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919铝合金热处理工艺研究


铝 合金 热 处 理 工 艺 研 究
李大超 赵小兵
何和种
高级 工 程 师
工程师



高级 工 程 师

洛 阳 船躺 材杆研 究所


本 文 研 究 了 热处 理 工 艺 对


,
,

/>。

铝 合 金 机 械性 能 和 抗 腐 蚀 性 能 的 影 响 为 该 合金 在 舰 船 上 应 用

制 定 合 理 的 热 处 理 制 度 和 施 行 正 确 的 热 处 理 操 作 提供 可 靠 的 依据

主题 词 船知

铝合金

热 处理




,


系 合 金 具 有诸 如 淬 火 敏 感 性 低 固 溶 处 理 温 度 范 围 宽
,





热处理强化 效果大




热 加 工 工 艺性 能 良 好 等 优 点 从

年 代起 逐 渐 在 舰船 上 应 用




苏联 用

,

合金建
产品

造 了水 翼 船

‘ 〔

,

, ’〕

美国用


合金 建 造 了 大深 度 反 潜 鱼 雷 壳 体 川


合金 是 一 种 耐 蚀 中强 可焊 的
,
,



合金



近年来
。 。

合金 除 用 作
因此 当
,

的 壳体 材 料外 还 越 来 越 多 地 用 作 各 类 铝 壳 船 的 铆 接 结 构 壳 体 材 料 强 化铝 合 金 热 处 理 工 艺 就 会 对 机 械 性 能 和 抗 腐 蚀 性 能 有 很 大 影 响
,


合金 既 然 是 可 热 处 理 合金 在 舰船 合金 机

上 应 用 时 必 须 确 立 兼 顾 机 械 性 能 和 抗 蚀 性 的 热 处 理 工 艺 本 文 研 究 热 处理 工 艺 对
,

械 性 能 和 抗 蚀 性 的 影 响 旨在 为 制 定 合理 的热 处 理 制 度 和 施 行 正 确 的 热 处理 操 作 提 供 可 靠 的 依据


热 处 理 工 艺对 机 械 性 能 和 抗 蚀 性 的 影 响
合金 在 工 业 生 产 时 的 试 验 表 明
械性 能 影 响 不大 故本研 究 中采用 “ 士
,
,

