一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，屬于有色金屬加工技術領域。本發(fā)明方法是將經過雙級均勻化處理的LY12鋁合金，依次進行多道次熱軋、多道次換向冷軋、雙級固溶水淬處理、雙級時效處理，得到晶粒尺寸均勻、組織穩(wěn)定和殘余應力較小的鋁合金。應用本發(fā)明得到的LY12鋁合金與常規(guī)處理方法相比，可有效降低鋁合金表面殘余應力10?50MPa，提高鋁合金的微屈服強度30?60MPa，室溫放置半年以上尺寸變化小于0.01％。本發(fā)明操作過程簡便，成本較低，工藝流程也得到極大簡化，處理后的鋁合金晶粒尺寸均勻、組織穩(wěn)定和殘余應力細小。對提高我國航空航天慣性器件的使用精度和壽命，具有十分積極的作用。適于工業(yè)化生產。
【專利說明】
一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，屬于有色金屬加工技術領域。
【背景技術】
[0002]LY12鋁合金材料具有質輕、比強度和比模量高、力學性能和加工性能優(yōu)良等優(yōu)點，可廣泛應用于航空航天、電子、船舶和建筑業(yè)等領域。尤其是應用在航空航天慣性器件領域，鋁合金可有效降低飛行器的自重，降低能耗，延長產品使用壽命。
[0003]LY12材料是航空航天慣性器件等領域的常用材料，由于航空航天慣性器件等領域的應用環(huán)境的特殊性，長期工作在劇烈變化的交變溫度場中，因此，要求材料的組織均勻性好、殘余應力低，否則，將導致器件在使用過程中的尺寸的不穩(wěn)定。
[0004]現有技術中，LY12材料常規(guī)的熱處理工藝是對熔煉后的鋁合金進行480°C均勻化處理，之后進行單向熱乳和冷乳，接下來進行500 °C固溶Ih和180 °C單級人工時效處理。經過這種處理，得到的材料組織、晶粒大小、第二相分布都不太均勻，并且第二相存在析出不完全的缺陷，造成材料組織的均勻性不足，降低材料組織的穩(wěn)定性，由于材料組織變化的過程也就是材料應力的釋放過程，因此，現有技術處理后的鋁合金，殘余應力較大，材料尺寸的穩(wěn)定性不尚。
[0005]劉海峰等(專利號201210056797.8):在鋁合金熱處理過程中同時應用了 175-185°(:時效和245-255°(:過時效兩種時效處理工藝，在完成溫度為490-500°(:時間為0.5-6小時的固溶處理后，進行時效處理。應用該方法處理最佳的尺寸變化率在0.03 %左右。
[0006]現有技術處理的LY12材料應用在航空航天慣性器件等領域時，因交變溫度、熱應力、加工應力等作用下，材料會發(fā)生組織結構、應力狀態(tài)的明顯變化，特別是交變溫度場的變化范圍較大是，材料甚至會發(fā)生相轉變，進一步加劇材料內部應力的變化;上述種種，導致現有LY12材料的組織穩(wěn)定性變差，甚至產生形變，這種微小的形變導致的誤差，將顯著降低飛行器的精度和使用壽命。對于航空航天慣性器件的長期使用造成極為不利的影響。
[0007]因此，研究一種有效提升航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，成為本領域的亟需。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法;本發(fā)明處理后的鋁合金晶粒尺寸均勻、組織穩(wěn)定、殘余應力。
[0009]本發(fā)明一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，是將經過雙級均勻化處理的LYl 2鋁合金，依次進行多道次熱乳、多道次換向冷乳、雙級固溶水淬處理、雙級時效處理。
[0010]本發(fā)明一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，雙級均勻化處理是將鋁合金鑄錠加熱至420-460°C保溫12-36h后繼續(xù)升溫至460-490°C保溫0.5-3h;空冷。
[0011 ]本發(fā)明一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，所述多道次熱乳，熱乳溫度為380-440°C，每道次變形量為8-13% ;乳制道次為4_8次。
[0012]本發(fā)明一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，所述多道次換向冷乳，每道次變形量為8-13% ;乳制道次為4-8次，換向冷乳的換向角為90°，即乳完一道次后，下一道次采取換向90°進行乳制；相鄰道次間進行退火，退火工藝參數為:退火溫度280-370°C，保溫 0.5-2.5h。
