專利名稱：一種適于鋁合金材料淬火效果直接測(cè)試評(píng)價(jià)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于鋁合金淬火效果直接測(cè)試評(píng)價(jià)的方法，屬于金屬材料熱處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱處理可強(qiáng)化鋁合金，主要包括7XXX系鋁合金、2XXX系鋁合金和6XXX系鋁合金等，在航空航天及交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其合金高的強(qiáng)度和硬度主要是通過固溶、淬火及隨后的時(shí)效來獲得；淬火是一個(gè)關(guān)鍵的工序，淬火使合金的高溫狀態(tài)以急冷方式將過飽和狀態(tài)固定到室溫，其目的是使淬火組織中保留大量空位和過飽和固溶體，為時(shí)效析出提供熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件。然后該系列鋁合金存在著淬透性問題，在淬火過程中這種過飽和狀態(tài)是很不穩(wěn)定的，要想得到理想的過飽和程度就必須迅速冷卻以避免脫溶析出。 由于淬火介質(zhì)的冷卻能力不同，由于工件在淬火時(shí)心部的冷卻速度總是比表層的低，厚大截面工件的心部，在實(shí)際淬火過程中往往因冷卻速度不夠而發(fā)生脫溶析出，降低了固溶過飽和度，導(dǎo)致合金性能的下降和不均勻而使得不能滿足性能要求，即未能淬透。顯然，為了使心部也能獲得足夠大的冷卻速度以獲得較高的過飽和度，合金淬火應(yīng)該盡可能選取冷卻能力大的淬火介質(zhì)進(jìn)行?？墒?，在實(shí)際生產(chǎn)中淬火冷卻速度越大，帶來的殘余應(yīng)力越大，越容易導(dǎo)致工件發(fā)生扭曲變形，甚至開裂，這是需要避免的。由此，為了獲得殘余應(yīng)力和性能指標(biāo)之間最好的平衡，很有必要采用能使性能滿足要求的情況下冷卻速率最可能慢的淬火。于是，直接和準(zhǔn)確測(cè)定合金在不同淬火條件下的實(shí)際淬火效果(主要包括淬透深度和淬火殘余應(yīng)力)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中選擇和確定適宜的淬火工藝以確保在不降低材料強(qiáng)度和硬度性能的同時(shí)較大程度地減小合金的殘余應(yīng)力具有重要的指導(dǎo)意義。目前國內(nèi)外雖對(duì)鋁合金材料的淬透性及淬火殘余應(yīng)力分別開展許多有益的研究工作，但至今還未形成關(guān)于鋁合金材料淬火效果直接測(cè)試評(píng)價(jià)的有效方法?，F(xiàn)有的鋁合金淬透性測(cè)試評(píng)價(jià)方法多借鑒鋼的淬透性衡量評(píng)價(jià)方法，采用末端淬火法或TTP曲線(C曲線)測(cè)定方法，通過測(cè)定合金的硬度、電導(dǎo)率、拉伸性能等來評(píng)價(jià)材料的淬透性。這些方法可以通過對(duì)比試驗(yàn)?zāi)軌虮容^快速地反映出材料淬透性的高低，但因試驗(yàn)條件與實(shí)際生產(chǎn)條件存在較大差別，還無法直接并準(zhǔn)確地反映出材料在具體淬火條件下的實(shí)際淬透深度，也難以同時(shí)測(cè)得相應(yīng)的殘余應(yīng)力，測(cè)試結(jié)果不能直接用來指導(dǎo)材料淬火工藝的確定以及合金淬火效果的評(píng)價(jià)。采用生產(chǎn)中大規(guī)格工件在工廠進(jìn)行整體淬火試驗(yàn)會(huì)得到更直接、準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，但因浪費(fèi)巨大、且不易操作，難以進(jìn)行大量的測(cè)試評(píng)價(jià)研究工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適合于鋁合金材料淬火效果直接測(cè)試評(píng)價(jià)的方法，比較精確地模擬材料的實(shí)際淬火狀況，替代現(xiàn)有的末端淬火、TTP曲線(C曲線)測(cè)定等方法來直接測(cè)試評(píng)價(jià)鋁合金材料在不同淬火條件下的淬透深度，并結(jié)合殘余應(yīng)力的測(cè)評(píng)，直接指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)中淬火工藝的制定。