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鋁合金板材熱處理過程控制

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制造技術(shù)研竟航天制造技術(shù)
鋁合金板材熱處理過程控制
孫立君楊江波
江北機(jī)械工程有限公司，孝感4 32000
摘要：以某牌號(hào)鋁合盎扳材熱赴理性能不合格問題為倒，舟紹7材科特性和淬大時(shí)效
熱處理規(guī)律．結(jié)論認(rèn)為淬火水溫是影響固薄藏果的重要固素，高溫季節(jié)水溫過高是導(dǎo)致薄
板產(chǎn)品淬火不克分以及時(shí)效后機(jī)械性能不合榕的原因．
關(guān)鍵詞：稆臺(tái)金板；淬大時(shí)效，過程控制
Heat—treatment Process Control about Aluminum Alloy Plate
Sun Liun Yang Jiangbo
nanghei Machinery Engineering Co，Ltd．Xiaogan 432000
Abstract：Taking the unqualified performance aner heat-tleating of㈣aluminum alloy plate㈣example
this paper introduces its material charactenslic and quench-aging law when heal-trCaled An conclusion is drawn that
wahlr temperature is all imponam factor which will work OR solid solution effecl when quenching During high
temperature SCaSOD excessively high waler temperature?一inadequate quenching and unqualified mechanic
performanceofthe plate
Key words：aluminum alloy plate：quench—aging：process control
引言
鍋舟盤jL訂常度小、哇雖艘商、抗腐蝕、L豈成形
忭”等～系列突m優(yōu)點(diǎn)，足航空航火行業(yè)蛙常Ⅲ的站
掏材料，奉文以某牌吁目，^金扳材熱處理性能不合格
¨j!lf為例，介紹了7A09．Htl2鉛合金材辯特托和淬火
時(shí)艘熱處理規(guī)律。通過工藝試驗(yàn)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行逐項(xiàng)
分析．優(yōu)化l+藝．按新工藝對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一次處理等一
系列措施，rT以解決鋁合金扳村零件熱處理性能不穩(wěn)
宅的難堰。
2熱處理情況介紹
茫零件材料為7A09．H112 d12．淬火蚶效后送
隨打，3圩拉伸試片段照GB／T3880--97的婺求做機(jī)械
性能撿測(cè)，抗拉強(qiáng)度年兀屈服強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)ffc偏低：按照
T：藝要求對(duì)一次淬火時(shí)效不合_Ij}的零件保溫時(shí)洲減
牛片進(jìn)行：汝淬火時(shí)效．其機(jī)械性能仍然小臺(tái)桁．具
體數(shù)據(jù)見表I。
袁1二次淬火后材料的機(jī)械性能
=a#^"4
“％ ““ “，Mh
” 瑚“5
15 拼210
15 郴213
≥4 ≥490 ≥410
I"℃wi"&amp;amp;％，omm 475"i2mⅢ"咖-，0℃$■#^{
n^m”：#tn《1973)，●{{n‘E一镕mon日Rw自t女☆|tH＆#＆Ⅲ
n％IIM 2011-03一14
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
制造技術(shù)研究2011年4月第2期
3原因分析
對(duì)7A09一H1 12鋁板淬火時(shí)效后機(jī)械性能不合格
的原因進(jìn)行了分析，主要因素為：a．淬火溫度、保溫
時(shí)間選擇不當(dāng)：b．設(shè)備出現(xiàn)故障；c．過時(shí)效或欠時(shí)效；
d．化學(xué)成分與標(biāo)準(zhǔn)不符；e．淬火冷卻速度太慢。
3．1 淬火溫度與保溫時(shí)間
3．1．1 淬火溫度
對(duì)于規(guī)格為612的7A09一H112鋁板，QJ／Z
127—84《變形鋁合金的熱處理》推薦的淬火溫度為