固溶处理 对 淬 火 十 人工 时效状 态下 的机


分 的 固溶 处 理




淬 火冷却速 度的影 响

合金 通 过 淬 火
,

人工 时 效进 行 热 处理 强 化 由于
,





系 合金 具 有 较 低 的 淬 火
。 。

敏 感 性 在 制 定 合 理 的 热 处 理 工 艺时 淬 火冷 却 速 度 是 首 先 应 考 虑 的 因 素
,

用 中 的 挠 性 热 电 偶 插 入 试 样 中 并 使 其 与记 录 仪 相 连 以 绘 出 试 样 的 淬 火 冷 却 曲 线 求 出
,

试 样 的 冷 却 速 度 然 后 通 过 恒 变 形 应 力 腐 蚀 试 验 和 恒 载 荷 拉 伸 应 力 腐 蚀 试 验 以 及 拉 伸试 验 来
,



确 定淬 火 冷 却 速 度对 如图 能


合金 抗 蚀 性 和 机 械 性 能 的 影 响
,



所示

,

合金 的 屈 服 强 度和 抗 拉 强度 随 淬 火 冷 速 的 增 大 而 升 高 在
,
,




,



的淬 火 冷速 范 围 内 强 度性 能 升高 较 多 而 且 当 淬 火 冷 速达 到

时 达 到 了较 高 的 强 度 性


淬 火冷 速继 续增 大 到


以 上 时 强 度 性 能提 高 得 很 少
,

伸长 率 在 淬 火 冷 速 超 过

收 稿 日期







《舰 船 科 学技 术 》

时有 稍 下 降 的 趋 势
,



合 金 的 低 淬 火 敏 感 性 特 别 有 利 于 壁 厚 差 别 悬 殊 的 部 件 或 构 件 采用 风


冷 淬 火 代 替 水淬 以 避 免 淬 火 变 形 和 开 裂 图 表明
,

合 金 锻 件 的 应 力 腐 蚀 寿 命 随 淬 火 冷 速 的 增 大 而 降 低 因此 淬 火冷速 对
,




合金 机 械 性 能 和 抗 蚀性 的 影 响 恰 好 相 反

要 兼 顾 上 述 两 方 面 的性 能

,

合 金 应 选 择 适 中的 淬

火 冷速




人 工 时效 的 影 响
示 出了

合金 经淬 火


单级
可见
,

人工时 效 后 的机 械 性 能




由图
,

合金达 到最 高强 度 的时效温度 为 低于 时 效 时 强度 随 时 效 温 度升 高 而 升高 高 于
, , ,

时效

时 强 度 随 时 效 温 度 升 高而 降低 而且 时
卜二
咨 、、


效 温 度 越 高 过 时 效 程 度 越 大 强 度性 能

降低得 越 多







口‘

经 验 表 明 过 时效 程 度达

,

写一









的 人 工 时 效 是 确 保 重 要 构件 具 有 较



高的抗 蚀性 而 能 安全 使 用的可靠 条
件 三 〕 采 用单 级 时 效 来 达 到 过 时 效 会 使
,

冷 却速 度 ℃ 秒

机 械性 能 降 低得 太 多
双级 时效



通 常 采 用双级 时




淬 火冷却速 度 对
淬 火后 进行


合 金板 材 机 械性 能 的 影 响


效来达到 上 述 过 时效 状态
,

这 样 既 可使

合 金 获 得 较 高 的 抗 蚀 性 又 可 保 证 合金
具 有 足移 高 的 强 度 性 能


双级 时效 是 先 在 低于 合金的

区 的温


溶 解 度极 限 温 度
叹 不 娜 令 食

下进 行 预 时效 通 常 然 后 再在高 于



为 为了确 保


度下进行终时 效 通 常 为


合金 组 织 和 性 能
,

的 稳 定 及 更 有 效 地 改 善 合 金 的抗 蚀性

第二级 时效 的温 度有升高到
℃的 趋 势




,

由表
浮火 冷 却速 度 ℃ 秒
,

可见 正如所预料的那洋

,

单 级 时 效 虽 能 使 合 金 达 到 最 高的
强 度 但 却 使 合 金 达 到 较 低 的 应 力 腐蚀 抗力 在




淬 火 冷 却 速 度对 表

合 金 除 不 含 铜 外 其 它 成分 与
,

℃以 上

,

合金 的应 力腐蚀抗
,


中所 示 的相 同 锻 件 应 力 腐 蚀 寿 命 的 影 响
,

力 随 单 级 时 效 温 度 的 升 高 而 增 大 双级
℃以 上 时 更 为 明 显 ℃
,
,

时 效 改 善 了 合 金 的抗 应 力 腐 蚀 性 能 尤 其 是 第 二 级 时 效 温 度 达 到 表 也 表 明 达 到 峰 值 强 度 的单 级 人 工 时 效
,
,

会导致

合金 发 生剥 落 腐 蚀
合 金 发 生 剥 落腐 蚀
,


,

而 产 生 过 时效 的 各种 人工 时效 无 论 是 单 级 的 还 是 双 级 的 均 不 会 使 根 据淬火冷速 和 人工 时效 对
《舰 船 科 学 技 术 》

合金 机 械 性

能和抗 蚀性 的影 响 的试验结 果 对

合金




选择 了
,














时效制度对

合 金 应 力腐 蚀

种 热 处 理 工 艺 进 一 步 进 行 机 械性 能 和 抗 蚀
,

抗 力的 影 响
时 效 制度 度
施 加应力 应 力 腐蚀 蚀 寿命 分

性 的试 验 其 结 果 如 表
热处理工艺 如下
℃ ℃

和表

所示 这 五 种


水淬 水淬
水淬
风冷



它 八










℃八 ℃






分风冷



注 ① 时效 前经

分 水淬


② 应 力 腐蚀 寿 命 用 阳 极 电流 加 速 法 测 出



时效制 度对

合 金 抗 剥落 腐 蚀

性 能 的影响
淬火


时效 制度

剥 落腐 蚀





水淬




时效 盈度 ℃






不 同时 效 温 度对

合金机 械性 能 的影 响

时效 前 经

分 水淬 时效 时 间 为

风冷




半成 品种类
板材

合 金 在 不 同热处 理 状 态下 的 机 械 性 能
热 处理状 态


型材




和表


证实

状 态 下 的 机 械 性 能 虽 然 最 高 但 却 使 合金 产 生 剥 落 腐 蚀 而
,


,





四 种 热 处 理 工 艺 虽 使 合金 的 机 械 性 能 有 所 下 降 但 提 高 了 合 金 的 抗 蚀 性

,

从 而 使 其 具 有 良 好 的 综 合性 能

因 此 这 四 种热 处理 工 艺 已被 确 定 为
,

合金 的 热 处 理 工 艺
?



互 复热 处 理 的 形 响




《舰 船 科 学 技 术 》

在 生 产 实 践 中 有 时难 免 要 对 产 品 进 行 重 复 热 处 理
,



为 此 研 究 了重 复 热 处 理 对
, ,


合金 机 械 性 能 的 影 响 见 表

半 成 品 种类 类
热处理状 态



由表


可 见 无论 是
,

合金 的板 材还 是焊 接接 头 三 次重复

热 处 理 对 机 械性 能 无 明显 影 响

这 是 由于 未 明显 出现 再 结 晶 晶 粒 聚 集 长 大 的 缘 故 合 金 在 不 同 热 处 理 状 态下 的 抗 腐 蚀 性 能
恒 载 荷 应 力腐蚀 环形 试样 恒变形

剥落

施 加应 力 板材


寿命
,

应 力 腐 蚀 寿命


腐蚀 蚀
有 无 无
无 无 无 无

室 内海 水 腐蚀试验





,

,


只 火

?