[0013]本發(fā)明一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，多道次換向冷乳工序中，道次間進行表面清洗;表面清洗工藝為:堿洗、水洗、酸中和、清水沖洗后烘干;堿洗是將工件置于pH值為11?14氫氧化鈉溶液中，浸泡I?4min ；酸中和是將堿洗后的工件用清水沖洗表面后，置于pH值為O?3的硝酸溶液中，浸泡I?4m i η。
[0014]本發(fā)明一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，所述雙級固溶水淬處理是將鋁合金工件加熱至500-520°C保溫0.5-2.5h后繼續(xù)升溫至525-545 °C保溫0.5-2.5h;水淬。
[0015]本發(fā)明一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，所述雙級時效處理在100-120°C保溫10_40min后繼續(xù)升溫至160-200°C保溫2-48h;空冷。
[0016]本發(fā)明一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，采用本發(fā)明方法得到的LY12鋁合金與常規(guī)處理方法相比，可有效降低鋁合金表面殘余應力10-50MPa，提高鋁合金的微屈服強度30-60MPa，室溫放置半年以上尺寸變化小于等于0.01%。
[0017]原理和優(yōu)勢
[0018]本發(fā)明通過乳制工藝、雙極固溶與雙極時效的協同作用，乳制時產生等軸晶組織，晶粒大小均勻;雙極固溶溫度適宜，既可完全將第二相溶入基體，又不會造成過燒的現象降低材料性能;最后，雙極時效時析出的第二相得以主要在晶界附近析出，使得第二相析出分布均勻，釘扎晶界和位錯，極大促進材料的尺寸穩(wěn)定性。
[0019]本發(fā)明采用多道次熱乳加多道次換向冷乳的工藝，得到等軸晶組織，在多道次熱乳過程中，晶粒沿乳向被拉長，逐漸形成纖維組織，隨著變形量的增加，纖維組織內部會產生晶界，變成多個細晶組織，隨后，通過多道次換向冷乳，抑制細晶組織往一個方向拉長生長，使細晶組織向四周均勻生長，獲得均勻細小的等軸晶粒;如圖1所示，該組織晶粒細小均勻，各向同性良好，能極大促進材料的尺寸穩(wěn)定性。在乳制之后的雙級固溶處理，可以將熱乳冷乳后的析出相(Al2CuMg和AlCuFeMn)完全固溶于基體中，形成SSS過飽和固溶體，消除固溶不充分的影響，為后續(xù)第二相的均勻彌散析出奠定基礎。之后采用的低高溫雙級時效處理，在低溫階段產生大量的GP區(qū)(Cu，Mg原子偏聚區(qū))；隨著時效溫度的升高以及時效時間的延長，細小彌散的GP區(qū)向S’相轉變成為第二相析出，這些充分析出的S’相使材料的組織變化趨于穩(wěn)定，這是由于低高溫雙級時效處理，一方面，低溫階段使之前的過飽和固溶體中溶解的相完全析出，材料的狀態(tài)已經趨于穩(wěn)定，另一方面，高溫階段，細小彌散分布的第二相均勻分布于材料內部，使材料的組織更加均勻，同時釘扎位錯，使材料的尺寸穩(wěn)定性進一步得到提高，如圖2所示。本發(fā)明的各個步驟環(huán)環(huán)相扣，通過多道次熱乳、多道次換向冷乳、雙級固溶水淬處理、雙級時效處理的協同作用，綜合提高材料尺寸穩(wěn)定性，同時操作過程簡便，成本較低，效果良好?？朔爽F有工藝中采用單級固溶，溫度較低時無法完全將第二相溶于基體，造成之后的析出不均勻，溫度過高時雖然可以完全將第二相溶解，但易造成過燒，降低材料性能的缺陷。
[0020]采用本發(fā)明得到的LY12鋁合金與常規(guī)處理方法相比，可有效降低鋁合金表面殘余應力10-50MPa，提高鋁合金的微屈服強度30-60MPa，室溫放置半年以上尺寸變化小于等于0.01 %，同時工藝流程也得到極大簡化。
[0021 ]綜上所述，本發(fā)明操作過程簡便，成本較低，工藝流程也得到極大簡化，處理后的鋁合金晶粒尺寸均勻、組織穩(wěn)定和殘余應力細小。對提高我國航空航天慣性器件的使用精度和壽命，具有十分積極的作用。適于工業(yè)化生產。
【附圖說明】
[0022]附圖1為本發(fā)明實施例2乳制后的合金金相組織。
[0023 ]附圖2為本發(fā)明實施例3時效后的合金TEM組織。
[0024]附圖2中，I——S，相;2——位錯。
[0025]從圖1中可以看出:實施例2乳制后的合金組織晶粒細小均勻，各向同性良好，能極大促進材料的尺寸穩(wěn)定性。