460"-'475℃，保溫時(shí)間為40"---"80min。工藝給定的淬
火溫度470-～475℃為上限范圍。為驗(yàn)證淬火溫度對(duì)淬
火效果的影響，選取不同的淬火溫度475℃、490℃、
510℃對(duì)612鋁試片進(jìn)行工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
表2不同淬火溫度下材料的機(jī)械性能
序號(hào)475℃淬火保溫70rain 490"C淬火保溫50min 510"C淬火保溫50min
項(xiàng)目。刪lr,a ooYMPa ,5／％ odMPa 00 2／MPa 彬％ odlVlPa oodMPa 斛％
l 420 320 15 395 295 9 400 295 10
2 400 310 9．5 430 330 10 430 330 ll
標(biāo)準(zhǔn)值≥490 ≥410 ≥4 ≥490 ≥410 ≥4 ≥490 ≥4lO ≥4
其它參數(shù)室溫淬火(30～32"C)，135"C時(shí)效8h30min
由表2可以看出，如、?。?均低于標(biāo)準(zhǔn)要求，說明
當(dāng)淬火溫度達(dá)到滿足固溶充分的溫度范圍后，在其它
條件(如水溫、時(shí)效制度等)不變的情況下，單純地
提高淬火溫度對(duì)最終機(jī)械性能的改善效果不理想。為
此判定工藝選定的淬火溫度470"--'475℃是合適的，不
是導(dǎo)致淬火時(shí)效后機(jī)械性能偏低的原因。
3．1．2保溫時(shí)間
在其它參數(shù)不變的情況下，延長(zhǎng)保溫時(shí)間20min，
進(jìn)行工藝試驗(yàn)，結(jié)果見表3，機(jī)械性能變化不大。說
明工藝選定的淬火保溫時(shí)間亦是合適的。
表3不同保溫時(shí)間后材料的機(jī)械性能
參數(shù)保溫50rain 保溫70min
項(xiàng)目,rdMl'a 嘞dMPa 耐％ 口塒Pa 002／MPa ,h／％
345 245 15 355 250 14
實(shí)測(cè)值330 220 15 360 245 14
330 215 15 330 255 11．5
標(biāo)準(zhǔn)值≥490 ≥410 ≥4 ≥490 ≥410 ≥4
工藝參數(shù)475"C加熱，30"12水溫淬火；135"C時(shí)效8h30mia
3．2設(shè)備原因
鋁合金熱處理和檢測(cè)設(shè)備均進(jìn)行過測(cè)試和鑒定，
滿足國(guó)軍標(biāo)對(duì)設(shè)備的要求。同時(shí)，在生產(chǎn)該零件期間，
也對(duì)其他鋁合金零件進(jìn)行過熱處理，產(chǎn)品性能合格。
因此可以判定設(shè)備不是導(dǎo)致零件淬火時(shí)效后機(jī)械性
能不合格的原因。
3．3過時(shí)效或欠時(shí)效
過時(shí)效或欠時(shí)效都可能導(dǎo)致零件的最終強(qiáng)度偏
低。對(duì)于7A09鋁板，QJ／Z 127—84《變形鋁合金的
熱處理》推薦的人工時(shí)效參數(shù)為130"-"140℃，保溫8～
16h。7A09材料的零件選用參數(shù)為：135℃保溫
8h30min。針對(duì)過時(shí)效和欠時(shí)效進(jìn)行相應(yīng)的工藝試驗(yàn)，
具體情況見表4。
表4過時(shí)效和欠時(shí)效材料的機(jī)械．}生能
序號(hào)6h30min 8h30rain 10h30min
項(xiàng)目ob／MPa 咖2／'MtPiil 爿％ ob／1VtPil 印yMl'a 爿％ adMPa o'0 2／Ml>a 吲％
l 540 480 11．5 560 5∞ ll 570 490 ll
2 545 490 10 560 480 12 550 480 ll
標(biāo)準(zhǔn)值≥490 ≥410 ≥4 ≥490 ≥410 >14 ≥490 ≥410 ≥4
其它參數(shù)475'12保溫50min，22℃水溫淬火，時(shí)效溫度135"12
42
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
制造技術(shù)研究航天制造技術(shù)
由表4的數(shù)據(jù)可以看出，時(shí)效時(shí)問在工藝選用的
±2h范圍內(nèi)，均能使零件達(dá)到機(jī)械性能指標(biāo)要求，同
時(shí)也說明我們采用的8h30min為最佳時(shí)效參數(shù)。
3．4化學(xué)成分
求，
因。
3．5
復(fù)查該爐批號(hào)材料，原材料化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要
