本發(fā)明涉及一種保持鋁合金強(qiáng)度、塑性及電導(dǎo)率的同時(shí)降低其淬火殘余應(yīng)力的淬火方法，適用于可熱處理的合金，特別適用于熱處理的鋁合金。屬于合金熱處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

可熱處理鋁合金在合適的熱處理工藝后，能獲得優(yōu)良的綜合性能。淬火過(guò)程一般發(fā)生在合金固溶處理之后，以大的冷卻速率來(lái)獲得好的固溶效果，從而保證人工時(shí)效后能得到良好的析出強(qiáng)化效果。但是淬火的速率越大，過(guò)程中材料表面與內(nèi)部之間的冷卻速率差距也就越大，從而導(dǎo)致淬火后材料存在的殘余應(yīng)力也就越大。這種淬火殘余應(yīng)力在尺寸較大的工件中尤為明顯。材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力對(duì)材料的性能影響很大，較大的殘余應(yīng)力會(huì)影響結(jié)構(gòu)的剛度及其穩(wěn)定性，引起工件形狀尺寸的變化，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度、抵抗高溫蠕變開(kāi)裂以及抗應(yīng)力腐蝕等性能也會(huì)受到影響。

殘余應(yīng)力的存在使得材料內(nèi)部處于不穩(wěn)定的晶格畸變狀態(tài)。目前應(yīng)用的消除殘余應(yīng)力的方法，從原理上來(lái)說(shuō)，大都是通過(guò)外加條件使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、殘余應(yīng)力松弛，如施加外部載荷，與存在于工件內(nèi)的殘余應(yīng)力相疊加，超過(guò)材料屈服強(qiáng)度而發(fā)生塑性變形，殘余應(yīng)力松弛而得到釋放。目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一些減少或消除淬火殘余應(yīng)力方法采用提高淬火介質(zhì)溫度、使用聚合物淬火介質(zhì)等，以及各種時(shí)效處理和機(jī)械處理方法如熱時(shí)效法、振動(dòng)時(shí)效法和預(yù)拉伸等，但殘余應(yīng)力的降低幅度通常在在60％以下時(shí)才能使合金保持較好的力學(xué)性能。

綜上所述，本領(lǐng)域仍需要新的有效的方法，在保證鋁合金性能的前提下，能顯著降低淬火殘余應(yīng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種能有效降低鋁合金淬火殘余應(yīng)力且保持優(yōu)良性能的淬火方法。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，是在固溶前將鋁合金表面包覆高溫膠層和金屬箔層，固溶后，材料在包覆狀態(tài)下進(jìn)行淬火。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，所包覆的高溫膠層和金屬箔層的總厚度≤2mm，優(yōu)選為0.5-2mm、進(jìn)一步優(yōu)選為1-2mm。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，高溫膠層的厚度為0.1-1.5mm。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，包覆所用高溫膠為無(wú)機(jī)耐高溫膠。優(yōu)選為無(wú)機(jī)耐高溫膠為DB5010單組分超高溫?zé)o機(jī)膠。所述高溫膠的分解溫度高于鋁合金的固溶溫度，且溶于淬火介質(zhì)(油、水、淬火液等)中。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，所述DB5010單組分超高溫?zé)o機(jī)膠為雙鍵化學(xué)DB5010單組份超高溫?zé)o機(jī)膠。此膠可耐1200℃高溫，耐酸、堿、油但不耐沸水。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，淬火之后輔以時(shí)效處理。所述時(shí)效處理優(yōu)選為人工時(shí)效。所述人工時(shí)效包括單級(jí)人工時(shí)效和多級(jí)人工時(shí)效。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，所述方法適用于可熱處理鋁合金,包括2XXX、6XXX和7XXX系鋁合金中的至少一種。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，所述鋁合金最薄部位的厚度大于等于6mm。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，所述合金為鋁合金時(shí)，其所用金屬箔層的材質(zhì)為鋁箔。

作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，所述單級(jí)人工時(shí)效的溫度為100-180℃，保溫時(shí)間為12-24h。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，處理后淬火殘余應(yīng)力能獲得最多達(dá)100％的下降。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，所包覆的高溫膠層和金屬箔層經(jīng)淬火后可剝落。

本發(fā)明一種降低可熱處理鋁合金殘余應(yīng)力的淬火方法，淬火后所得產(chǎn)品與現(xiàn)有技術(shù)淬火后所得產(chǎn)品的性能基本持平，如合金的強(qiáng)度、塑性及電導(dǎo)率等。其中電導(dǎo)率甚至還有一定提高。

原理和優(yōu)勢(shì)

淬火殘余應(yīng)力是由于材料表面與內(nèi)部冷卻速率存在較大差異而產(chǎn)生的，表面冷卻速率最大，故淬火過(guò)程中材料的變形以表面最為劇烈。同時(shí)，材料表面殘余壓應(yīng)力。本發(fā)明提出在固溶及淬火之前，將鋁合金表面包覆一定厚度的高溫膠與一層鋁箔，淬火過(guò)程中最外層變形最為劇烈的部分轉(zhuǎn)移到了高溫膠及鋁箔上。通常材料淬火后表面殘余壓應(yīng)力的分布是自外向里遞減的，心部為殘余拉應(yīng)力。因此，高溫膠包覆淬火處理后，材料表面殘余應(yīng)力水平相較于普通試樣會(huì)降低很多；且被高溫膠和鋁箔包覆的表面在淬火后變形劇烈程度不如普通試樣，故前者的淬火表面質(zhì)量會(huì)相應(yīng)得到一些改善。