[0026]從圖2中可以看出:實施例3時效后的合金，在Al基體中析出了均勻分布的S’相;這種析出的第二相消除了過飽和固溶體的不穩(wěn)定性，使材料組織趨于穩(wěn)定，且均勻彌散分布的第二相可以釘扎位錯，增加材料變形的難度，提高材料尺寸穩(wěn)定性。
【具體實施方式】
[0027]為了進一步加深對本發(fā)明的理解，下面結合實施例對本發(fā)明進行詳細介紹，必須指出，本發(fā)明的權利保護范圍不受下面實施例的限制。
[0028]對比例I
[0029](I)將鋁合金進行470 °C均勻化處理16h，冷卻方式;空冷。
[0030](2)將均勻化處理后的鋁合金進行4道次熱乳處理，其熱乳溫度為380°C。將熱乳后的LYl 2鋁合金置于pH= 12的氫氧化鈉溶液中侵蝕，侵蝕時間為2mim。之后采用清水清洗Imin，置于pH=2的硝酸溶液中中和處理2min。
[0031](3)將清洗后的鋁合金進行4道次冷乳處理。每乳完一道次均采用中間退火處理，中間退火的溫度和時間分別為300 °C、0.5h。
[0032](4)將冷乳后的鋁合金置于pH=ll的氫氧化鈉溶液中侵蝕，侵蝕時間為2mim。之后采用清水清洗lmin，置于pH=l的硝酸溶液中中和處理2min。
[0033](5)將清洗后的鋁合金進行固溶水淬處理，采用的時間和溫度分別為525°C、2.5h。
[0034](6)將固溶處理后的鋁合金進行時效處理，采用的時間和溫度分別為180°C、12h，冷卻方式:空冷。
[0035]本對比例處理得到的一種航空航天用鋁合金表面殘余應力75MPa壓應力，微屈服強度120MPa，室溫放置6個月，尺寸變化小于0.05 %。
[0036]實施例1
[0037](I)將LY12鋁合金鑄錠進行雙級均勻化處理，其雙級均勻化處理的溫度和時間分別為420 0C、12h和460 °C、0.5h，冷卻方式:空冷。
[0038](2)將均勻化處理后的LY12鋁合金進行4道次熱乳處理，其熱乳溫度為380°C。將熱乳后的LY12鋁合金置于pH= 11的氫氧化鈉溶液中侵蝕，侵蝕時間為lmim。之后采用清水清洗lmin，置于pH=2的硝酸溶液中中和處理lmin。
[0039](3)將清洗后的LY12招合金進行4道次冷乳處理，乳完一道次后，下一道次采取換向90°進行乳制。每乳完一道次均采用中間退火處理，中間退火的溫度和時間分別為280°C、0.5h0
[0040](4)將冷乳后的LY12鋁合金置于pH= 11的氫氧化鈉溶液中侵蝕，侵蝕時間為lmim。之后采用清水清洗lmin，置于ρΗ=0的硝酸溶液中中和處理lmin。
[0041 ] (5)將清洗后的LY12鋁合金進行雙級固溶水淬處理，采用的時間和溫度分別為500。。、0.511和525。(:、0.5110
[0042](6)將雙級固溶處理后的LY12鋁合金進行雙級時效處理，采用的時間和溫度分別為100°C、10min和160°C、2h，冷卻方式:空冷。
[0043]本實施例處理得到的一種航空航天用鋁合金與常規(guī)處理方法相比，可有效降低鋁合金表面殘余應力1MPa，提高鋁合金的微屈服強度30MPa，室溫放置6個月，尺寸變化小于0.009%。
[0044]實施例2
[0045](I)將LY12鋁合金鑄錠進行雙級均勻化處理，其雙級均勻化處理的溫度和時間分別為460 0C、36h和490 °C、3h，冷卻方式:空冷。
[0046](2)將均勻化處理后的LY12鋁合金進行8道次熱乳處理，其熱乳溫度為440°C。將熱乳后的LY12鋁合金置于pH= 14的氫氧化鈉溶液中侵蝕，侵蝕時間為4mim。之后采用清水清洗4min，置于口!1=3的硝酸溶液中中和處理4111；[11。
[0047](3)將清洗后的LY12鋁合金進行8道次冷乳處理，乳完一道次后，下一道次采取換向90°進行乳制。每乳完一道次均采用中間退火處理，中間退火的溫度和時間分別為370°C、
2.5h0
[0048](4)將冷乳后的LY12鋁合金置于pH= 14的氫氧化鈉溶液中侵蝕，侵蝕時間為4mim。之后采用清水清洗4min，置于pH=3的硝酸溶液中中和處理4min。
[0049 ] (5)將清洗后的LYl 2鋁合金進行雙級固溶水淬處理，采用的時間和溫度分別為520°C、2.51^P545°C、2.5h。
[0050](6)將雙級固溶處理后的LY12鋁合金進行雙級時效處理，采用的時間和溫度分別為120°C、40min和200°C、48h，冷卻方式:空冷。
[0051]本實施例處理得到的一種航空航天用鋁合金與常規(guī)處理方法相比，可有效降低鋁合金表面殘余應力50MPa，提高鋁合金的微屈服強度60MPa，室溫放置6個月，尺寸變化小于0.005%。
[0052]實施例3