不是導(dǎo)致零件淬火時(shí)效后機(jī)械性能不合格的原
冷卻速度太慢
冷卻速度慢涉及兩個(gè)因素：淬火轉(zhuǎn)移時(shí)問過長(zhǎng)、
淬火水溫偏高。
3．5．1淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間
我廠選擇淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間為5～6s，標(biāo)準(zhǔn)要求612
規(guī)格的板材淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間一般應(yīng)不大于15s。因此設(shè)
備淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間滿足生產(chǎn)要求，不是導(dǎo)致產(chǎn)品機(jī)械性
能不合格的原因。
3．5．2淬火水溫影響
水的淬火冷卻特性與水溫有關(guān)，冷卻速度隨水溫
的升高而降低。一方面，水溫太低冷卻能力大，工件
內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較人的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致較大的淬火畸變或出現(xiàn)
淬火裂紋；另一方面，水溫過高冷卻能力小，固溶不
充分得不到足夠多的過飽和固溶體或者過飽和固溶
體提前分解，會(huì)使時(shí)效后的強(qiáng)度顯著下降。
根據(jù)觀察和記錄，夏季高溫季節(jié)水溫在28～35℃
波動(dòng)。在7月高溫季節(jié)生產(chǎn)的幾爐產(chǎn)品機(jī)械性能均不
合格，而在5月(水溫25℃左右)以相同參數(shù)處理的
產(chǎn)品均合格。說明淬火水溫是影響固溶效果的重要因
素，高溫季節(jié)水溫過高是導(dǎo)致薄板產(chǎn)品淬火不充分，
時(shí)效后機(jī)械性能不合格的主要原因。
4工藝改進(jìn)方案及試驗(yàn)情況
巧12規(guī)格鋁板由于熱容量較小，淬火冷卻時(shí)表面
和心部溫度下降得都很快以至于過飽和固溶體容易
分解，從而引起時(shí)效后強(qiáng)度偏低。為避免過飽和固溶
體分解，可以進(jìn)一步加快冷卻速度即降低水溫。為了
驗(yàn)證判斷，我們將水溫分別調(diào)整為20℃、24℃，其它
參數(shù)保持不變，進(jìn)行工藝試驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)見表5。
表5不同水溫下材料的機(jī)械性能
淬火水溫機(jī)械性能
序號(hào)offMPa O'offlVIPa 斛％
’
1-1 570 500 10．5
24℃(加冰) 1．2 550 490 10
l一3 570 5∞ 10
1．4 550 480 8
2．1 560 500 11
20℃(加冰)
2．2 560 480 12
標(biāo)準(zhǔn)值≥490 ≥410 ≥4
工藝參數(shù)475℃淬火保溫50rain，24℃、20℃分別淬火；135"C時(shí)效8h30min
由表5可以看出，降低水溫淬火，機(jī)械性能指標(biāo)
明顯提高。說明水溫高低是影響薄板淬火質(zhì)量的重要
因素，水溫的高低直接決定是否固溶充分以及人工時(shí)
效后的機(jī)械性能。
5工藝改進(jìn)措施
a．嚴(yán)格控制薄板(612以下)淬火水溫，將工藝
規(guī)定的淬火前水溫由10-'--300C調(diào)整為10～25℃；
b．做好調(diào)整參數(shù)后產(chǎn)品機(jī)械性能的統(tǒng)計(jì)分析；
c．完善質(zhì)量跟蹤記錄，把淬火水溫作為一個(gè)重要
參數(shù)監(jiān)控，并做好記錄。
6應(yīng)用效果
對(duì)兩件一次淬火時(shí)效不合格的零件同爐進(jìn)行二
次淬火時(shí)效，參數(shù)為：475℃保溫25"一27min，22℃水
溫淬火；135。C時(shí)效8h30min。解剖其中一件加工為三
片試片做機(jī)械性能檢測(cè)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，判定合格，
具體數(shù)據(jù)見表6。由此可以確定經(jīng)過二次淬火時(shí)效的
另一件產(chǎn)品性能合格。
(下轉(zhuǎn)第47頁(yè))
43
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
加工位置會(huì)變。而且夾緊力位置不能偏離零件重心太
