一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法技术

本发明专利技术提供了一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，属于有色金属加工技术领域。本发明专利技术方法是将经过双级均匀化处理的LY12铝合金，依次进行多道次热轧、多道次换向冷轧、双级固溶水淬处理、双级时效处理，得到晶粒尺寸均匀、组织稳定和残余应力较小的铝合金。应用本发明专利技术得到的LY12铝合金与常规处理方法相比，可有效降低铝合金表面残余应力10‑50MPa，提高铝合金的微屈服强度30‑60MPa，室温放置半年以上尺寸变化小于0.01％。本发明专利技术操作过程简便，成本较低，工艺流程也得到极大简化，处理后的铝合金晶粒尺寸均匀、组织稳定和残余应力细小。对提高我国航空航天惯性器件的使用精度和寿命，具有十分积极的作用。适于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，属于有色金属加工

技术介绍
LY12铝合金材料具有质轻、比强度和比模量高、力学性能和加工性能优良等优点，可广泛应用于航空航天、电子、船舶和建筑业等领域。尤其是应用在航空航天惯性器件领域，铝合金可有效降低飞行器的自重，降低能耗，延长产品使用寿命。LY12材料是航空航天惯性器件等领域的常用材料，由于航空航天惯性器件等领域的应用环境的特殊性，长期工作在剧烈变化的交变温度场中，因此，要求材料的组织均匀性好、残余应力低，否则，将导致器件在使用过程中的尺寸的不稳定。现有技术中，LY12材料常规的热处理工艺是对熔炼后的铝合金进行480℃均匀化处理，之后进行单向热轧和冷轧，接下来进行500℃固溶1h和180℃单级人工时效处理。经过这种处理，得到的材料组织、晶粒大小、第二相分布都不太均匀，并且第二相存在析出不完全的缺陷，造成材料组织的均匀性不足，降低材料组织的稳定性，由于材料组织变化的过程也就是材料应力的释放过程，因此，现有技术处理后的铝合金，残余应力较大，材料尺寸的稳定性不高。刘海峰等(专利号201210056797.8):在铝合金热处理过程中同时应用了175-185℃时效和245-255℃过时效两种时效处理工艺，在完成温度为490-500℃时间为0.5-6小时的固溶处理后,进行时效处理。应用该方法处理最佳的尺寸变化率在0.03％左右。r>现有技术处理的LY12材料应用在航空航天惯性器件等领域时，因交变温度、热应力、加工应力等作用下，材料会发生组织结构、应力状态的明显变化，特别是交变温度场的变化范围较大是，材料甚至会发生相转变，进一步加剧材料内部应力的变化；上述种种，导致现有LY12材料的组织稳定性变差，甚至产生形变，这种微小的形变导致的误差，将显著降低飞行器的精度和使用寿命。对于航空航天惯性器件的长期使用造成极为不利的影响。因此，研究一种有效提升航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，成为本领域的亟需。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足而提供一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法；本专利技术处理后的铝合金晶粒尺寸均匀、组织稳定、残余应力。本专利技术一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，是将经过双级均匀化处理的LY12铝合金，依次进行多道次热轧、多道次换向冷轧、双级固溶水淬处理、双级时效处理。本专利技术一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，双级均匀化处理是将铝合金铸锭加热至420-460℃保温12-36h后继续升温至460-490℃保温0.5-3h；空冷。本专利技术一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，所述多道次热轧，热轧温度为380-440℃，每道次变形量为8-13％；轧制道次为4-8次。本专利技术一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，所述多道次换向冷轧，每道次变形量为8-13％；轧制道次为4-8次，换向冷轧的换向角为90°，即轧完一道次后，下一道次采取换向90°进行轧制；相邻道次间进行退火，退火工艺参数为：退火温度280-370℃，保温0.5-2.5h。本专利技术一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，多道次换向冷轧工序中，道次间进行表面清洗；表面清洗工艺为：碱洗、水洗、酸中和、清水冲洗后烘干；碱洗是将工件置于pH值为11～14氢氧化钠溶液中，浸泡1～4min；酸中和是将碱洗后的工件用清水冲洗表面后，置于pH值为0～3的硝酸溶液中，浸泡1～4min。