目前生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的傳統(tǒng)殘余應(yīng)力消除方法有熱時(shí)效法、振動(dòng)時(shí)效法等，一般情況下，這兩種工藝殘余應(yīng)力的消除效果均在60％以下。采用本發(fā)明所述包覆淬火工藝，能顯著降低材料淬火殘余應(yīng)力。淬火過(guò)程高溫膠與鋁箔單面總包覆厚度達(dá)到0.5mm時(shí)，淬火殘余應(yīng)力下降幅度便能達(dá)到75％以上；包覆厚度達(dá)到1.0mm-1.5mm時(shí)，鋁合金表面殘余應(yīng)力水平已十分低；包覆厚度達(dá)到2mm時(shí)，鋁合金表面已經(jīng)由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)榱死瓚?yīng)力。由此可見(jiàn)，對(duì)比于傳統(tǒng)殘余應(yīng)力消除方法如熱時(shí)效法、振動(dòng)時(shí)效法等所能達(dá)到的效果，高溫膠包覆淬火處理方法對(duì)鋁合金表面淬火殘余應(yīng)力的消除有更為明顯的效果。

本發(fā)明工藝操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)施，殘余應(yīng)力消除效果佳且適用于尺寸較大和形狀復(fù)雜件，適合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

附圖1為實(shí)施例1試樣處理示意圖；

附圖2為實(shí)施例1包覆處理試樣以及未包覆處理試樣的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；

附圖1中圖1(a)為包覆處理后的試樣，圖1(b)為不作任何處理的試樣。

圖2中，1號(hào)曲線為實(shí)施例1包覆處理試樣A的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；2號(hào)曲線為不作任何處理的試樣A的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從圖2中可以看出:試樣(試樣A)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及斷后延伸率均能夠和普通淬火+人工時(shí)效處理的試樣(試樣B)保持同一水平。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種降低鋁合金淬火殘余應(yīng)力的淬火方式。包括以下步驟：

1.取樣。樣品為80mm×40mm×10mm形狀規(guī)格的7150鋁合金板材。取兩個(gè)樣品，編號(hào)為A和B。

2.包覆處理。將樣品A清理干凈后，在一個(gè)80mm×40mm面涂覆高溫膠，隨后用鋁箔包覆并將表面輕輕撫平，高溫膠凝固后單面總包覆厚度為1.5mm。將試樣置入電熱鼓風(fēng)干燥箱，被包裹的面朝上放置，在90℃的溫度下保溫1h，完成高溫膠的初步凝固。然后在其它五個(gè)面均涂覆與第一個(gè)面相同厚度的高溫膠，用鋁箔包裹并撫平，再將試樣置入電熱鼓風(fēng)干燥箱，在90℃保溫1h后，升溫至150℃并繼續(xù)保溫1h。保溫完成后，取出試樣A，在空氣中冷卻。樣品B不作任何處理。如圖1所示。所述高溫膠為市售雙鍵化學(xué)DB5010單組分超高溫?zé)o機(jī)膠。

3.試樣A和樣品B均分別加熱至475℃進(jìn)行固溶，保溫時(shí)間1.5h，隨后進(jìn)行淬火。

4.對(duì)試樣表面(主要是試樣A表面)進(jìn)行清理，試樣A表面包覆的高溫膠和鋁箔在淬火后極易剝落，而仍然粘連的膠可用沸水清除。清理干凈后使用鉆孔法分別測(cè)量試樣A和B的殘余應(yīng)力，結(jié)果如表1和圖2所示。

表1試樣性能對(duì)比

表1中殘余應(yīng)力降幅的計(jì)算方法為；A處理后殘余應(yīng)力/B處理后殘余應(yīng)力。

5.將試樣A和B進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效制度是120℃，保溫15h。處理完成后對(duì)A和B進(jìn)行維氏硬度、電導(dǎo)率的測(cè)試以及拉伸實(shí)驗(yàn)。維氏硬度及電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果于表1所示，拉伸實(shí)驗(yàn)得到的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示。

從表1可以看出，對(duì)比不用高溫膠與鋁箔包覆處理的試樣，采用本發(fā)明工藝淬火后的試樣(試樣A)，淬火殘余應(yīng)力得到大幅度降低，橫向與軋向殘余應(yīng)力的降低值都在90％以上。在人工時(shí)效過(guò)后，采用本發(fā)明工藝處理的試樣不僅仍保持著較高的硬度值，電導(dǎo)率也得到了一定程度的改善。從拉伸實(shí)驗(yàn)得到的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線中，可以看到，采用本發(fā)明工藝處理的試樣(試樣A)屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及斷后延伸率均能夠和普通淬火+人工時(shí)效處理的試樣(試樣B)保持同一水平。由此可見(jiàn)，本發(fā)明工藝在降低鋁合金淬火殘余應(yīng)力的同時(shí)能保持材料的性能。

實(shí)施例2

1.取120mm×120mm×25mm形狀規(guī)格的2024鋁合金板材樣品，編號(hào)為C。

2.半包覆處理。將C試樣的較大面(120mm×120mm面)以及其周圍的四個(gè)120mm×25mm面包覆高溫膠及鋁箔，高溫膠凝固后總包覆厚度為1mm。另外一個(gè)120mm×120mm面不作處理。

3.加熱試樣C至495℃進(jìn)行固溶，保溫時(shí)間2h后進(jìn)行淬火。隨后分別測(cè)量試樣C兩個(gè)120mm×120mm面的殘余應(yīng)力，結(jié)果如表2所示。

4.將試樣C進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效制度是190℃，保溫12h。處理完成后對(duì)C進(jìn)行硬度測(cè)量，結(jié)果如表2所示。

表2試樣不同面性能對(duì)比

通過(guò)對(duì)比試樣C的包覆面及未包覆面性能，可以看出：采用本發(fā)明工藝處理包覆的面，殘余應(yīng)力水平較未包覆面降低了80％～85％，且硬度仍能得到保持。