[发明专利]提高2214铝合金综合性能的固溶时效处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高2214铝合金综合性能的固溶时效处理工艺，属于合金性能技术领域。

背景技术

在输电领域，铝合金导线以其质轻、价廉的双重优势，以及导电性较好、比强度高、耐磨损性好等优点而受到人们的广泛关注，2214铝合金作为铝合金导线的初级材料，其性能优良与否直接决定铝合金导线质量的优劣。现今，电力工业和电器工业对铝导体提出更高的要求，特别是在高跨度的输变电工程中对铝合金导线的强度和电导率提出了更高的要求。因此如何提高导电率和抗拉强度是一个急切需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种提高2214铝合金综合性能的固溶时效处理工艺，能够有效提高电工圆杆的电学性能和力学性能，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案：

一种提高2214铝合金综合性能的固溶时效处理工艺，将铸态2214铝合金在箱式电阻炉中进行热处理实验，温差为±2℃，其中，固溶实验工艺为：固溶温度为525℃，保温时间均为5h，保温结束后从电阻炉中取出立即进行室温水冷，时效温度：在190℃均时效10h即可。

本发明的有益效果：

通过本发明发现，在190℃时效不同时间的试样做微观组织形貌，发现铸态合金中存在大量粗大枝晶组织，且有大量未溶解相；时效4h时，粗大晶粒较多，晶界细小，基体上沉淀析出少量黑色颗粒状的析出相；当时效时间达7h时，试样中无论是晶界还是晶粒内部析出相都明显增多，且弥散均匀分布，此时试样的强度达到最高值143MPa；当时效时间延长到13h，析出相开始聚集，合金出现过时效现象，此时合金的力学性能开始恶化。因此，本发明与现有技术相比，能够兼顾电工圆杆的电学性能和力学性能，并得到较好的效果。

附图说明：

图1为铸态铝合金固溶处理形貌图；

图2是时效4h时的形貌图；

图3是时效7h时的形貌图；

图4是时效13h时的形貌图；

图5为不同时效温度和时间对试样的导电率的影响图；

图6为不同时效温度和时间对试样的抗拉强度的影响图。

具体实施方式：

实施例：

原材料为2214铝合金，将铸态试样在箱式电阻炉进行热处理实验（温度为±2），固溶时效处理实验工艺：①固溶温度为535℃保温时间均为5h，保温结束时将试样从电阻炉中取出立即强制水冷。②时效温度为130℃，160℃，190℃，220℃，保温时间分别为1h、4h、7h、10h、13h、16h。

利用OLYMPUS-BH2金相显微镜观察不同固溶态试样的组织特征，Instron-8501材料拉伸试验机上测定试样的抗拉强度，QJ57双臂电桥上测量电阻率。

图1至图4为铸态铝合金固溶处理(535℃×5h)及190℃时效不同时间后的显微组织形貌。如图1铸态合金中存在大量粗大枝晶组织，且有大量未溶解相；时效4h时，粗大晶粒较多，晶界细小，基体上沉淀析出少量黑色颗粒状的析出相（图2）；当时效时间达7h时，试样中无论是晶界还是晶粒内部析出相都明显增多，且弥散均匀分布，此时试样的强度达到最高值143MPa（图3）；当时效时间延长到13h，析出相开始聚集，合金出现过时效现象（图4），此时合金的力学性能开始恶化。

图5为经固溶处理（535℃×5h）后，不同时效温度和时间下试样的导电率变化趋势图，如图5所示，导电率曲线呈“降低—升高—平衡”趋势。Al-Cu合金时效脱溶的序列为：α过饱和固溶体→GP区（盘状）→θ??相（盘状）→θ??相（盘状）→θ相（CuAl₂）^[5]。在0-1h阶段，合金导电率出现不同程度的下降，主要是由于Cu原子在铝基体晶面上聚集，形成Cu原子富集区即GP区，与基体保持共格关系，由于Cu原子与基体Al原子半径相差很大（约相差11.5%），故GP区使周围基体晶格发生很大畸变，增加了对传导电子的散射，时效初期GP区的析出使导电率不同程度的下降；在1h-10h阶段，合金组织由G.P.向θ??相过渡、θ??相向θ??相过渡以及θ??向θ相过渡，都使晶格畸变的程度大幅减小，导电率不断升高，时效工艺为190℃×10h时，合金导电率达到52.67IACS%；随着时效时间的进一步延长，在13h-16h阶段，合金组织由θ??相向θ相转化达到饱和，使θ相趋于平衡，电阻率趋于稳定。

图6为不同时效温度和时间下试样的拉伸强度变化趋势图。如图所示，在130℃时效时，温度较低，空位和溶质原子扩散速度较慢，合金强度增加速率较小；采用160℃时效时，10h后强度曲线趋于平缓，13h时抗拉强度达到峰值，达到峰值时间较长。在190℃时效时，空位和溶质原子扩散速度较快，开始形成细密、均匀、弥散的G.P区，随着时间的延长获得了更多的θ??相，时效7h后强度达到峰值151MPa，但随着时间的延长θ??相富集到一定程度后形成过渡相θ??，尽管θ??相能起到强化效果，但其强化效果相对较弱,合金强度缓慢上升，随后产生θ相，合金强度开始下降。而采用220℃时效工艺时，强度达到峰值时间短，峰值较低，且达到峰值后强度下降较快。这主要是因为一方面时效温度越高，则空位和溶质原子的扩散加快，GP区易长大，因而GP区的尺寸较大而密度减小，另一方面高温时效能够加速G.P.区→θ??相→θ??相→θ相的转化速度，导致合金强度达到峰值后迅速下降。