一种铝合金铸件振动时效与深冷处理低应力耐蚀制备方法技术

本发明专利技术提出了一种高强韧铝合金铸件振动时效与深冷处理低应力耐蚀制备方法。本发明专利技术采用振动时效工艺去消除铝合金铸件的淬火残余应力，同时结合尺寸稳定化处理来保证铝合金铸件的整体尺寸精度，借助一次深冷处理来破碎预时效热处理过程的析出强化相，采用时效热处理与二次深冷处理来改善析出强化相的析出形貌、数量、尺寸与分布密度，借此改善析出强化相沿晶界的分布形貌与密度，来提高金属材料的机械力学性能与耐蚀性能，实现军工装备与汽车领域高强韧铝合金铸件的短周期、低成本、高强韧与高耐蚀精密热处理制备。高耐蚀精密热处理制备。高耐蚀精密热处理制备。

A preparation method of low stress corrosion resistance for aluminum alloy castings by vibration aging and cryogenic treatment

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金铸件振动时效与深冷处理低应力耐蚀制备方法


[0001]本专利技术属于铝合金技术与工艺方法领域，具体涉及了一种高强韧铝合金铸件振动时效与深冷处理低应力耐蚀制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金密度低、比强/刚度高、耐蚀性好、塑性好、加工性能优异，且具有良好的焊接性能，优良的导电性、导热性，在军工装备领域得到了广泛的应用。铝合金按照加工工艺主要可分为变形铝合金与铸造铝合金两类，其中铸造铝合金因具有良好的工艺流动性能与中等载荷承载能力，在导弹壳体、载油舱壳体、发动机附件机匣、发动机油路管道、汽车发动机缸体、汽车发动机缸盖等产品制造上得到了广泛的应用。
[0003]军工装备领域与汽车领域的铝合金铸件多为复杂薄壁类结构，在淬火热处理过程中受淬火残余应力影响易产生翘曲或挠曲变形，严重时甚至直接造成铸件报废，传统的消除淬火残余应力工艺方法多为热时效法，工艺操作时间长且残余应力消除效果一般；过长的时效保温时间还改变了金属材料析出强化相的析出形态与分布密度，严重时甚至恶化了金属材料的机械力学性能与耐蚀性能。
[0004]随着军工装备领域对铝合金铸件长寿命可靠服役技术指标要求的不断提高，在铝合金铸件热处理过程中如何在保证铸件整体尺寸精度的前提下，提高铝合金铸件的机械力学性能与耐蚀性能就成为了当前铝合金铸件精密热处理领域的研究热点与工艺控制难点之一。当前铝合金铸件热处理工艺研究的热点多为单一的提高金属材料机械力学性能、消除淬火残余应力或进行尺寸稳定化处理研究。因此，从操作工艺角度，综合性地去实现铝合金铸件的高强韧、低应力与高耐蚀就显得尤为重要。

