較多的Si、Fe、Mn等元素，鑄造組織中會存在(Fe,Mn)Al6、(Fe,Mn)3SiAl12、Mg2Si、CuMgSi4Al4等粗大的脆性第二相粒子，這會導致鑄坯中存在較強的內應力及裂紋傾向，對后續塑性加工和熱處理強化均會造成不良的影響，嚴重損害合金力學性能。因而，一種合理的均勻化熱處理制度對最終產品起著決定性的作用。為了解決鋁合金鑄造組織的不均勻性，目前采用的均勻化熱處理主要有單級均勻化退火、雙級均勻化退火以及多級均勻化退火。通常的均勻化過程均在鋁合金中超過其主要合金元素的溶解度曲線并低于合金共晶溫度及非平衡固相線的溫度下進行，合金中的第二相粒子經歷了溶解、球化及析出三個過程。對于傳統的雙級均勻化或多級均勻化而言，由于高溫均勻化階段是由低溫均勻化階段直接通過升溫達到的，合金元素一直處于活躍狀態，易于在晶界高熔點第二相附近產生偏聚，并且晶粒易于發生長大。因而為了防止晶粒長大，高溫均勻化階段保溫時間均較短，但是較短的保溫時間對于晶間高熔點第二相相含量較多的合金，難以達到完全均勻化的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于實現一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，解決了Si、Fe、Mn含量較高的Al-Cu-Mg系合金鑄造過程中產生的共晶相及高熔點第二相粒子均勻化不完全的問題，并且具有操作簡單、高效的特點。本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，其特征在于包括下述步驟：第一步：低溫均勻化熱處理將半連續鑄造得到的Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄錠坯料置入電阻加熱爐中以15～20℃/min的速度加熱到470℃～480℃，并保溫A分鐘；所述A＝鑄錠直徑×(2.5～3.5)min/mm，所述鑄錠直徑的單位為mm；第二步：一次冷卻將第一步處理后的坯料隨爐冷卻至250℃～300℃后空冷至室溫；第三步：高溫均勻化處理將第二步空冷后的坯料置入510℃～520℃的電阻爐中，保溫18～24小時；第四步：二次冷卻將第三步處理后的坯料空冷至室溫，得到成品。本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，所述Al-Cu-Mg-Si-Mn合金以質量百分比計包括下述組分：Cu4.3％～4.5％，Mg0.65％～0.75％，Si0.6％～0.7％，Mn0.45％～0.55％，Fe0.1％～0.2％，余量為Al。作為優選方案，本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，所述Al-Cu-Mg-Si-Mn合金以質量百分比計包括下述組分：Cu4.3％～4.5％，Mg0.65％～0.75％，Si0.6％～0.7％，Mn0.45％～0.55％，Fe0.1％～0.2％，Ga＜0.03％，P＜0.015％，Ti＜0.015％，V＜0.015％，Zn＜0.01％，余量為Al和雜質，所述雜質的總量＜0.01％。作為優選方案，本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，第一步所述的低溫均勻化熱處理的升溫速度為15～20℃/min。作為優選方案，本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，第一步所述的低溫均勻化熱處理的保溫時間為8～12小時。本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，所述成品中，合金晶粒尺寸為100～150μm。本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，所述成品的抗拉強度為合金鑄錠坯料抗拉強度的1.15～1.3倍。本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，所述成品的抗拉強度為320～340MPa。本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，所述成品的伸長率為合金鑄錠坯料伸長率的13～1.4倍。本專利技術一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，所述成品的伸長率為10.5％～11％。原理和優勢本專利技術通過二次均勻化處理，在低溫均勻化和高溫均勻化之間加入一個冷卻過程，抑制了低溫均勻化過程中已溶解樹枝晶及晶間第二相的元素進一步擴散，使得高溫均勻化階段的保溫時間得以延長而不發生過燒，優化了高熔點第二相含量較多的鋁合金的均勻化效果。通過本專利技術提出的均勻化熱處理方法處理后，合金化程度及Si、Fe、Mn含量均較高的Al-Cu-Mg-Si-Mn合金組織中非平衡第二相基本消除，均勻化程度較為徹底，這很大程度上提高了合金的熱塑性及合金元素在基體中的固溶量。