關(guān)于2A12T0冷作硬化板卷式法生產(chǎn)工藝開發(fā)

張 戩，滕明和

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶401326）

關(guān)于2A12T0冷作硬化板卷式法生產(chǎn)工藝開發(fā)

張 戩，滕明和

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶401326）

研究了2A12淬火板在氣墊爐重復(fù)淬火對力學(xué)性能、銅擴(kuò)散組織及晶粒度的影響，并分析了自然時效后不同冷變形量對力學(xué)性能、組織的影響。通過本輪研究，最終實現(xiàn)2A12T0冷作硬化板工藝由傳統(tǒng)的片式冷壓更改為卷式冷壓的技術(shù)攻關(guān)。

2A12T0；冷作硬化板；重復(fù)淬火；銅擴(kuò)散；冷變形

0 前言

2A12合金作為鋁-銅-鎂系中典型的硬鋁合金，具有很高的強(qiáng)度和良好的切削加工性能，其熱狀態(tài)、退火及新淬火狀態(tài)下成形性能都比較好，熱處理強(qiáng)化效果顯著，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，如飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、螺旋槳原件等。

國內(nèi)現(xiàn)階段2A12T0冷作硬化板仍然采用“鹽浴槽片式淬火+片式冷作硬化”工藝進(jìn)行生產(chǎn)，存在生產(chǎn)效率低、冷變形量控制不穩(wěn)定、性能不穩(wěn)定、表面質(zhì)量差等缺點，產(chǎn)品綜合成品率低，實物質(zhì)量不高。相比較而言，卷式法生產(chǎn)具有生產(chǎn)效率高、實物質(zhì)量好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。本論文擬采用“氣墊爐卷式法淬火+卷式冷作硬化”的工藝，開展工藝攻關(guān)，實現(xiàn)綜合力學(xué)性能及板形均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，替代現(xiàn)有生產(chǎn)工藝。

1 實驗方法

1.1 實驗材料

本實驗用材料為西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司生產(chǎn)的2A12合金鑄錠，合金化學(xué)成分如表1所示。選取批次為1111，成品規(guī)格為1.5mm×1200mm×3500mm。

表1 實驗合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 工藝方案

（1）氣墊爐淬火按已固化的工藝：溫度495℃，速度9m/min。

（2）按上述工藝進(jìn)行重復(fù)淬火試驗，檢測一次淬火與兩次淬火其力學(xué)性能、金相組織、銅擴(kuò)散組織變化情況。

（3）將一次淬火、二次淬火后的試樣分別選用以下方案進(jìn)行時效：

方案1：采用100℃水煮快效5h。

方案2：定溫50℃，加熱4h、8h、16h、24h。

方案3：定溫75℃，加熱4h、8h、16h、24h。

方案4：常溫，停放時間分別為4h、8h、16h、24h、48h、96h、192h、288h。

（4）自然時效后，分別選用3%、4%、5%、6%、7%的冷變形量進(jìn)行冷壓。

2 實驗結(jié)果

2.1 不同方式的淬火及時效后性能變化

氣墊爐淬火后，分別在一次淬火及二次淬火后取樣，檢測自然時效力學(xué)性能及金相組織變化情況，自然時效力學(xué)性能檢測結(jié)果見表2。

表2 不同方式時效后的力學(xué)性能

由表2可以看出，采用100℃水煮快效，一次淬火與二次淬火強(qiáng)度變化不大。在50℃、75℃快效條件下，隨著時效時間的增加，屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度隨著時間的增加而逐漸提高，在24h與快效結(jié)果相當(dāng)。重復(fù)淬火對強(qiáng)度的提升方面，二次淬火強(qiáng)度相比一次淬火強(qiáng)度均有3～5MPa的提升。常溫自然時效方面，強(qiáng)度在16h內(nèi)的自然時效強(qiáng)度變化較為明顯，16h后，強(qiáng)度緩慢提升，48h后趨于穩(wěn)定。延伸率方面，無法采用何種時效方式，其延伸率基本無明顯變化。

2.2 不同方式的淬火及時效后組織變化

通過采用100℃水煮快效、50℃時效、75℃時效及常溫自然時效后，對兩次淬火的金相組織進(jìn)行分析，其形貌見圖1～圖4。

圖1 100℃水煮快效組織

通過組織分析，可確定上述4種時效方式及是否重復(fù)淬火，其金相組織中難溶物的數(shù)量及大小均無明顯變化。

2.3 銅擴(kuò)散變化情況

含銅的鋁合金包鋁板材，由于淬火過程中溫度過高，時間過長或多次重復(fù)熱處理等，使基體合金中的銅原子沿著晶界向包鋁層中擴(kuò)散，嚴(yán)重時能穿越包鋁層，在板材表面上出現(xiàn)黃灰色的斑點或長條，這種現(xiàn)象稱為銅擴(kuò)散[1]。

