[发明专利]一种消除Al‑Cu‑Mg‑Si‑Mn合金铸造结晶相的均匀化热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于Al-Cu-Mg-Si-Mn合金的均匀化热处理新工艺，采用该工艺获得的均匀组织，可提高合金后期加工性能及热处理强化效果；属于铝合金热处理技术领域。

背景技术

铝合金因其具有低密度、高比强度、高刚度、高耐蚀性及可热处理强化等性能而作为结构材料在航空航天以及汽车工业得到了广泛的应用。而在现代飞机结构中，诸如机身框、舱门骨架、视窗骨架、各类接头及飞机起落架轮毂等部位普遍采用了铝合金加工构件，铝合金性能的好坏对航空航天业的发展起到了至关重要的作用。

Al-Cu-Mg-Si-Mn合金属于可热处理强化变形铝合金。由于合金中添加的合金元素含量较高，因此铸造组织中易于产生较多的枝晶偏析。同时由于合金中含有较多的Si、Fe、Mn等元素，铸造组织中会存在(Fe,Mn)Al₆、(Fe,Mn)₃SiAl₁₂、Mg₂Si、CuMgSi₄Al₄等粗大的脆性第二相粒子，这会导致铸坯中存在较强的内应力及裂纹倾向，对后续塑性加工和热处理强化均会造成不良的影响，严重损害合金力学性能。因而，一种合理的均匀化热处理制度对最终产品起着决定性的作用。为了解决铝合金铸造组织的不均匀性，目前采用的均匀化热处理主要有单级均匀化退火、双级均匀化退火以及多级均匀化退火。通常的均匀化过程均在铝合金中超过其主要合金元素的溶解度曲线并低于合金共晶温度及非平衡固相线的温度下进行，合金中的第二相粒子经历了溶解、球化及析出三个过程。对于传统的双级均匀化或多级均匀化而言，由于高温均匀化阶段是由低温均匀化阶段直接通过升温达到的，合金元素一直处于活跃状态，易于在晶界高熔点第二相附近产生偏聚，并且晶粒易于发生长大。因而为了防止晶粒长大，高温均匀化阶段保温时间均较短，但是较短的保温时间对于晶间高熔点第二相相含量较多的合金，难以达到完全均匀化的要求。

发明内容

本发明的目的在于实现一种消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金铸造结晶相的均匀化热处理工艺，解决了Si、Fe、Mn含量较高的Al-Cu-Mg系合金铸造过程中产生的共晶相及高熔点第二相粒子均匀化不完全的问题，并且具有操作简单、高效的特点。

本发明一种消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金铸造结晶相的均匀化热处理工艺，其特征在于包括下述步骤：

第一步：低温均匀化热处理

将半连续铸造得到的Al-Cu-Mg-Si-Mn合金铸锭坯料置入电阻加热炉中以15～20℃/min的速度加热到470℃～480℃，并保温A分钟；所述A＝铸锭直径×(2.5～3.5)min/mm，所述铸锭直径的单位为mm；

第二步：一次冷却

将第一步处理后的坯料随炉冷却至250℃～300℃后空冷至室温；

第三步：高温均匀化处理

将第二步空冷后的坯料置入510℃～520℃的电阻炉中，保温18～24小时；

第四步：二次冷却

将第三步处理后的坯料空冷至室温，得到成品。

本发明一种消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金铸造结晶相的均匀化热处理工艺，所述Al-Cu-Mg-Si-Mn合金以质量百分比计包括下述组分：

Cu 4.3％～4.5％，

Mg 0.65％～0.75％，

Si 0.6％～0.7％，

Mn 0.45％～0.55％，

Fe 0.1％～0.2％，

余量为Al。

作为优选方案，本发明一种消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金铸造结晶相的均匀化热处理工艺，所述Al-Cu-Mg-Si-Mn合金以质量百分比计包括下述组分：

Cu 4.3％～4.5％，

Mg 0.65％～0.75％，

Si 0.6％～0.7％，

Mn 0.45％～0.55％，

Fe 0.1％～0.2％，

Ga＜0.03％，

P＜0.015％，

Ti＜0.015％，

V＜0.015％，

Zn＜0.01％，

余量为Al和杂质，所述杂质的总量＜0.01％。

作为优选方案，本发明一种消除Al-Cu-Mg-Si-Mn合金铸造结晶相的均匀化热处理工艺，第一步所述的低温均匀化热处理的升温速度为15～20℃/min。