2219鋁合金高性能擠壓棒材生產(chǎn)工藝探討

張玉春，陳柏屹

（1.西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司,重慶401326；2.江西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西341000）

2219鋁合金高性能擠壓棒材生產(chǎn)工藝探討

張玉春1，陳柏屹2

（1.西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司,重慶401326；2.江西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西341000）

針對用戶對2219鋁合金棒材所提的較高的縱向和橫向力學(xué)性能要求，通過分析化學(xué)成分、擠壓工藝、試樣熱處理制度對該合金力學(xué)的影響，確定了2219鋁合金的生產(chǎn)工藝。所試制的棒材性能達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)值，滿足了用戶需求。

2219鋁合金；擠壓棒材；高性能；生產(chǎn)工藝

0 前言

2219鋁合金屬Al-Cu-Mn系合金，具有較好的焊接性能、高低溫力學(xué)性能、裂紋傾向低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天航空等領(lǐng)域。2219鋁合金在航天領(lǐng)域主要用于制備形狀復(fù)雜的自由鍛件和精密模鍛件，而航天航空部門鍛件生產(chǎn)用部分原材料為擠壓棒材。近年來，隨著國家航天航空事業(yè)的發(fā)展，對縱向和橫向均為高性能的擠壓棒材需求越來越迫切。結(jié)合2219鋁合金熱擠壓態(tài)棒材的實(shí)際生產(chǎn)，分析了化學(xué)成分、擠壓工藝、試樣熱處理制度等對力學(xué)性能的影響，尋找出力學(xué)性能達(dá)到用戶要求指標(biāo)的最佳工藝，為高性能棒材的生產(chǎn)提供借鑒。

1 2219鋁合金棒材性能要求

2219鋁合金棒材規(guī)格為?100mm，用戶后序進(jìn)行鍛造加工，表1為用戶要求的棒材室溫縱向和橫向力學(xué)性能與GJB 1137標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對比。

表1 棒材力學(xué)性能與GJB 1137標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)對比

從表1可以看出，用戶要求的力學(xué)性能指標(biāo)明顯比標(biāo)準(zhǔn)GJB1137指標(biāo)高出許多。我們通過在生產(chǎn)實(shí)踐中反復(fù)摸索，解決了這一生產(chǎn)難題，產(chǎn)出了2219鋁合金高性能棒材，滿足了用戶需求。

2 生產(chǎn)過程

2.1 生產(chǎn)工藝流程

熔鑄→均火→機(jī)械加工→鑄錠加熱→擠壓→拉伸矯直→取樣、試樣熱處理→制品中斷→檢查、交貨。

2.2 生產(chǎn)過程控制

2.2.1 化學(xué)成分的調(diào)整控制

我公司按GJB 1137對2219鋁合金?100mm棒材組織過多次生產(chǎn)，雖然只檢測了縱向力學(xué)性能，未檢測橫向力學(xué)性能，但2219鋁合金材料力學(xué)性能無明顯的各向異性，通過對比化學(xué)成分對力學(xué)性能的影響仍具有較大的參考價值。2219鋁合金鑄錠的化學(xué)成分通過分析對比歷史數(shù)據(jù)（如表2）來確定。

從表2可以看出，縱向力學(xué)性能達(dá)到用戶要求指標(biāo)的2219鋁合金棒材，其主要合金元素Cu含量在6.0%以上，位于中上限；Mn含量為0.25%～0.32%，位于中上限。微量元素Zr含量為0.12%～0.16%，位于中下限。

隨著Cu含量的提高，合金的再結(jié)晶溫度也提高。由于Cu的加入，使合金產(chǎn)生強(qiáng)化相CuAl2，在淬火時效后，合金強(qiáng)度增加。Mn元素是2219鋁合金的主要元素之一，它能提高固溶體中原子的激活能，降低溶質(zhì)原子的擴(kuò)散系數(shù)和固溶體的分解速度，適當(dāng)?shù)腗n含量能提高合金淬火時效后的強(qiáng)度。在2219合金中加入微量元素Zr時，能細(xì)化晶粒，并提高合金的再結(jié)晶溫度和固溶體的穩(wěn)定性，從而提高合金的強(qiáng)度。因此，2219鋁合金高性能棒材的化學(xué)成分確定為：主要合金元素Cu含量為6.0%～6.5%，Mn含量為0.25%～0.35%；微量元素Zr為0.12～0.18%，其它按GB/T 3190的規(guī)定。