海 港试验


板材
型材

认尸




型材



无 无 无


类别
板 基 材 体 热处理状态

重 复热处 理 对

合金 机械性 能 的 影 响


重复 一 次 重复 二 次 重复三 次

头 焊 接

重复一 次 重复二 次 重 复三 次

聚 合物 水 溶 性 淬 火 剂 淬 火 的 影 响 当选 择

合金用 作
,

产 品壳 体材 料 时 试 图寻 找 一 种 冷 却 能 力 介于 吹 风 冷 却 和 水 冷

,

之 间 的淬 火 介 质 以 便 使

合 金 的壳 体 既 具 有 高 而 稳 定 的 机 械 性 能 又 具 有 满 意 的 抗 蚀 性
,


,

而 其 淬 火 变形 仍 能 达 到 设 计 要 求 国产 的




淬火 剂 与美 国的


类 似 是 一 种 聚 合物 水 溶 性 淬 火 剂 可 通 过 调 节 浓
, , , ,

度 来 改变 工 件 的 淬 火 冷 却速 度
其 性 能稳 定 表 产 品对 和表

因 此 若 能 用 它 来 代替 风 冷 淬 火 便 可 在 产 品 批 量 生 产 时 保 证 的


表 明 浓度 叨
,


淬火 剂淬 火介 于水淬和 风冷 淬 火之 间 完全 能 满 足
, ,

合 金 模 锻 件 厚 壁挤 压 管 的设 计 要 求 即
施加

,



一 以上


,



,

恒 拉 伸应 力 时 应 力 腐 蚀 寿 命 在
, ,



淬 火 剂淬 火 时 工 件 的 翘 曲量 较 小 能 满 足 设 计 要 求




产品 压 力 破坏试 验 结 果 表 明 经
《舰 船 科学 技 术 》二

淬火剂淬 火 的产 品壳 体 的破坏压 力

,







过 了风 冷 淬 火 的 产 品 壳 体 的 破坏 压 力 因此 当 与
,



产 品 壳 体 类 似 的结 构 选 用


合金 时 推 荐 采 用
,



淬火 剂淬 火 十 双级

时效 的热处理 工 艺


淬 火介质 水淬
风 冷淬火


合 金 在 不 同 淬 火 介 质 中淬 火 后 的 机 械 性 能


淬 火 剂淬 火


注 淬 火 后均 经

时效




淬 火介质
风 冷淬 火

合 金 在 不 同 淬 火 介 质 中淬 火 后 的 应 力 腐 蚀 寿 命
施加应力




寿命





淬火剂淬火





水淬

火 火 沐 火 只

注 淬 火 后均 经





时效




,

众 所周知





系 合 金 时 效 时 的 显 微 组 织 变 化按 下 列 顺 序 进 行 ① 形 成






,

形 成 与 固溶 体 部 分 共 格 的 下时效 产 生
,


相 ③ 介稳定的 可
,

稳定的





在峰值温度 一般 为
,
,

区 十 细 小 的 讨 相组 织 机 械 性 能 达 到 了峰 值 而 抗 应 力 腐 蚀 性 能 很 差


剥 落 腐 蚀 敏 感 性 也 较 大 若 高 于 产 生 峰 值 机 械 性 能 的 时 效 温 度 时 效 由 于 共 格逐 渐 消 失 以 及 析 出 相 在 晶 内和 晶 界 聚 集 长 大 机 械 性 能 下 降 而 抗 应 力 腐 蚀 性 能 逐 渐 改 善 采 用分级 时效 时 第 一级 预 时效 产 生
,
,

区 的核并长 大



在第 二 级 较 高 的时 效 温 度 下 第 相 的核 心


,

一级 时效所 产 生 的较 小 的 加
,

区溶解 而较大的
,

区 则成 为



随着 时效 时 间的增



相 质点 逐 渐 粗 化
,



这种 分级 时效能 改 善

?

合 金 的 抗 应 力腐 蚀 性 能 和 抗 剥 落 腐
。 、

蚀性 能 而 又 使 合 金 具 有 足 够 高 的 机 械 性 能 已 为 人 们 所 公 认
困研 究 了
,



合金热 处理 显 微组 织 和 抗 应 力腐 蚀性 能 三 者 之


间 的 关 系 后 指 出 该 合 金 的 应 力 腐 蚀 敏 感 性 受 晶 界 析 出质 点 的 弥 散 度 控 制 即 小 而 密 的 晶 界 析

《舰 船 科 学 技 术 》

?


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