技术实现思路

[0005]针对目前军工装备用薄壁复杂结构铝合金铸件在淬火热处理过程中的淬火变形、机械性能偏低、耐蚀性较差等工艺问题，本专利技术提出了一种高强韧铝合金铸件振动时效与深冷处理低应力耐蚀制备方法。本专利技术采用的二级固溶保温热处理工艺最大限度上提高了合金元素的固溶过饱和程度；本专利技术采用的喷淋淬火工艺可降低传统淬火热处理工艺中“气膜隔离传热”与“气泡沸腾传热”的作用时间，通过热态机械校正可确保淬火后铸件整体尺寸精度满足后续精密机械加工技术要求；本专利技术的预时效热处理可为后续振动时效的有效实施提供工艺保证，结合尺寸稳定化处理与一次深冷处理和二次深冷处理，可在进一步降低铸件淬火残余应力的同时，改善时效析出强化相的分布形貌、数量、尺寸、密度及沿晶界分布的形貌，有效提高金属材料的机械力学性能与耐蚀性能，实现军工装备用高强韧铝合金铸件的短周期、低成本与高强韧、高耐蚀精密热处理制造。
[0006]本专利技术具体提供如下技术方案：一种铝合金铸件的制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）二级固溶保温热处理：将铝合金铸件放置于固溶保温炉内进行二级固溶保温
热处理；（2）淬火热处理：将二级固溶保温热处理结束后的铝合金铸件放置于喷淋淬火炉内进行喷淋淬火处理，喷淋淬火炉内安装有沿铝合金铸件对称分布的喷淋头，喷淋头喷射液态淬火介质对铝合金铸件进行淬火热处理；（3）热态机械校正：采用非接触式光学测量设备对喷淋淬火后的铝合金铸件进行尺寸扫描分析，然后借助机械校正装置与液压装置对铝合金铸件进行热态校正；（4）预时效热处理：将铝合金铸件放置于时效保温炉内，进行预时效保温热处理；（5）振动时效处理：铝合金铸件预时效保温热处理结束后，将铝合金铸件从时效保温炉内取出，对铝合金铸件进行振动时效处理；（6）尺寸稳定化处理：将完成振动时效处理的铝合金铸件放置于液氮冷态保温炉中进行尺寸稳定化处理；（7）一次深冷处理：铝合金铸件完成尺寸稳定化处理后，继续放置于液氮冷态保温炉内作一次深冷处理；（8）时效热处理：将完成一次深冷处理的铝合金铸件放置于时效热处理保温炉内进行时效热处理；（9）二次深冷处理：将完成时效热处理的铝合金铸件放置于液氮冷态保温炉内作二次深冷处理，二次深冷处理结束后将铝合金铸件取出，完成高强韧铝合金铸件的振动时效与深冷处理低应力耐蚀制备。
[0007]根据本专利技术的实施方式，步骤（1）中，所述铝合金铸件为铝硅系铝合金铸件、铝铜系铝合金铸件或铝镁系铝合金铸件。
[0008]根据本专利技术的实施方式，步骤（1）中，所述铝合金铸件的入炉温度小于等于100℃，例如为20℃~100℃。
[0009]根据本专利技术的实施方式，步骤（1）中，所述二级固溶保温热处理的升温速率为2℃
·
min
‑1~3℃
·
min
‑1（例如为2℃
·
min
‑1、2.2℃
·
min
‑1、2.5℃
·
min
‑1、2.8℃
·
min
‑1或3℃
·
min
‑1），二级固溶保温热处理包括第一级固溶保温热处理和第二级固溶保温热处理，第一级固溶保温热处理的温度为（T
低熔点共晶相熔解温度
‑
10）℃，第一级固溶保温热处理的时间为3h~5h（例如为3h、3.5h、4h、4.5h或5h），第二级固溶保温热处理的温度为（T
低熔点共晶相熔解温度
‑
3）℃，第二级固溶保温热处理的时间为12h~16h（例如为12h、13h、14h、15h或16h）。
[0010]根据本专利技术的实施方式，所述T
低熔点共晶相熔解温度
可采用DSC、TG、TMA等材料热分析方法测得。示例性地，所述T
低熔点共晶相熔解温度
为540℃~560℃。
[0011]根据本专利技术的实施方式，步骤（1）中，所述固溶保温炉的炉温均匀性控温范围为
±
2℃。
[0012]根据本专利技术的实施方式，步骤（2）中，淬火转移时间≤10s。
[0013]根据本专利技术的实施方式，步骤（2）中，喷淋的淬火介质为去离子水或聚乙二醇等有机淬火溶剂，喷淋头的喷射流量为0.20L
·
s
‑1~0.45L
·
s
‑1，（例如为0.2L
·
s
‑1、0.25L
·
s
‑1、0.3L
·
s
‑1、0.35L
·
s
‑1、0.4L
·
s
‑1或0.45L
·
s
‑1）喷淋头的喷射时间为5min~15min，喷淋头的喷射角度为
‑
60
°
~+60
°
，喷淋头的喷射口直径为1.0mm~3.0mm。
[0014]根据本专利技术的实施方式，步骤（3）中，非接触式光学测量设备的检测光源为激光，单次扫描点的数量为600万~2000万，点间距为0.018mm~0.037mm，测量尺寸的精度为
±
0.001mm。
[0015]根据本专利技术的实施方式，步骤（3）中，机械校正装置的材质为钢质结构。
[0016]根据本专利技术的实施方式，步骤（3）本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金铸件的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）将铝合金铸件放置于固溶保温炉内进行二级固溶保温热处理；（2）将二级固溶保温热处理结束后的铝合金铸件放置于喷淋淬火炉内进行喷淋淬火处理，喷淋淬火炉内安装有沿铝合金铸件对称分布的喷淋头，喷淋头喷射液态淬火介质对铝合金铸件进行淬火热处理；（3）采用非接触式光学测量设备对喷淋淬火后的铝合金铸件进行尺寸扫描分析，然后借助机械校正装置与液压装置对铝合金铸件进行热态校正；（4）将铝合金铸件放置于时效保温炉内，进行预时效保温热处理；（5）铝合金铸件预时效保温热处理结束后，将铝合金铸件从时效保温炉内取出，对铝合金铸件进行振动时效处理；（6）将完成振动时效处理的铝合金铸件放置于液氮冷态保温炉中进行尺寸稳定化处理；（7）铝合金铸件完成尺寸稳定化处理后，继续放置于液氮冷态保温炉内作一次深冷处理；（8）将完成一次深冷处理的铝合金铸件放置于时效热处理保温炉内进行时效热处理；（9）将完成时效热处理的铝合金铸件放置于液氮冷态保温炉内作二次深冷处理，二次深冷处理结束后将铝合金铸件取出，完成高强韧铝合金铸件的振动时效与深冷处理低应力耐蚀制备。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述铝合金铸件为铝硅系铝合金铸件、铝铜系铝合金铸件或铝镁系铝合金铸件；和/或，步骤（1）中，所述二级固溶保温热处理的升温速率为2℃
·
min
‑1~3℃
·
min
‑1，二级固溶保温热处理包括第一级固溶保温热处理和第二级固溶保温热处理，第一级固溶保温热处理的温度为T
低熔点共晶相熔解温度
‑
10℃，第一级固溶保温热处理的时间为3h~5h，第二级固溶保温热处理的温度为T
低熔点共晶相熔解温度
‑
3℃，第二级固溶保温热处理的时间为12h~16h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，淬火转移时间≤10s；和/或，步骤（2）中，喷淋的淬火介质为去离子水或聚乙二醇等有机淬火溶剂，喷淋头的喷射流量为0.20L
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s
‑1~0.45L
·
s
‑1，喷淋头的喷射时间为5min~15min，喷淋头的喷射角度为
‑
60
°
~+60
°
，喷淋头的喷射口直径为1.0mm~3.0mm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，非接触式光学测量设备的检测光源为激光，单次扫描点的数量为600万~2000万，点间距为0.018mm~0.037mm，测量尺寸的精度为
±
0.001mm；和/或，步骤（3）中，液压装置提供的液压力范围为1T~10T。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊振中，洪润洲，师可馨，王建国，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：