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種適合于鋁合金材料的淬火效果直接測(cè)試評(píng)價(jià)的方法，該方法包括以下步驟(1)從所需要熱處理的鋁合金材料構(gòu)成的工件上切取淬火試樣，其中，淬火試樣的高度等于工件的厚度，淬火試樣的高度方向上的上下兩平面為淬火面，從其中一個(gè)淬火面的中心位置向淬火試樣的高度方向上的中心以及從該中心到所述淬火面之間的其他位置填埋距離所述淬火面不同深度處的若干個(gè)熱電偶，并且除兩個(gè)淬火面之外，其余各面進(jìn)行隔熱處理；(2)將處理好的淬火試樣放入固溶加熱爐中進(jìn)行固溶熱處理，并通過填埋在淬火試樣中的熱電偶進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)；(3)完成固溶熱處理后，迅速將淬火試樣轉(zhuǎn)移至淬火裝置中進(jìn)行淬火試驗(yàn)，利用填埋的熱電偶監(jiān)測(cè)淬火試樣中所填埋位置處的淬火冷卻速率；(4)測(cè)試試樣上所填埋位置處的殘余應(yīng)力，并測(cè)定所述的距離淬火表面不同深度處的拉伸性能、硬度和電導(dǎo)率，繪制成曲線，進(jìn)行微觀組織觀察分析；測(cè)試試樣的取樣方向需注意區(qū)分，并與原工件要求的性能測(cè)試取向保持一致；(5)根據(jù)步驟(4)中所測(cè)試結(jié)果，確定鋁合金材料實(shí)際生產(chǎn)中適宜的淬火工藝。在本發(fā)明的方法中，其中在步驟(1)中，切取淬火試樣為若干個(gè)；在步驟(3)中，分別作與若干個(gè)淬火試樣相對(duì)應(yīng)的若干個(gè)的不同淬火條件下的淬火試驗(yàn)。所述的不同淬火條件包括淬火方式、淬火介質(zhì)、淬火溫度等的不同。其中，在步驟(3)和(4)之間，還可包括以下步驟淬火完成后，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可以將淬火試樣放入時(shí)效爐進(jìn)行所規(guī)定的時(shí)效熱處理，時(shí)效工藝根據(jù)在試樣中填埋的熱電偶所監(jiān)測(cè)的溫升曲線進(jìn)行調(diào)整。所述的鋁合金材料構(gòu)成的工件為鋁合金變形加工制品或鋁合金鑄造制品，其中鋁合金變形加工制品包括鋁合金厚板、鋁合金鍛件和鋁合金擠壓件等。淬火試樣的形狀為立方體或圓柱體，其中，立方體的高度方向上的上下兩平面為淬火面，其余各平面為側(cè)表面；圓柱體的高度方向上的上下兩個(gè)圓面為淬火面，其圓柱面為側(cè)表面；并且將立方體或圓柱體的側(cè)表面加工平整和光潔。優(yōu)選立方體試樣，立方體的長(zhǎng)和寬尺寸不小于60mm。還有一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案是立方體的長(zhǎng)和寬尺寸不小于100mm，并且立方體的長(zhǎng)和寬尺寸均不小于淬火試樣的高度。對(duì)于所述的方法，其中在步驟(1)中，淬火試樣的淬火面為原工件表面，從其中的一個(gè)淬火面的中心位置向淬火試樣的高度方向上的中心填埋的熱電偶為3個(gè)，分別位于該淬火面的表面處、淬火試樣的高度方向上的中心處和該淬火面到淬火試樣的高度方向上的中心的1/2處。從所述的淬火試樣的高度方向上的中心向兩側(cè)平移，平移到兩側(cè)中的一個(gè)側(cè)面上，在該側(cè)面的中心的位置上再填埋一個(gè)熱電偶。該側(cè)面的中心的位置到淬火面的距離與淬火試樣的高度方向上的中心到淬火面的距離是相等的。