[发明专利]一种2024铝合金的表面强化方法

说明书

本发明提出一种对2024铝合金表面强化处理的方法，涉及喷丸强化技术领域，具体是一种强化铝合金的喷丸工艺方法。本发明通过控制喷丸流量、喷丸距离、移动速率、喷丸喷射压力，使2024铝合金表面产生大量的晶体缺陷和应变，使材料表面应力增加，再进行去应力退火，稳定尺寸、稳定形状、保持高强度、硬度，从而来提升2024铝合金的力学性能。本发明采用双嘴对喷式喷丸机，大幅提升了喷丸效率，覆盖率较高，可直接对制备好的拉伸试样进行喷完处理，对材料损伤较小。喷丸后的试样再进行热处理，通过空位迁移至晶界、位错或与间隙原子结合而消失，空位浓度显著下降。经喷丸及热处理后，合金表面的微观应变大幅增加，屈服强度、抗拉强度、延伸率均有明显提高。

技术领域

本发明涉及喷丸强化技术领域，具体是一种强化铝合金力学性能的喷丸方法。

背景技术

2024铝合金属于可热处理强化的硬铝合金，具有高强度、低比重、较好的耐热性及疲劳强度等优点，是一种综合性能优良的、典型的高强度结构铝合金，在航空、航天领域，如飞机骨架、肋梁、隔框、螺旋桨元件及航天卫星等航天器，和一些商业民用产品，如铆钉、卡车轮毂等中都有十分广泛的应用。

截至目前，喷丸强化作为一种有效的手段，多用来提高材料的疲劳强度等性能。徐岩松等人就曾研究了喷丸强化对2024铝合金疲劳性能的影响，结果表明喷丸处理后试件的中值疲劳寿命是不喷丸强化试样中值疲劳寿命的1.53倍到2.55倍，但仍难以满足某些特殊行业的对2024铝合金部件的性能需求。

喷丸强化能显著提高材料的抗疲劳性能，多数情况下归因于残余压应力场的形成。本发明通过分析对比喷丸前后及不同喷丸条件下合金力学性能的变化，得到一种进一步强化2024铝合金力学性能的优选喷丸及热处理工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种优选的喷丸方法及热处理工艺，将其应用于2024铝合金表面处理，以提高2024铝合金的力学性能。

一种强化2024铝合金力学性能的表面强化方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

1)选择实验材料为2024铝合金厚板，合金的化学成分为(wt％)：Cu 4.59；Mg1.44；Mn 0.76；Si 0.11；Fe 0.22；Zn 0.013；Ti 0.044；Al其余。

2)将2024铝合金厚板沿轧制方向制备成拉伸试样，试验前将试样采用碳化硅砂纸研磨、抛光,并用酒精清洗。

3)将制备的拉伸试样放在喷丸装置的载物台上进行喷丸处理。喷丸参数如下：喷丸角度：90°，双面单个喷嘴对喷；流量：9-11kg/min；喷丸距离：490-510mm；移动速率：2.0-4.0m/min；喷丸压力：0.4-0.6MPa。弹丸为碳钢弹丸，其粒径为3.18mm，喷丸时间为30分钟。

4)将喷丸后的试样先用碳化硅砂纸研磨、抛光,并用酒精清洗，然后将试样放入碳酸钠熔液中，加热至60-80℃，保温震荡30min，然后过滤、洗涤、烘干至恒重。

5)将清洗试样放入电阻炉中加热至80-120℃，保温2小时后空冷，得到喷丸热处理铝合金件。

本发明对轧制而成的2024铝合金板材经线切割机设备制取拉伸试样，喷丸前将试样采用碳化硅砂纸研磨、抛光，并用酒精清洗。将制备好的拉伸试样4固定在喷丸装置的夹具5上，将筛选好的弹丸放入弹丸箱1中，经空气压缩机2使弹丸加速从喷嘴喷出，底座6上方为电机带动固定在夹具上的拉伸试样以3.0m/min移动，可以使弹丸均匀的喷射在拉伸试样上。拉伸试样可以正面喷射，也可将拉伸试样侧面固定，对侧面进行喷射，喷丸覆盖率达90％。本发明采用双面单个喷嘴对喷，喷丸过程产生的应力均匀，效率高，且最终试样的性学性能优于逐面喷丸的试样，再结合特定的针对喷丸2024铝合金试样的热处理工艺和参数，使其强度与韧性能保持在较高性能的同时，还能大幅提升延伸率，满足了特殊行业的工件需求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：