本专利技术一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，所述双级固溶水淬处理是将铝合金工件加热至500-520℃保温0.5-2.5h后继续升温至525-545℃保温0.5-2.5h；水淬。本专利技术一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，所述双级时效处理在100-120℃保温10-40min后继续升温至160-200℃保温2-48h；空冷。本专利技术一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，采用本专利技术方法得到的LY12铝合金与常规处理方法相比，可有效降低铝合金表面残余应力10-50MPa，提高铝合金的微屈服强度30-60MPa，室温放置半年以上尺寸变化小于等于0.01％。原理和优势本专利技术通过轧制工艺、双极固溶与双极时效的协同作用，轧制时产生等轴晶组织，晶粒大小均匀；双极固溶温度适宜，既可完全将第二相溶入基体，又不会造成过烧的现象降低材料性能；最后，双极时效时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匀，钉扎晶界和位错，极大促进材料的尺寸稳定性。本专利技术采用多道次热轧加多道次换向冷轧的工艺，得到等轴晶组织，在多道次热轧过程中，晶粒沿轧向被拉长，逐渐形成纤维组织，随着变形量的增加，纤维组织内部会产生晶界，变成多个细晶组织，随后，通过多道次换向冷轧，抑制细晶组织往一个方向拉长生长，使细晶组织向四周均匀生长，获得均匀细小的等轴晶粒；如图1所示，该组织晶粒细小均匀，各向同性良好，能极大促进材料的尺寸稳定性。在轧制之后的双级固溶处理，可以将热轧冷轧后的析出相(Al2CuMg和AlCuFeMn)完全固溶于基体中，形成SSS过饱和固溶体，消除固溶不充分的影响，为后续第二相的均匀弥散析出奠定基础。之后采用的低高温双级时效处理，在低温阶段产生大量的GP区(Cu，Mg原子偏聚区)；随着时效温度的升高以及时效时间的延长，细小弥散的GP区向S’相转变成为第二相析出，这些充分析出的S’相使材料的组织变化趋于稳定，这是由于低高温双级时效处理，一方面，低温阶段使之前的过饱和固溶体中溶解的相完全析出，材料的状态已经趋于稳定，另一方面，高温阶段，细小弥散分布的第二相均匀分布于材料内部，使材料的组织更加均匀，同时钉扎位错，使材料的尺寸稳定性进一步得到提高，如图2所示。本专利技术的各个步骤环环相扣，通过多道次热轧、多道次换向冷轧、双级固溶水淬处理、双级时效处理的协同作用，综合提高材料尺寸稳定性，同时操作过程简便，成本较低，效果良好。克服了现有工艺中采用单级固溶，温度较低时无法完全将第二相溶于基体，造成之后的析出不均匀，温度过高时虽然可以完全将第二相溶解，但易造成过烧，降低材料性能的缺陷。采用本专利技术得到的LY12铝合金与常规处理方法相比，可有效降低铝合金表面残余应力10-50MPa，提高铝合金的微屈服强度30-60MPa，室温放置半年以上尺寸变化小于等于0.01％，同时工艺流程也得到极大简化。综上所述，本专利技术操作过程简便，成本较低，工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，是将经过双级均匀化处理的LY12铝合金，依次进行多道次热轧、多道次换向冷轧、双级固溶水淬处理、双级时效处理。

【技术特征摘要】
1.一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，是将经过双级均匀化处
理的LY12铝合金，依次进行多道次热轧、多道次换向冷轧、双级固溶水淬处理、
双级时效处理。
2.根据权利要求1所述的一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，
其特征在于：双级均匀化处理是将铝合金铸锭加热至420-460℃保温12-36h后继
续升温至460-490℃保温0.5-3h；空冷。
3.根据权利要求1所述的一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，
其特征在于：所述多道次热轧，热轧温度为380-440℃，每道次变形量为8-13％；
轧制道次为4-8次。
4.根据权利要求1所述的一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，
其特征在于：所述多道次换向冷轧，每道次变形量为8-13％；轧制道次为4-8次，
换向冷轧的换向角为90°。
5.根据权利要求4所述的一种提高航空航天用铝合金尺寸稳定性的方法，
其特征在于：多道次换向冷轧过程，相邻道次间进行退火。
6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖来荣，宋宇峰，赵小军，蔡圳阳，余宸旭，郭蕾，刘子炜，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43