如果淬火試樣的形狀是立方體，從所述的淬火試樣的高度方向上的中心向兩側(cè)平移，平移到兩側(cè)中的兩個(gè)側(cè)面上，從兩個(gè)側(cè)面任選一側(cè)面，在該側(cè)面的中心的位置上再填埋一個(gè)熱電偶。如果淬火試樣的形狀是圓柱體，從所述的淬火試樣的高度方向上的中心向兩側(cè)平移，平移到兩側(cè)的圓柱面上，該圓柱面與所述的淬火試樣的高度方向上的中心所在的平面相交為一個(gè)圓形線，該圓形線為該圓柱面的中心線，該圓柱面的中心線上的任意一點(diǎn)都可稱為側(cè)面的中心的位置，在該側(cè)面的中心的位置上再填埋一個(gè)熱電偶。隔熱處理可以采用淬火試樣上用線切割等方式加工成連體的單層或多層的隔熱層來實(shí)現(xiàn)，也可以采用單層結(jié)構(gòu)或是多層結(jié)構(gòu)的隔熱板，隔熱板厚度為0. OOlmm 100mm， 隔熱板的材料為金屬材料或適于淬火條件的非金屬材料，并用金屬絲線、管箍或緊箍將隔熱板固定在除兩個(gè)淬火面之外的淬火試樣的各面上。在步驟(2)中，所述的固溶加熱爐為空氣爐或鹽浴爐。在步驟(3)中，所述的淬火試驗(yàn)可以采用浸淬淬火或噴淋淬火的淬火方式；淬火介質(zhì)可以采用空氣、水、鹽水、油或有機(jī)物水溶性淬火介質(zhì)；淬火介質(zhì)的溫度可以通過專門的溫控裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。本方法采用特別設(shè)計(jì)的試樣隔熱處理方法，除試樣對(duì)稱的兩個(gè)淬火面外，其余側(cè)面均予以隔熱處理，充分利用隔熱層或隔熱板本身及其與試樣側(cè)面間的界面熱阻來阻止試樣在淬火過程中發(fā)生的側(cè)向傳熱冷卻，保證了材料在淬火過程中冷卻傳熱方向主要是沿著厚度方向，從而最大程度地模擬了工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際大尺寸工件在淬火過程中最苛刻的傳熱冷卻狀態(tài)。并通過填埋熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試樣溫度變化曲線，通過調(diào)整固溶工藝消除了因添加隔熱措施而造成的固溶不充分的影響，通過測(cè)定材料在淬火過程中的冷卻速率確保了試驗(yàn)的合格性，并通過監(jiān)測(cè)材料在熱處理過程中的溫度變化曲線，保證了工藝與實(shí)際生產(chǎn)的一致性。本發(fā)明針對(duì)鋁合金材料淬火效果(包括淬透深度和殘余應(yīng)力)直接測(cè)試評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了大量的研究工作，獲取了一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究結(jié)果表明，采用本發(fā)明的方法對(duì)鋁合金材料的淬火效果進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)，不僅能夠有效地評(píng)價(jià)鋁合金材料的淬透性，還能直接、準(zhǔn)確地測(cè)試評(píng)價(jià)出材料在具體淬火條件下的淬火效果，為航天航空及交通運(yùn)輸工業(yè)選材及鋁合金材料淬火工藝優(yōu)化提供了有力的技術(shù)支撐。本發(fā)明的方法還可以適用于包括鈦合金或鋼鐵的存在淬透性問題的金屬材料。本發(fā)明涉及的一種適合于鋁合金材料的淬火效果直接測(cè)試評(píng)價(jià)的方法的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明的方法，能夠直接、較精確地模擬生產(chǎn)中工件的實(shí)際淬火狀況，不僅能夠有效地評(píng)價(jià)鋁合金材料的淬透性，還能直接、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)出鋁合金材料在具體淬火條件下的淬火效果，從而直接和準(zhǔn)確地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)中淬火工藝的確定。(2)本發(fā)明的方法準(zhǔn)確可靠，可操作性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)使用；充分考慮了采用隔熱處理后對(duì)材料熱處理帶來的影響，并通過填埋熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)控試樣的溫度，確保了試驗(yàn)的一致性和可靠性；而且本方法適用用范圍廣，同樣適于鈦合金、鋼鐵等存在淬透性問題的金屬材料。


