[发明专利]一种提高Al‑Cu系高强铝合金环件力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，特别是指在合金环件多向锻造、冲孔、扩孔、环轧等塑性成形过程中引入高温固溶-降温析出热处理与环轧后最终快速升温-高温固溶处理工艺提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，属于金属材料塑性成形与热处理工艺技术领域。

背景技术

Al-Cu系高强铝合金环件是一类重要的轻质高强结构材料，广泛应用于航空航天、交通运输等领域。Al-Cu系高强铝合金环件的制备流程包括铸锭多向锻造、锻坯冲孔、锻坯扩孔和环坯环轧塑性成形过程和固溶与时效等热处理过程。常规的Al-Cu系高强铝合金环件制备过程为:将铸锭或坯料在加热炉中350～500℃预热后进行多向锻造开坯、冲孔、扩孔、环轧塑性成形，中间经过多道次350～500℃预热退火，之后再进行最终的固溶和时效热处理过程。锻坯和环坯塑性变形前的常规预热退火工艺温度远低于固溶温度，只能起到预热和降低加工硬化的退火作用，对Al-Cu系高强铝合金坯料中残余的粗大凝固结晶相不能起固溶的作用，且组织各向异性严重，环件塑性成形后虽经最终的固溶和时效热处理，但残余结晶相数量多且尺寸较大，各向异性严重，导致环件最终的力学性能偏低，难以满足新一代航空航天运载器等重大工程对高性能Al-Cu系高强铝合金环件需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺方法简单、操作方便、通过高温固溶热处理提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法。本发明在环件多向锻造、冲孔、扩孔、环轧等塑性成形过程中引入高温固溶-降温析出热处理与环轧后最终快速升温-高温固溶处理工艺的多重高温固溶热处理工艺，可有效促进残余结晶相固溶进入基体，显著减少残余结晶相的数量、尺度，促进再结晶，有效提高Al-Cu系高强铝合金环形力学性能。

本发明一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，是在铝合金环件塑性成形工艺过程中的任意相邻两个塑性变形工序之间或任意相邻两个塑性变形工序之后进行一次高温固溶保温+低温析出工艺，在铝合金环件塑性成形工艺结束后，进行一次快速高温固溶+水淬热处理，最后，进行人工时效。

本发明一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，铝合金环件塑性成形工艺过程包括的塑性变形工序为锻造工序、冲孔工序、扩孔工序、环轧工序。

本发明一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，所述高温固溶保温+低温析出工艺在锻造工序、冲孔工序、扩孔工序、环轧工序中的任意相邻两个塑性变形工序之间或在锻造工序、冲孔工序、扩孔工序、环轧工序中的任意相邻两个塑性变形工序之后进行。

本发明一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，高温固溶保温+低温析出工艺参数为：高温固溶温度535～548℃，保温时间0.5-20h，降温析出温度为450～500℃，析出保温时间为0.5～4h；优选的高温固溶温度为538～545℃，保温时间3～15h；优选降温析出温度为460～490℃，析出保温时间为1～3h。

本发明一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，快速高温固溶+水淬热处理工艺参数为：升温速率100℃/h以上,高温固溶温度535～548℃，保温0.5-20h后水淬；优选的快速高温固溶温度为538～545℃，保温时间5～20h。

本发明一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，快速高温固溶升温速率为100-200℃/h。

本发明一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，Al-Cu系高强铝合金包括下述组分，按质量百分比组成：

Cu 5.8-6.8％，余量为Al。

本发明一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，Al-Cu系高强铝合金包括下述组分，按质量百分比组成：

Cu 5.8-6.8％，

Mn0.2-0.4％，

Zr0.10-0.16％，余量为Al。

本发明一种提高Al-Cu系高强铝合金环件力学性能的方法，处理后的铝合金环件力学性能参数为：σ_b为：421-443/Mpa，σ_0.2为330-358Mpa，δ为6-9％。