遠(yuǎn)。
5．3設(shè)備精度
工作臺(tái)和主軸的旋轉(zhuǎn)精度必須在0．002mm以內(nèi)，
工作臺(tái)的重復(fù)定位精度要好，如果旋轉(zhuǎn)精度較差，而
且零件有裝夾誤差，工作臺(tái)有重復(fù)旋轉(zhuǎn)誤差，6H7腰
形孔相對(duì)于K基準(zhǔn)的對(duì)稱度就無(wú)法保證。目前，最先
進(jìn)的五軸數(shù)控銑床，工作臺(tái)和主軸的旋轉(zhuǎn)精度、工作
臺(tái)的重復(fù)定位精度都比較高，能滿足精密零件的加
工。
6優(yōu)化檢測(cè)方法
6．1檢測(cè)方法一
檢測(cè)方法直接影響零件尺寸精度的準(zhǔn)確性，可使
用千分表和塊規(guī)檢測(cè)殼體的對(duì)稱度。
a．將A基準(zhǔn)放在干凈的平臺(tái)上，用千分表測(cè)6H7
腰形孔的兩側(cè)面，得出腰形孔寬度的實(shí)際尺寸，再用
位置尺寸24減去腰形孔寬度的一半，算出腰形孔
“1”側(cè)面的理論值作為零位，然后用塊規(guī)和千分表
測(cè)腰形孔“1”側(cè)面，得出一個(gè)數(shù)據(jù)是正差還是負(fù)差。
b．將A基準(zhǔn)放在干凈的平臺(tái)上，用千分表測(cè)出
基準(zhǔn)孔的實(shí)際尺寸，再用位置尺寸24減去基準(zhǔn)孔的
一半，算出基準(zhǔn)孔“2”側(cè)面最低點(diǎn)的理論值作為零
位，然后用塊規(guī)和千分表測(cè)基準(zhǔn)孔“2”側(cè)面最低點(diǎn)，
得出一個(gè)數(shù)據(jù)是正差還是負(fù)差。
c．兩個(gè)都在0---'+0．02mm以內(nèi)，對(duì)稱度合格；兩
個(gè)都在0～一0．02mm以內(nèi)，對(duì)稱度合格；如果一正一
負(fù)，它們的差值在0．02ram以內(nèi)，對(duì)稱度合格；除前
面三點(diǎn)之外，其余屬于超差。
6．2檢測(cè)方法二
上述檢測(cè)方法對(duì)于小批量生產(chǎn)可行，但效率比較
低，而大批量生產(chǎn)可以采用檢測(cè)工裝提高檢測(cè)效率，
即做一個(gè)心軸與K基準(zhǔn)配合伸進(jìn)孔里，在腰形孔部位
的心軸上銑一個(gè)同樣的腰形孔，然后做一個(gè)腰形塞規(guī)
的通規(guī)和止規(guī)，通過能否將腰形孔穿過驗(yàn)證對(duì)稱度是
否合格。這種檢測(cè)工裝可以給操作工人和檢驗(yàn)帶來(lái)極
大的方便，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。
7結(jié)束語(yǔ)
重點(diǎn)分析了如何提高殼體腰形孔對(duì)稱度的合格
率，經(jīng)過M2批的加工，6H7腰形孔相對(duì)于K基準(zhǔn)的
對(duì)稱度合格率從零提高到100％，加工質(zhì)量和生產(chǎn)效
率明顯提高。同時(shí)，為其它類似結(jié)構(gòu)零件的加工提供
了工藝思路和方法，起到拋磚引玉的作用。如何優(yōu)化
數(shù)控編程，根據(jù)零件的特點(diǎn)準(zhǔn)確地選用刀具，充分發(fā)
揮加工中心數(shù)控銑床的特性，還需要進(jìn)一步的研究。
參考文獻(xiàn)
l TaeguT∞特固克．金屬切削刀具實(shí)用手冊(cè)．德國(guó)代理商自編手冊(cè)
2楊薄泉．機(jī)械工人切削手冊(cè)．第6版．北京：北京第一通用機(jī)械廠，2004
3朱大先．金屬切削刀具．第l版．上海：機(jī)械工業(yè)出版社，1984
^^^，、一、一、^^、一、飛^^一、一、一、1飛一、飛1 1一、’、1飛一、，、一、飛，、^一、一、^一、，、^^
(上接第43頁(yè))
表6解剖數(shù)據(jù)
二次淬火ob／MPa o'o加口8 吲％
l 560 480 12
2 530 440 9
3 505 425 16
標(biāo)準(zhǔn)值≥490 ≥410 ≥4
工藝參數(shù)47512保溫25rain，22℃水溫淬火；135"12時(shí)效8h30min
7結(jié)束語(yǔ)
a．對(duì)規(guī)格為612或以下的7A09鋁板淬火溫度均
明確為10～25℃；
b．完善質(zhì)量記錄，將淬火水溫作為一個(gè)重要參數(shù)
監(jiān)控，并做好記錄。
參考文獻(xiàn)
1史美堂，等．金屬材料及熱處理．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1996

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