[发明专利]一种适于铝合金材料淬火效果直接测试评价的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适于铝合金淬火效果直接测试评价的方法，属于金属材料热处理领域。

背景技术

热处理可强化铝合金，主要包括7XXX系铝合金、2XXX系铝合金和6XXX系铝合金等，在航空航天及交通运输等领域有着广泛的应用。其合金高的强度和硬度主要是通过固溶、淬火及随后的时效来获得；淬火是一个关键的工序，淬火使合金的高温状态以急冷方式将过饱和状态固定到室温，其目的是使淬火组织中保留大量空位和过饱和固溶体，为时效析出提供热力学与动力学条件。然后该系列铝合金存在着淬透性问题，在淬火过程中这种过饱和状态是很不稳定的，要想得到理想的过饱和程度就必须迅速冷却以避免脱溶析出。由于淬火介质的冷却能力不同，由于工件在淬火时心部的冷却速度总是比表层的低，厚大截面工件的心部，在实际淬火过程中往往因冷却速度不够而发生脱溶析出，降低了固溶过饱和度，导致合金性能的下降和不均匀而使得不能满足性能要求，即未能淬透。显然，为了使心部也能获得足够大的冷却速度以获得较高的过饱和度，合金淬火应该尽可能选取冷却能力大的淬火介质进行。可是，在实际生产中淬火冷却速度越大，带来的残余应力越大，越容易导致工件发生扭曲变形，甚至开裂，这是需要避免的。由此，为了获得残余应力和性能指标之间最好的平衡，很有必要采用能使性能满足要求的情况下冷却速率最可能慢的淬火。于是，直接和准确测定合金在不同淬火条件下的实际淬火效果(主要包括淬透深度和淬火残余应力)，对实际生产中选择和确定适宜的淬火工艺以确保在不降低材料强度和硬度性能的同时较大程度地减小合金的残余应力具有重要的指导意义。

目前国内外虽对铝合金材料的淬透性及淬火残余应力分别开展许多有益的研究工作，但至今还未形成关于铝合金材料淬火效果直接测试评价的有效方法。现有的铝合金淬透性测试评价方法多借鉴钢的淬透性衡量评价方法，采用末端淬火法或TTP曲线(C曲线)测定方法，通过测定合金的硬度、电导率、拉伸性能等来评价材料的淬透性。这些方法可以通过对比试验能够比较快速地反映出材料淬透性的高低，但因试验条件与实际生产条件存在较大差别，还无法直接并准确地反映出材料在具体淬火条件下的实际淬透深度，也难以同时测得相应的残余应力，测试结果不能直接用来指导材料淬火工艺的确定以及合金淬火效果的评价。采用生产中大规格工件在工厂进行整体淬火试验会得到更直接、准确的测试结果，但因浪费巨大、且不易操作，难以进行大量的测试评价研究工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于铝合金材料淬火效果直接测试评价的方法，比较精确地模拟材料的实际淬火状况，替代现有的末端淬火、TTP曲线(C曲线)测定等方法来直接测试评价铝合金材料在不同淬火条件下的淬透深度，并结合残余应力的测评，直接指导实际生产中淬火工艺的制定。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种适合于铝合金材料的淬火效果直接测试评价的方法，该方法包括以下步骤：

(1)从所需要热处理的铝合金材料构成的工件上切取淬火试样，其中，淬火试样的高度等于工件的厚度，淬火试样的高度方向上的上下两平面为淬火面，从其中一个淬火面的中心位置向淬火试样的高度方向上的中心以及从该中心到所述淬火面之间的其他位置填埋距离所述淬火面不同深度处的若干个热电偶，并且除两个淬火面之外，其余各面进行隔热处理；

(2)将处理好的淬火试样放入固溶加热炉中进行固溶热处理，并通过填埋在淬火试样中的热电偶进行温度监测；

(3)完成固溶热处理后，迅速将淬火试样转移至淬火装置中进行淬火试验，利用填埋的热电偶监测淬火试样中所填埋位置处的淬火冷却速率；

(4)测试试样上所填埋位置处的残余应力，并测定所述的距离淬火表面不同深度处的拉伸性能、硬度和电导率，绘制成曲线，进行微观组织观察分析；测试试样的取样方向需注意区分，并与原工件要求的性能测试取向保持一致；

(5)根据步骤(4)中所测试结果，确定铝合金材料实际生产中适宜的淬火工艺。

在本发明的方法中，其中在步骤(1)中，切取淬火试样为若干个；在步骤(3)中，分别作与若干个淬火试样相对应的若干个的不同淬火条件下的淬火试验。所述的不同淬火条件包括淬火方式、淬火介质、淬火温度等的不同。

其中，在步骤(3)和(4)之间，还可包括以下步骤：淬火完成后，在规定的时间内可以将淬火试样放入时效炉进行所规定的时效热处理，时效工艺根据在试样中填埋的热电偶所监测的温升曲线进行调整。