2A12铝合金形变热处理工艺在旋压工艺中的应用

第卷第期中国有色金属学报年月17720077Vol.17No.7TheChineseJournalofNonferrousMetalsJul.2007文章编号：1004-0609(2007)07-1107-052A12铝合金形变热处理工艺在旋压工艺中的应用刘黎明，陶华(西北工业大学机电工程学院，西安710072)摘要:采用工艺实验研究2A12铝合金形变热处理工艺中时效温度和室温塑性变形量对材料性能的影响。结果表明：经固溶/淬火＋8%室温塑性变形＋(140±5)℃，15h，及空冷人工时效工艺处理后，2A12铝合金获得良好的强塑性配合；在2A12铝合金热挤压管材旋压工艺中采用形变热处理技术，可以使旋压工件材料的综合性能得到明显提高。关键词：2A12铝合金；形变热处理；旋压中图分类号：TG30;TG146.2文献标识码：AApplicationofthermo-mechanicaltreatmentprocesson2A12aluminumalloyincraftofrotaryextrusionLIULi-ming,TAOHua(CollegeofElectricalEngineering,UniversityofNorthwestPolytechnical,Xi’an710072,China)Abstract:Theeffectofagingtemperatureandroomtemperatureplasticdeformationratioofthermo-mechanicaltreatmentalloyonmaterialperformanceprocessfor2A12aluminumalloywasinvestigated.Theresultsindicatethattheprocessingofsolution/hardening＋8%roomtemperatureplasticdeformation＋(140±5)℃,15h,aircoolingartificialagingon2A12aluminumalloyresultinagoodcombinationmatchofplasticwithstrength.Thethermo-mechanicaltreatmentafterrotarycompressingincreasesintheoverallperformanceof2A12aluminumalloyhotextrusiontubeobviously.Keywords:2A12aluminumalloy;thermo-mechanicaltreatment;rotarycompressing形变热处理是将塑性变形的变形强化和热处理时的相变强化相结合，使成形工艺与获得的最终性能统一起来的一种综合方法[1−4]。形变热处理强化既不是简单地形变强化和相变强化的叠加，也不是任何变形与热处理的组合，而是变形与相变既互相影响又相互促进的一种工艺。合理的形变热处理工艺将有利于发挥材料潜力，是金属材料强韧化的重要方法之一[5−10]。2A12铝合金属Al-Cu-Mg系是可热处理强化的加工铝合金，广泛用作航空航天飞行器的结构材料[3]，如飞行器的蒙皮、隔框、翼肋、翼梁和铆钉等。旋压成形工艺是制造金属薄壁筒形件、锥形件和其它具有回转表面工件的常用工艺方法[11−14]，采用旋压成形工艺制造的工件具有较高的强度、较为精确的形状尺寸精度和良好的表面粗糙度，生产效率较高，适合于小批量多品种生产模式，广泛应用于航空航天、兵器等领域。随着战术导弹采用蒙皮与骨架一体的整体式舱段结构，旋压成形工艺也越来越多地应用于导弹舱段研制生产[15]。本文作者通过实验研究2A12铝合金形变热处理工艺中室温塑性变形程度和人工时效温度对材料性能的影响规律，在此基础上，将形变热处理工艺与旋压成形工艺相结合，即在旋压成形的最后一道次旋压前进行固溶/淬火处理，随后进行最后一道次旋压加工，完成形变热处理所需的塑性变形，工件达到要求的形收稿日期：2006-12-28；修订日期：2007-04-11通讯作者：刘黎明,博士研究生;电话:[phone];E-mail:[e-mail]中国有色金属学报2007年7月1108状尺寸，然后进行人工时效，完成形变热处理。这样使工件材料在最终使用状态时具有优良的性能，达到控制工件形状尺寸和工件材料性能的目的。1实验1.12A12铝合金形变热处理工艺实验方法采用规格为1000mm×2000mm×2.9mm的2A12铝合金板材，用剪板机将原始板材切割成矩形试片，试片尺寸为240mm×166mm×2.9mm，准备进行形变热处理。首先将试片进行固溶/淬火处理，固溶处理在箱式电炉中进行，热处理工艺参数为：(498±3)℃，60min，水冷。固溶/淬火处理后再进行室温塑性变形。为了研究室温塑性变形量对形变热处理强化效果的影响，将试片按照不同的变形量进行精确轧制，选定的变形量分别为4%，5%，6%，8%，10%和15%，所有轧制均在试片淬火后1h内一个道次完成。每个试片在轧制完成后1h内在箱式电炉中进行人工时效。为了研究时效温度对形变热处理强化效果的影响，将试片分别在不同的温度进行人工时效。人工时效处理制度分别为：(100±5)℃，15h，空冷；(120±5)℃，15h，空冷；(140±5)℃，15h，空冷；(160±5)℃，15h，空冷；(190±5)℃，15h，空冷。将完成形变热处理的试片用电火花线切割加工成标准矩形拉伸试样，按照《GB228—87金属拉伸试验方法》的规定在材料力学性能试验机上测试试样的抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能。1.2旋压形变热处理工艺实验采用2A12铝合金热挤压管材(GB4437—84)车削加工为旋压毛坯，毛坯直径为360mm，毛坯壁厚为6mm。旋压工艺流程如下：毛坯退火→第一道次旋压(变形量46.7%)→退火→第二道次旋压(变形量46.8%)→淬火→第三道次旋压(变形量9%)→人工时效。