[0053](I)將LY12鋁合金鑄錠進行雙級均勻化處理，其雙級均勻化處理的溫度和時間分別為430 0C、18h和480 °C、2h，冷卻方式:空冷。
[0054](2)將均勻化處理后的LY12鋁合金進行6道次熱乳處理，其熱乳溫度為400°C。將熱乳后的LY12鋁合金置于pH= 12的氫氧化鈉溶液中侵蝕，侵蝕時間為2mim。之后采用清水清洗3m i η，置于pH=2的硝酸溶液中中和處理2m i η。
[0055](3)將清洗后的LY12鋁合金進行5道次冷乳處理，乳完一道次后，下一道次采取換向90°進行乳制。每乳完一道次均采用中間退火處理，中間退火的溫度和時間分別為320°C、1.5ho
[0056](4)將冷乳后的LY12鋁合金置于pH= 13的氫氧化鈉溶液中侵蝕，侵蝕時間為3mim。之后采用清水清洗2min，置于pH= I的硝酸溶液中中和處理3min。
[0057](5)將清洗后的LYl 2鋁合金進行雙級固溶水淬處理，采用的時間和溫度分別為510。。、1.511和535。(:、1.5110
[0058](6)將雙級固溶處理后的LY12鋁合金進行雙級時效處理，采用的時間和溫度分別為110°C、20min和180°C、20h，冷卻方式:空冷。
[0059]本實施例處理得到的一種航空航天用鋁合金與常規(guī)處理方法相比，可有效降低鋁合金表面殘余應力32MPa，提高鋁合金的微屈服強度45MPa，室溫放置6個月，尺寸變化小于0.008%。
[0060]從以上實施例與對比例得到的材料性能參數可知:采用本發(fā)明工藝方法可有效降低合金的表面殘余應力，提高微屈服強度，提高材料尺寸穩(wěn)定性。
【主權項】
1.一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，是將經過雙級均勻化處理的LY12鋁合金，依次進行多道次熱乳、多道次換向冷乳、雙級固溶水淬處理、雙級時效處理。2.根據權利要求1所述的一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，其特征在于:雙級均勻化處理是將鋁合金鑄錠加熱至420-460°C保溫12-36h后繼續(xù)升溫至460-490°C保溫0.5-3h;空冷。3.根據權利要求1所述的一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，其特征在于:所述多道次熱乳，熱乳溫度為380-440°C，每道次變形量為8-13% ;乳制道次為4_8次。4.根據權利要求1所述的一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，其特征在于:所述多道次換向冷乳，每道次變形量為8-13% ;乳制道次為4-8次，換向冷乳的換向角為90。。5.根據權利要求4所述的一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，其特征在于:多道次換向冷乳過程，相鄰道次間進行退火。6.根據權利要求5所述的一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，其特征在于:退火工藝參數為:退火溫度280-370°C，保溫0.5-2.5h。7.根據權利要求6所述的一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，其特征在于:多道次換向冷乳工序中，道次間進行表面清洗;表面清洗工藝為:堿洗、水洗、酸中和、清水沖洗后烘干。8.根據權利要求1所述的一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，其特征在于:所述雙級固溶水淬處理是將鋁合金工件加熱至500-520 °C保溫0.5-2.5h后繼續(xù)升溫至525-545 °C 保溫 0.5-2.5h;水淬。9.根據權利要求1所述的一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，其特征在于:所述雙級時效處理在100-120°C保溫10_40min后繼續(xù)升溫至160-200°C保溫2-48h;空冷。10.根據權利要求1-9任意一項所述的一種提高航空航天用鋁合金尺寸穩(wěn)定性的方法，其特征在于:處理后的鋁合金，室溫放置半年，尺寸變化小于等于0.01 %。
【文檔編號】C23G1/22GK105821354SQ201610246514
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】肖來榮, 宋宇峰, 趙小軍, 蔡圳陽, 余宸旭, 郭蕾, 劉子煒
【申請人】中南大學