圖1為浸淬試樣及埋入測(cè)溫?zé)犭娕嘉恢玫氖疽鈭D。圖2為浸淬過程中試樣上不同位置的冷卻曲線。圖3為采用本發(fā)明方法測(cè)試的試樣上沿厚度方向的性能變化曲線。圖4為在實(shí)際生產(chǎn)條件下進(jìn)行整體淬火處理的鍛件沿厚度方向的性能變化曲線。具體實(shí)施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要包括以下步驟(1)從所需的鋁合金厚板、鍛件或擠壓件上切取立方形淬火試樣，試樣的高度等于工件的厚度，長(zhǎng)、寬尺寸均不小于100mm;在試樣厚度方向上依次在表面處、1/4處和1/2處居中(所謂“居中”，就是說分別是位于在試樣厚度方向上的表面處、1/4處和1/2處所在的平行于淬火面的平面的中心位置)填埋熱電偶，同時(shí)為了檢驗(yàn)試驗(yàn)的可靠性，在試樣一側(cè)面上與中心位置對(duì)應(yīng)居中(所謂“試樣一側(cè)面上與中心位置對(duì)應(yīng)居中”，應(yīng)是指該立方形淬火試樣的一側(cè)面上的中心位置，也就是說從所述的淬火試樣的高度方向上的中心向兩側(cè)平移，平移到立方形淬火試樣的兩側(cè)中的一個(gè)側(cè)面上，與淬火試樣的高度方向上的中心位置相對(duì)應(yīng)的是該側(cè)面上的中心位置)填埋一熱電偶；試樣除對(duì)稱的兩個(gè)淬火面外，其余側(cè)面加工隔熱層或裝配單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)的隔熱板，以實(shí)現(xiàn)試樣測(cè)向隔熱處理；(2)將處理好的試樣放入開口向上的立式固溶加熱爐中，進(jìn)行規(guī)定的固溶熱處理， 并通過填埋在試樣中的熱電偶進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，根據(jù)實(shí)際到溫時(shí)間適當(dāng)調(diào)整固溶工藝；(3)完成固溶熱處理后，在規(guī)定的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間內(nèi)迅速將試樣轉(zhuǎn)移至淬火裝置中進(jìn)行不同淬火條件下的淬火試驗(yàn)，利用填埋的熱電偶監(jiān)測(cè)淬火試樣中的所填埋位置處的淬火冷卻速率，通過分析試樣中心位置與側(cè)面中心位置處冷卻曲線的吻合程度，判斷試驗(yàn)中是否基本保證了沿板厚方向的一維傳熱冷卻狀態(tài)，以確定試驗(yàn)的有效性。(4)試樣冷卻至規(guī)定溫度完成淬火后，可以直接取淬火態(tài)試樣進(jìn)行測(cè)試，也可以在規(guī)定的時(shí)間將淬火試樣放入時(shí)效爐中再進(jìn)行規(guī)定的時(shí)效熱處理，首先進(jìn)行表面的殘余應(yīng)力的測(cè)試，采用殘余應(yīng)力測(cè)試儀，按CB3395-1992所述的鉆孔應(yīng)變釋放法，分別在淬火面上對(duì)稱測(cè)試至少5個(gè)點(diǎn)的數(shù)值，取平均值作為該試樣的等效殘余應(yīng)力值；隨后，自其淬火面的一端起，沿著厚度方向，等間距(間隔為5 30mm)切取試樣，取樣方向均相同，并與規(guī)定的性能評(píng)價(jià)方向一致，測(cè)試?yán)煨阅?