2A12合金冷作硬化板主要用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)，采用1A50純鋁合金（Cu≤0.01%）作為上、下包鋁，而2A12合金中Cu含量高達(dá)4.5%以上，基材與包鋁銅元素濃度的巨大差異，極易發(fā)生銅擴(kuò)散[2]。隨著航空工業(yè)的發(fā)展，部分機(jī)型在設(shè)計時對鋁合金材料提出了更為嚴(yán)格的要求，如某航空單位要求退火態(tài)不允許發(fā)生銅擴(kuò)散，淬火板或退火板材經(jīng)過淬火后，銅擴(kuò)散深度不超過包鋁層深度的75%等等。這些高要求使得在材料生產(chǎn)中對銅擴(kuò)散控制的難度更大。

因此，為驗證氣墊爐重復(fù)淬火對銅擴(kuò)散是否存在影響，分別選取2批次淬火板在1#氣墊爐進(jìn)行一次淬火及二次淬火，分別取樣在自然時效96h后、腐蝕20s后檢測金相銅擴(kuò)散檢測，檢測結(jié)果如表3所示。

表3 不同淬火條件下的銅擴(kuò)散情況

銅擴(kuò)散組織形貌見圖5。

圖5 同腐蝕條件下一次淬火及二次淬火銅擴(kuò)散組織情況

從腐蝕后的銅擴(kuò)散組織可以看出，一次淬火后，材料已經(jīng)出現(xiàn)銅擴(kuò)散。采用相同工藝重新淬火一次，其銅擴(kuò)散深度并未加深，即采用氣墊爐重復(fù)一次淬火，對銅擴(kuò)散深度影響不明顯。

2.4 冷變形量對力學(xué)性能的影響

將氣墊爐淬火（二次淬火）96h后的卷材，在軋機(jī)上進(jìn)行一定變形量的冷壓，將冷壓量分別設(shè)置為3%、4%、5%、6%。對不同軋制變形量的試樣取樣，檢測力學(xué)性能強(qiáng)度變化情況，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 不同冷變形條件下力學(xué)性能指標(biāo)

從表4中可以看出，隨著冷變形量的增加，軋機(jī)軋制力逐漸增大，軋制板型越來越好。力學(xué)性能方面，當(dāng)冷變形量≥4%以后，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且變形量越大，強(qiáng)度富余量越充足，但延伸率隨之下降。因此，要獲得3個指標(biāo)均較為充足的力學(xué)性能，最佳的冷變形量應(yīng)在5%～7%范圍內(nèi)。

3 建議與結(jié)論

通過研究氣墊爐重復(fù)淬火對綜合性能的影響、淬火后不同時效方式對性能的影響及冷變形量對性能的影響，并通過調(diào)整矯直設(shè)備，使產(chǎn)品的性能及板形均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝突破，并形成如下的建議與結(jié)論。

（1）氣墊爐重復(fù)一次淬火相比一次淬火對2A12T4力學(xué)性能有小量的提升作用。但對固溶組織、晶粒度、銅擴(kuò)散組織無明顯影響。

（2）淬火后，采用不同的快效溫度，均可提升自然時效進(jìn)程，提前達(dá)到自然時效狀態(tài)。

（3）冷壓過程中，隨著冷變形量的增加，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度也隨之增加，其中屈服強(qiáng)度提升要高于抗拉強(qiáng)度，而延伸率則隨之逐漸降低。因此，綜合力學(xué)性能的3個指標(biāo)，冷變形量的最佳控制范圍在5%～7%。

（4）淬火自然時效后，采用一定變形量進(jìn)行冷壓，可大大改善淬火板形，且冷變形量越大，冷壓過程中板形越容易調(diào)整與控制，對后續(xù)輥式矯直也更有利。

[1]王奎民.鋁合金的腐蝕[J].輕合金加工技術(shù)，1975，20

[2]王能均.關(guān)于2024合金薄板銅擴(kuò)散控制工藝的要點分析[J].鋁加工，2015，06

Development of Production Process for 2A12T0 Cold Hardening Plate Coiling Method

ZHANG Jian,TENG Ming-he
(Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 401326,China)

In this paper,the effects of repeated quenching of 2A12 quenching plate on mechanical properties,copper diffusion struc?ture and grain size were studied.The effects of different cold deformation on mechanical properties and microstructure were studied.Through this round of research,the traditional chip cold pressure process for 2A12T0 cold-hardening plate has changed to the rolltype cold pressure.

2A12T0;cold hardening plate;repeated quenching;copper diffusion;cold deformation

TG166.3

B

1005-4898(2017)05-0035-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.05.07

張戩（1984-），男，四川宜賓人，本科。

2017-03-21