退火工艺参数为：随炉升温至360℃，保温90min，随炉冷却至200℃，空冷。淬火工艺参数为：(498±3)℃，60min，水冷。人工时效工艺参数为：(140±5)℃，15h，空冷。在旋压工件上沿轴线方向切取标准矩形拉伸试样，按照《GB228—87金属拉伸试验方法》在材料力学性能试验机上测试试样的抗拉强度、屈服强度和伸长率。2结果与讨论2.1形变热处理2A12铝合金经过不同形变热处理工艺处理后的抗拉强度、屈服强度和伸长率等力学性能列于表1。2.1.1时效处理温度对材料性能的影响图1~3所示分别为时效温度对2A12铝合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率的影响。从图1和2中可以看出，当室温变形量不同时，时效温度对材料强度的影响呈现不同的规律：当变形量较小时，材料强度随着时效温度的升高先提高后降低，在160℃左右出现峰值；当变形量较大时，材料强度随着时效温度的升高而提高。按照时效有关原理，图1时效温度对材料抗拉强度的影响Fig.1Effectsofagingtemperatureontensilestrengthofmaterial图2时效温度对材料屈服强度的影响Fig.2Effectsofagingtemperatureonyieldstrengthofmaterial17卷第7期刘黎明，等:2A12铝合金形变热处理工艺在旋压工艺中的应用第1109表12A12铝合金形变热处理后的力学性能Table1Mechanicalpropertiesof2A12aluminiumalloyafterdifferentthermo-mechanicaltreatmentsSampleNo.Procedureofthermo-mechanicaltreatmentσb/MPaσs/MPaδ/%14%plasticdeformation＋100℃agingtreatment420.2291.219.1024%plasticdeformation＋120℃agingtreatment420.3297.817.1834%plasticdeformation＋140℃agingtreatment421.2298.615.9844%plasticdeformation＋160℃agingtreatment467.4453.07.9654%plasticdeformation＋190℃agingtreatment392.4365.46.9265%plasticdeformation＋100℃agingtreatment397.2280.414.3075%plasticdeformation＋120℃agingtreatment427.2314.817.5285%plasticdeformation＋140℃agingtreatment430.6341.215.2695%plasticdeformation＋160℃agingtreatment454.0443.07.72105%plasticdeformation＋190℃agingtreatment386.4353.010.06116%plasticdeformation＋100℃agingtreatment390.4279.014.66126%plasticdeformation＋120℃agingtreatment425.7323.616.14136%plasticdeformation＋140℃agingtreatment437.2344.014.26146%plasticdeformation＋160℃agingtreatment457.2448.45.48156%plasticdeformation＋190℃agingtreatment404.8379.47.42168%plasticdeformation＋100℃agingtreatment384.8287.613.97178%plasticdeformation＋120℃agingtreatment429.8339.815.26188%plasticdeformation＋140℃agingtreatment454.0362.415.08198%plasticdeformation＋160℃agingtreatment407.6384.68.86208%plasticdeformation＋190℃agingtreatment413.4389.89.232110%plasticdeformation＋100℃agingtreatment406.8304.415.082210%plasticdeformation＋120℃agingtreatment419.2320.215.682310%plasticdeformation＋140℃agingtreatment403.4297.814.602410%plasticdeformation＋160℃agingtreatment405.6385.08.162510%plasticdeformation＋190℃agingtreatment407.8378.49.642615%plasticdeformation＋100℃agingtreatment437.2343.815.802715%plasticdeformation＋120℃agingtreatment429.6341.215.622815%plasticdeformation＋140℃agingtreatment441.8354.214.642915%plasticdeformation＋160℃agingtreatment442.0404.48.303015%plasticdeformation＋190℃agingtreatment459.2446.87.92图3时效温度对材料伸长率的影响Fig.3Effectsofagingtemperatureonmaterialelongation当变形量