、硬度、電?dǎo)率，并繪制成曲線，由此測(cè)試材料的實(shí)際淬透深度，并結(jié)合微觀組織觀察分析，評(píng)價(jià)材料的淬透性；電導(dǎo)率、硬度、和拉伸性能的測(cè)量均按照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。(5)根據(jù)(4)中所測(cè)試結(jié)果，可以通過對(duì)比試驗(yàn)材料在不同淬火條件(淬火方式、 淬火介質(zhì)、淬火溫度)下的殘余應(yīng)力和性能測(cè)試結(jié)果，確定材料實(shí)際生產(chǎn)中適宜的淬火工藝。實(shí)施例1該實(shí)施例是測(cè)試和評(píng)價(jià)210mm厚Al-7. 6Zn_l. 8Mg_l. 4Cu_0. 12Zr (wt% )合金鍛件在室溫水中浸淬的淬火效果。從規(guī)格為210mm厚X 600mm寬X 2000mm長(zhǎng)的整塊鍛件上切取尺寸為210mm高X 150mm寬X 150mm長(zhǎng)的淬火試樣，如圖1所示，圖1中的虛線表示的為立方體淬火試樣的輪廓，除厚度方向上下兩個(gè)平面作為淬火面外，其余側(cè)面均予以隔熱處理。 經(jīng)固溶處理后，室溫水浸淬；并在試樣中預(yù)埋熱電偶進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。圖1給出了浸淬試樣及埋入測(cè)溫?zé)犭娕嘉恢玫氖疽鈭D。為獲得試樣厚度方向上不同位置在淬火過程中的冷卻速率，在試樣厚度(210mm)方向上依次在表面處(圖1中的位置A，距表面5mm)、1/4處(圖 1中的位置B，距表面52mm)和1/2處(圖1中的位置C，淬火試樣中心)居中填埋熱電偶， 同時(shí)為了檢驗(yàn)試驗(yàn)的可靠性，在試樣一側(cè)面與中心位置對(duì)應(yīng)居中填埋一熱電偶(圖1中的位置D，距側(cè)表面5mm)。圖2給出了浸淬過程中試樣上不同位置的冷卻曲線。可以看出，位置D與位置C的冷卻曲線基本吻合，說明試驗(yàn)中基本保證了沿板厚方向的一維傳熱冷卻。
在完成浸淬之后，合金進(jìn)行了 T74時(shí)效處理，然后居中線切割樣品進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。 圖3給出了采用本發(fā)明方法測(cè)試的試樣上沿厚度方向的T74態(tài)的拉伸性能和電導(dǎo)率值的變化曲線?？梢钥闯?，在厚度方向上，從表層IOmm處到心部IOOmm處，表層IOmm的強(qiáng)度最高、 電導(dǎo)率最低，心部的強(qiáng)度最低、電導(dǎo)率最高。以合金表面IOmm處的的強(qiáng)度和電導(dǎo)率為準(zhǔn)，在厚度方向上強(qiáng)度最大差異為6. 4%，電導(dǎo)率的最大差異為3. 7% ；同時(shí)測(cè)得試樣的等效表面殘余應(yīng)力為183MPa。若以性能變化(強(qiáng)度降低、電導(dǎo)率升高)10%作為淬透判據(jù)，則可以認(rèn)為該210mm鍛件在室溫水中能夠淬透。同時(shí)，在工廠進(jìn)行了該合金整塊鍛件的淬火處理以作對(duì)比，采用相同的固溶、淬火和時(shí)效工藝，合金鍛件淬火后沿厚度方向的T74態(tài)的拉伸性能和電導(dǎo)率值的變化曲線見圖 4所示。同樣以合金表面IOmm處的強(qiáng)度和電導(dǎo)率為準(zhǔn)，鍛件中心部位沿厚度方向上強(qiáng)度最大差異為7. 3%，電導(dǎo)率的最大差異為3. 5% ；試樣的等效表面殘余應(yīng)力為197MPa?？梢钥闯?，采用本發(fā)明方法測(cè)試的結(jié)果與整個(gè)工件在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行淬火所得的測(cè)試結(jié)果具有好的一致性。實(shí)施例2:Al-7. 5Zn-l. 7Mg_l. 4Cu_0. 12Zr (wt % )合金厚板，整塊厚板的規(guī)格為 120mm 厚X IOOOmm寬X 2500mm長(zhǎng)，從其上切取尺寸為120mm高X 150mm長(zhǎng)X 150mm寬的淬火試樣，除厚度方向上下兩個(gè)平面作為淬火面外，其余側(cè)面均予以隔熱處理。