2.2.2 擠壓工藝條件的控制

為有效提高2219鋁合金?100mm棒材的性能，需增加材料變形程度，擠壓系數(shù)宜選擇15以上；同時要控制棒材晶粒度的均勻性。

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，即根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備、工模具配備及2219合金的可擠壓性等，該規(guī)格棒材擠壓選擇在8000t油壓機(jī)上進(jìn)行，擠壓筒選用?500mm，模具為?100mm單孔模，其擠壓系數(shù)為25。

控制棒材的晶粒度均勻性也是提高其力學(xué)性能有效途徑之一。晶粒度大小除受合金的化學(xué)成分影響之外，擠壓工藝較為關(guān)鍵。擠壓工藝包括鑄錠規(guī)格、擠壓溫度、擠壓速度等。由于正向擠壓時，錠坯表面與擠壓筒的強(qiáng)烈摩擦使得外層金屬的變形程度比中心區(qū)高幾十倍，同時外層金屬受到較大的剪切變形，晶粒遭到較大的破碎，使內(nèi)能增高，再結(jié)晶溫度降低。對2219鋁合金來說，外層很容易發(fā)生再結(jié)晶，使晶粒長大，降低了棒材的強(qiáng)度。為減少錠坯與擠壓筒的摩擦，鑄錠長度不宜超過擠壓長度的60%。

表3 2219鋁合金棒材的縱向和橫向力學(xué)性能

表3是在不同擠壓工藝、但試樣熱處理制度相同的條件下2219鋁合金棒材的縱向和橫向力學(xué)性能情況。

從表3可以看出，無論高溫還是低溫擠壓，對2219鋁合金棒材力學(xué)性能的影響均不明顯，但高溫擠壓比低溫擠壓的晶粒度要大。慢速擠壓更有利于獲得細(xì)晶組織，從而獲得高性能的棒材。

擠壓2219合金?100棒材的工藝選擇見表4。

表4 2219合金?100棒材的擠壓工藝

2.2.3 試樣熱處理試驗(yàn)

影響2219鋁合金棒材力學(xué)性能的因素除化學(xué)成分、擠壓工藝外，還有試樣熱處理制度等。試樣熱處理按以下制度可獲得理想的縱向和橫向力學(xué)性能，即：固溶溫度535℃，保溫時間60min，淬火水溫為室溫；時效溫度為191℃，保溫時間為18h。

3 生產(chǎn)結(jié)果

通過對2219鋁合金棒材的化學(xué)成分和擠壓工藝進(jìn)行合理調(diào)控后，對2219鋁合金棒材進(jìn)行了批量生產(chǎn)，其性能檢測全部滿足用戶要求，結(jié)果如表5。

表5 2219鋁合金棒材的性能檢測結(jié)果

(續(xù)表 5）

4 結(jié)論

通過探索試制，獲得了縱向和橫向性能較高的2219鋁合金棒材，其手段和方法是合理有效的，滿足了用戶對高性能產(chǎn)品的要求。

（1）2219鋁合金化學(xué)成分應(yīng)按Cu含量6.0%～6.5%、Mn含量為0.25%～0.35%、微量元素Zr為0.12%～0.18%的規(guī)定進(jìn)行控制。

（2）通過細(xì)晶組織提高棒材性能，減少錠坯與擠壓筒的摩擦，擠壓用鑄錠不宜超過擠壓筒長度的60%，擠壓溫度為400～420℃，擠壓制品速度不超過0.6m/min。

采用上述工藝，可以獲得縱向和橫向性能較高的2219鋁合金棒材，保證鍛造后的組織和性能指標(biāo)滿足使用要求。

Discuss on Production Process of 2219 Aluminum Alloy Extrusion Bar with High Property

ZHANG Yu-chun1,CHEN Bai-yi2
(1.Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 401326;2.College of Materials Science and Engineering,Jiangxi University of Science and Technology，Jiangxi 341000，China)

Effect of chemical composition,extrusion process and heat treatment system on mechanical property of alloy,production process of 2219 aluminum alloy had been determined.Its performance has reached the expected target,met the requirements of users.

2219 aluminum alloy;extruded bar;high property;production process

TG379

B

1005-4898(2017)05-0021-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.05.04

張玉春（1972-），男，四川巴中人，高級工程師。

2017-05-16