[發明專利]一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝

有效

• 申請號: 201410465066.8
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN104195481A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 陳康華;婁瑾;陳送義;祝昌軍;葉升平
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22F1/053
• 分類號: C22F1/053;C22F1/057
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種鋁合金材料的多級噴淋淬火工藝，特別涉及一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝，屬于有色金屬材料熱處理技術領域，特別是鋁合金熱處理技術領域。

背景技術

隨著現代飛機對材料性能要求的不斷提高，飛機的結構設計越來越趨向于采用大型高精度整體結構件，需要低殘余應力的時效硬化型高性能鋁合金材料。所謂時效硬化型鋁合金，需要在高溫固溶熱處理后淬火至室溫形成過飽和固溶體，再經時效處理，使得過飽和固溶體分解，析出時效強化相，形成高強度鋁合金。然而，在淬火過程中不可避免地在材料內部引入淬火殘余應力。淬火冷卻速度越快，淬火殘余應力越大，影響材料的后續切削加工精度和實際應用。材料截面厚度增加，要求更高的淬火冷卻速度，殘余應力問題愈發突出。同時實現時效硬化型鋁合金材料有效淬透和低殘余應力是工業生產過程中急需解決的問題。

目前消減時效硬化型鋁合金淬火殘余應力的主要方法為時效法和機械法。時效法是指通過自然時效和人工時效使工件反復經歷緩慢的溫度變化使工件內部的殘余應力得以自然釋放。機械法包括鍛件的模壓冷變形和板材的預拉伸，從外界施加力使之產生少量塑性變形釋放材料內部的殘余應力。事實上，利用上述方法消除殘余應力的效果與淬火過程產生的殘余應力大小密切相關，淬火殘余應力越大，經消減處理后的最終殘余應力也越大。目前的方法局限于淬火完成后對殘余應力進行消減，而未對淬火殘余應力的形成過程進行有效調控，浸沒式或單級噴淋淬火都容易產生高的淬火殘余應力，以至于殘余應力消減效果常常不能滿足應用要求。另外，目前鋁合金材料淬火方面的發展主要在于利用單級噴淋淬火代替浸沒式淬火，以提高合金材料淬火均勻性，尚未涉及將噴淋淬火多級化以降低殘余應力的研究。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術不足而提供一種既能保證時效硬化型鋁合金材料淬透又能有效減小淬火殘余應力的時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝。

本發明一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝，是將時效硬化型鋁合金材料在固溶溫度保溫后，依次連續進行三級冷卻；

第一級冷卻：由固溶保溫溫度冷卻至材料表面溫度為200-250℃，材料表面冷卻速度至少達到40℃/s；

第二級冷卻：材料表面溫度由200-250℃冷卻至材料表面溫度為20-100℃,材料表面冷卻速度為10～20℃/s；

第三級冷卻：材料在空氣中自然冷卻至室溫。

本發明一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝，三級冷卻中，第一級與第二級冷卻采用噴淋冷卻，冷卻介質為水。

本發明一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝，第一級噴淋工藝參數為：水流密度：100-150Lm^-2s^-1，噴水壓強：300-500kPa，冷卻時間：5-10s；

第二級噴淋工藝參數為：水流密度：25-60Lm^-2s^-1，噴水壓強：5-25kPa，冷卻時間：5-10s。

本發明一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝，第一級噴淋工藝參數為：水流密度：120-150Lm^-2s^-1，噴水壓強：350-500kPa，冷卻時間：5-9s；

第二級噴淋工藝參數為：水流密度：30-60Lm^-2s^-1，噴水壓強：10-25kPa，冷卻時間：5-9s。

本發明一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝，第一級噴淋工藝參數為：水流密度：130-150Lm^-2s^-1，噴水壓強：400-500kPa，冷卻時間：5-7s；

第二級噴淋工藝參數為：水流密度：35-60Lm^-2s^-1，噴水壓強：15-25kPa，冷卻時間：5-7s。

本發明一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝，所述鋁合金材料的厚度為60-200mm。

本發明一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝，所述時效硬化型鋁合金選自Al-Zn-Mg-Cu鋁合金或Al-Cu-Mg鋁合金。

本發明一種時效硬化型鋁合金低殘余應力的多級噴淋淬火工藝，所述Al-Zn-Mg-Cu鋁合金包括下述組分，按質量百分比組成：

Zn???6.0-8.0

Mg???1.5-2.7