經(jīng)固溶處理后，室溫水噴淋淬火，隨后進(jìn)行T76時(shí)效處理；并在試樣中預(yù)埋熱電偶進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。采用本方法測(cè)得在試樣厚度方向上強(qiáng)度最大差異為3. 9%，電導(dǎo)率的最大差異為2. 1% ；同時(shí)測(cè)得試樣的等效表面殘余應(yīng)力為203MPa ；整塊厚板在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行噴淋淬火處理，經(jīng)時(shí)效處理后，板材中心部位沿厚度方向的強(qiáng)度最大差異為4. 1 %，電導(dǎo)率的最大差異為2. 0% ；同時(shí)測(cè)得試樣的等效表面殘余應(yīng)力為212MPa。實(shí)施例3 Al-7. 5Zn-l. 7Mg_l. 4Cu_0. 12Zr (wt % )合金厚板，整塊厚板的規(guī)格為 120mm 厚X 800mm寬X 2000mm長(zhǎng)，從其上切取尺寸為120mm高X 150mm長(zhǎng)X 150mm寬的淬火試樣， 除厚度方向上下兩個(gè)平面作為淬火面外，其余側(cè)面均予以隔熱處理。經(jīng)固溶處理后，室溫的 25% PAG淬火液浸淬，隨后進(jìn)行T76時(shí)效處理；并在試樣中預(yù)埋熱電偶進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。 采用本方法測(cè)得在試樣厚度方向上強(qiáng)度最大差異為9. 2%，電導(dǎo)率的最大差異為4. 7% ；同時(shí)測(cè)得試樣的等效表面殘余應(yīng)力為61MPa ；整塊厚板在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行淬火處理，經(jīng)時(shí)效處理后，板材中心部位沿厚度方向的強(qiáng)度最大差異為8.9%，電導(dǎo)率的最大差異為4. 7%;同時(shí)測(cè)得試樣的等效表面殘余應(yīng)力為74MPa。實(shí)施例4 Al-4. 6Cu-l. 6Mg_0. 7Mn (wt % )合金厚板，整塊厚板的規(guī)格為 150mm 厚 X IOOOmm 寬X 1500mm長(zhǎng)，從其上切取尺寸為150mm高X 150mm長(zhǎng)X 150mm寬的淬火試樣，除厚度方向上下兩個(gè)平面作為淬火面外，其余側(cè)面均予以隔熱處理。經(jīng)固溶處理后，50°C的5% PAG 淬火液浸淬，隨后進(jìn)行T6時(shí)效處理；并在試樣中預(yù)埋熱電偶進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。采用本方法測(cè)得在試樣厚度方向上強(qiáng)度最大差異為9. 8%，電導(dǎo)率的最大差異為5. 0% ；同時(shí)測(cè)得試樣的等效表面殘余應(yīng)力為55MPa ；整塊厚板在進(jìn)行淬火處理，經(jīng)時(shí)效處理后，板材中心部位沿厚度方向的強(qiáng)度最大差異為10. 1%，電導(dǎo)率的最大差異為5. 3%;同時(shí)測(cè)得試樣的等效表面殘余應(yīng)力為69MPa。對(duì)比實(shí)施例1 4中的采用本發(fā)明方法測(cè)試的結(jié)果與整個(gè)工件進(jìn)行淬火后的測(cè)試結(jié)果，可以看出，二者的測(cè)試結(jié)果具有較好一致性。表明該方法可以直接并精確地模擬材料的實(shí)際淬火狀況，能準(zhǔn)確、可靠、直接反映出合金的淬火效果。實(shí)施例5 同實(shí)施例2和3，在Al-7. 5Zn_l. 7Mg_l. 4Cu_0. 12Zr (wt% )合金厚板上，在鄰近位置切取尺寸為120mm高X 150mm長(zhǎng)X 150mm寬的淬火試樣3塊，予以同樣的隔熱處理。