本專利技術的優點是：本專利技術根據低溫相及高溫難溶相在熱處理過程中的演變規律，在雙級均勻化的基礎上指定出了一種新的均勻化制度，即：采用“低溫均勻化+冷卻+高溫均勻化”二次均勻化熱處理，有效解決了Al-Cu-Mg-Si-Mn合金均勻化不完全問題。綜上所述，本專利技術為消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相，提高鑄造組織均勻性提供了一條簡單高效的有效途徑。同時本專利技術在熱處理工藝和組分的協同作用下，其所達到的效果遠遠超出了預計。附圖說明：附圖1為本專利技術制定的均勻化熱處理制度示意圖；附圖2為實施例1所用鑄錠心部均勻化處理前金相照片；附圖3為實施例1所用鑄錠心部均勻化處理后金相照片；附圖4為實施例2所用坯料均勻化處理前的金相照片(a)及掃描照片(b)；附圖5為實施例2所用坯料均勻化處理后的金相照片(a)及掃描照片(b)；具體實施方式：實施例1實驗材料為半連續鑄造的Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄錠，其化學成分為：Cu為4.3wt.％～4.5wt.％，Mg為0.65wt.％～0.75wt.％，Si為0.6wt.％～0.7wt.％，Mn為0.45wt.％～0.55wt.％，Fe為0.1wt.％～0.2wt.％，Ga＜0.03wt.％，P＜0.015wt.％，Ti＜0.015wt.％，V＜0.015wt.％，Zn＜0.01wt.％，雜質總量＜0.01wt.％，余量為Al。將所述的Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄錠機加工成直徑為200mm的坯料進行二次均勻化處理。先將坯料置入爐膛，以15℃/min的速度隨爐升溫至480℃。根據坯料直徑與保溫時間的關系公式確定保溫時間為12小時，達到保溫時間后隨爐冷卻至300℃，快速從爐膛中取出空冷至室溫；再以15℃/min的速度將爐膛溫度升至515℃，將經過一次均勻化的坯料置入爐膛，坯料保溫24小時后，將坯料從爐膛取出并空冷至室溫本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種消除Al?Cu?Mg?Si?Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，其特征在于包括下述步驟：第一步：低溫均勻化熱處理將半連續鑄造得到的Al?Cu?Mg?Si?Mn合金鑄錠坯料置入電阻加熱爐中以15～20℃/min的速度加熱到470℃～480℃，并保溫A分鐘；所述A＝鑄錠直徑×(2.5～3.5)min/mm，所述鑄錠直徑的單位為mm；第二步：一次冷卻將第一步處理后的坯料隨爐冷卻至250℃～300℃后空冷至室溫；第三步：高溫均勻化處理將第二步空冷后的坯料置入510℃～520℃的電阻爐中，保溫18～24小時；第四步：二次冷卻將第三步處理后的坯料空冷至室溫，得到成品。

【技術特征摘要】
1.一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，其特征在于包括下述步驟：第一步：低溫均勻化熱處理將半連續鑄造得到的Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄錠坯料置入電阻加熱爐中以15～20℃/min的速度加熱到470℃～480℃，并保溫A分鐘；所述A＝鑄錠直徑×(2.5～3.5)min/mm，所述鑄錠直徑的單位為mm；第二步：一次冷卻將第一步處理后的坯料隨爐冷卻至250℃～300℃后空冷至室溫；第三步：高溫均勻化處理將第二步空冷后的坯料置入510℃～520℃的電阻爐中，保溫18～24小時；第四步：二次冷卻將第三步處理后的坯料空冷至室溫，得到成品。2.根據權利要求1所述的一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，其特征在于：所述Al-Cu-Mg-Si-Mn合金以質量百分比計包括下述組分：Cu4.3％～4.5％，Mg0.65％～0.75％，Si0.6％～0.7％，Mn0.45％～0.55％，Fe0.1％～0.2％，余量為Al。3.根據權利要求2所述的一種消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金鑄造結晶相的均勻化熱處理工藝，其特征在于：所述Al-Cu-Mg-Si-Mn合金以質量百分比計包括下述組分：Cu4.3％～4.5％，Mg0.65％～0.75％，Si0.6％～0.7％，Mn0.45％～0.55％，Fe0.1％～0.2％，Ga＜0.03％，P＜0.0...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李慧中，郭亮，梁霄鵬，朱澤曉，李鵬偉，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43