經(jīng)固溶處理后，分別進(jìn)行室溫淬火油淬火、8% PAG淬火液浸淬和50°C水浸淬，隨后進(jìn)行T76時(shí)效處理；并在試樣中預(yù)埋熱電偶進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。對(duì)于在三種不同淬火條件(室溫淬火油淬火、8% PAG淬火液浸淬、50°C水浸淬)下分別進(jìn)行淬火處理得到的試樣，性能測(cè)試結(jié)果如下在試樣厚度方向上強(qiáng)度最大差異分別為15. 2%,6.9%,5. 4%，電導(dǎo)率的最大差異分別為7. 8%、3. 6%、2. 9%；同時(shí)測(cè)得試樣的等效表面殘余應(yīng)力分別為35MPa、97MPa、13IMPa。對(duì)比實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例5中的采用本發(fā)明方法測(cè)試的結(jié)果，綜合考慮合金的淬透深度及殘余應(yīng)力的大小，可以看出，采用8% PAG淬火液進(jìn)行浸淬作為該合金在實(shí)際生產(chǎn)中的淬火工藝較為適宜。
權(quán)利要求
1.一種適合于鋁合金材料的淬火效果直接測(cè)試評(píng)價(jià)的方法，其包括以下步驟(1)從所需要熱處理的鋁合金材料構(gòu)成的工件上切取淬火試樣，其中，淬火試樣的高度等于工件的厚度，淬火試樣的高度方向上的上下兩平面為淬火面，從其中的一個(gè)淬火面的中心位置向淬火試樣的高度方向上的中心以及從該中心到所述淬火面之間的其他位置，填埋距離所述淬火面不同深度處的若干個(gè)熱電偶，并且除兩個(gè)淬火面之外，其余各面進(jìn)行隔熱處理；(2)將處理好的淬火試樣放入固溶加熱爐中進(jìn)行固溶熱處理，并通過填埋在淬火試樣中的熱電偶進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)；(3)完成固溶熱處理后，迅速將淬火試樣轉(zhuǎn)移至淬火裝置中進(jìn)行淬火試驗(yàn)，利用填埋的熱電偶監(jiān)測(cè)淬火試樣中所填埋位置處的淬火冷卻速率；(4)測(cè)試試樣上所填埋位置處的殘余應(yīng)力，并測(cè)定距離所述的淬火面不同深度處的拉伸性能、硬度和電導(dǎo)率，繪制成曲線，進(jìn)行微觀組織觀察分析；(5)根據(jù)步驟(4)中所測(cè)試結(jié)果，確定鋁合金材料實(shí)際生產(chǎn)中適宜的淬火工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(1)中，切取淬火試樣為若干個(gè)；在步驟 (3)中，分別作與若干個(gè)淬火試樣相對(duì)應(yīng)的若干個(gè)的不同淬火條件下的淬火試驗(yàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(3)和(4)之間，還可包括以下步驟淬火完成后，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將淬火試樣放入時(shí)效爐進(jìn)行所規(guī)定的時(shí)效熱處理，時(shí)效工藝根據(jù)在試樣中填埋的熱電偶所監(jiān)測(cè)的溫升曲線進(jìn)行調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的鋁合金材料構(gòu)成的工件為鋁合金變形加工制品或鋁合金鑄造制品，其中鋁合金變形加工制品包括鋁合金厚板、鋁合金鍛件和鋁合金擠壓件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的淬火試樣的形狀為立方體或圓柱體，其中， 立方體的高度方向上的上下兩平面為淬火面，其余各平面為側(cè)表面；圓柱體的高度方向上的上下兩個(gè)圓面為淬火面，其圓柱面為側(cè)表面；并且將立方體或圓柱體的側(cè)表面加工平整和光潔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的淬火試樣的形狀為立方體，立方體的長(zhǎng)和寬尺寸不小于60mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的淬火試樣的形狀為立方體，立方體的長(zhǎng)和寬尺寸不小于100mm，并同時(shí)立方體的長(zhǎng)和寬尺寸均不小于淬火試樣的高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(1)中，淬火試樣的淬火面為原工件表面， 從其中的一個(gè)淬火面的中心位置向淬火試樣的高度方向上的中心填埋的熱電偶為3個(gè)，分別位于該淬火面的表面處、淬火試樣的高度方向上的中心處和該淬火面到淬火試樣的高度方向上的中心的1/2處。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(1)中，從所述的淬火試樣的高度方向上的中心向兩側(cè)平移，平移到兩側(cè)中的一個(gè)側(cè)面上，在該側(cè)面的中心的位置上再填埋一個(gè)熱電偶。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(1)中，所述的隔熱處理采用在淬火試樣上機(jī)加工成連體的單層或多層的隔熱層來實(shí)現(xiàn)，或者采用單層結(jié)構(gòu)或是多層結(jié)構(gòu)的隔熱板，隔熱板厚度為0. OOlmm 100mm，隔熱板的材料為金屬材料或適于淬火條件的非金屬材料，并用金屬絲線、管箍或緊箍將隔熱板固定在除兩個(gè)淬火面之外的淬火試樣的各面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(2)中，所述的固溶加熱爐為空氣爐或鹽浴爐。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(3)中，所述的淬火試驗(yàn)采用浸淬淬火或噴淋淬火的淬火方式；淬火介質(zhì)采用空氣、水、鹽水、油或有機(jī)物水溶性淬火介質(zhì)，淬火介質(zhì)的溫度通過溫控裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 12的方法，其中所述方法適用于熱處理可強(qiáng)化鋁合金材料淬火效果的直接測(cè)試評(píng)價(jià)研究，該淬火效果包括淬透深度和淬火殘余應(yīng)力，或者用于包括鈦合金或鋼鐵的存在淬透性問題的金屬材料。
全文摘要
一種適合于鋁合金材料淬火效果直接測(cè)試評(píng)價(jià)的方法，包括(1)切取淬火試樣，在特征位置填埋熱電偶，試樣側(cè)面進(jìn)行隔熱處理；(2)將處理好的試樣進(jìn)行固溶熱處理，并進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)；(3)之后在不同淬火條件下進(jìn)行淬火試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)試樣不同位置處的淬火冷卻速率；(4)測(cè)試特征位置處的殘余應(yīng)力，并測(cè)定距離淬火表面不同深度處的拉伸性能、硬度、電導(dǎo)率，繪制成曲線，進(jìn)行微觀組織觀察分析；(5)根據(jù)(4)中所測(cè)試結(jié)果，確定材料實(shí)際生產(chǎn)中適宜的淬火工藝。本發(fā)明用了試樣隔熱處理方法，并采用填埋熱電偶的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)，可以直接并準(zhǔn)確地模擬材料的實(shí)際淬火狀況，測(cè)試結(jié)果與大規(guī)格工件的整體淬火后的測(cè)試結(jié)果一致性好，可以優(yōu)化和確定適于實(shí)際生產(chǎn)中的淬火工藝。
文檔編號(hào)G01N1/44GK102445400SQ20101050310
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者劉紅偉, 張永安, 朱寶宏, 李志輝, 李錫武, 熊柏青, 王 鋒 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院