2195鋁鋰合金熱處理制度工藝研究

張輝玲，姜 鵬，王春暉，王金花，趙國奇

（黑龍江省哈爾濱市平房區(qū)東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

鋁鋰合金是航空、航天等國防重點(diǎn)領(lǐng)域的主要合金，由于其強(qiáng)度高，密度比傳統(tǒng)鋁合金更低等諸多優(yōu)勢(shì)，得到的廣泛的應(yīng)用。為了盡快實(shí)現(xiàn)2195鋁鋰合金型材工業(yè)化生產(chǎn)，本研究通過對(duì)2195熱處理制度的研究，最終確定了2195鋁鋰合金的熱處理制度。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采用2195鋁鋰合金鑄錠，擠壓成棒材坯料，最后擠壓成型材成品。

1.2 試驗(yàn)方案

（1）淬火制度。根據(jù)有關(guān)資料，2195鋁鋰合金的淬火溫度應(yīng)該在505℃，本試驗(yàn)針對(duì)該溫度區(qū)間，摸索制度，以505℃為基礎(chǔ)，上下各10℃區(qū)間，即495℃，505℃，515℃三個(gè)溫度區(qū)間。時(shí)效統(tǒng)一采用165℃，24h進(jìn)行時(shí)效。

（2）時(shí)效制度。時(shí)效工藝是影響2195鋁鋰合金最主要的因素，根據(jù)相關(guān)資料，各研究的制度均不相同，本研究根據(jù)資料選擇時(shí)效溫度155℃、165℃、175℃，時(shí)效時(shí)間24h、30h、36h、42h進(jìn)行正交試驗(yàn)研究。

（3）張力矯直對(duì)型材力學(xué)性能影響研究。按照國外2195鋁鋰合金板材的研究成果來看，張力變形對(duì)2195鋁鋰合金的力學(xué)性能有較大的影響。本工藝研究對(duì)型材張力矯直工藝進(jìn)行研究。其中重點(diǎn)對(duì)比沒有拉伸狀態(tài)，即T6狀態(tài)，正常型材拉伸狀態(tài)2.0%～3.0%；加大拉伸量3.0%～4.0%。對(duì)比拉伸工藝對(duì)型材力學(xué)性能的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 淬火工藝的確定

淬火是成品的固溶過程，其結(jié)果直接影響時(shí)效后產(chǎn)品的力學(xué)性能，在不考慮拉伸等因素影響，直接通過時(shí)效工藝預(yù)判淬火工藝的合理性。根據(jù)多數(shù)資料的介紹的時(shí)效工藝，時(shí)效統(tǒng)一采用165℃，24h進(jìn)行時(shí)效，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，通過表1分析來看，淬火溫度達(dá)到495℃以后，其基本熱出現(xiàn)后的效果差不多，而505℃略高于495℃，515℃與505℃基本一致。因此，固溶溫度選用505℃，而保溫時(shí)間按照GJB 1694型材的最大壁厚來確定。

表1 不同淬火工藝的性能指標(biāo)

2.2 時(shí)效工藝和拉伸工藝的確定

時(shí)效工藝是影響2195鋁鋰合金最主要的因素，為了便于分析我們見實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖示化，具體結(jié)果見圖1～圖3。

在分析結(jié)果時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)熱處理工藝與拉伸工藝需要結(jié)合來分析，其對(duì)2195鋁合金型材的工藝是有綜合影響的。

圖中的拉伸量3%即為2.0%～3.0%，拉伸量4%即為3.0%～4.0%，沒有拉伸的就是T6狀態(tài)。

通過圖1和圖2分析，我們可以看出，有拉伸和沒有拉伸的型材強(qiáng)度影響非常大，在沒有拉伸的條件下，很難達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的強(qiáng)度指標(biāo)。通過圖1分析，以3%，4%的拉伸量的型材來看，其力學(xué)性能基本接近，而采用大拉伸量4%的最高強(qiáng)度可以達(dá)到604Mpa，而采用3%拉伸量的條件下，時(shí)效的對(duì)強(qiáng)度有一定影響，即當(dāng)時(shí)效時(shí)間為24h的時(shí)候其強(qiáng)度明顯低于與30h，而當(dāng)時(shí)效時(shí)間達(dá)到30h時(shí)，強(qiáng)度隨時(shí)間的變化不大，但當(dāng)時(shí)效時(shí)間達(dá)到42h時(shí)，其強(qiáng)度略有下降。而時(shí)效溫度整體上來看，155℃和165℃都可以達(dá)到良好的強(qiáng)度指標(biāo)，但當(dāng)時(shí)效溫度達(dá)到175℃時(shí)，其強(qiáng)度明顯下降。因此，對(duì)于抗拉強(qiáng)度來說，時(shí)效溫度應(yīng)該選擇在155℃或165℃，時(shí)效時(shí)間應(yīng)該在30h～36h比較合理。

圖1 時(shí)效制度對(duì)抗拉強(qiáng)度影響

相比抗拉強(qiáng)度曲線，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度曲線更加明顯的反映了，時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響。其結(jié)果與抗拉強(qiáng)度一致，因此，時(shí)效溫度應(yīng)該選擇在155℃或165℃，時(shí)效時(shí)間應(yīng)該在30h～36h比較合理。

圖2 時(shí)效制度對(duì)規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度影響

拉伸工藝對(duì)斷后伸長(zhǎng)率來說，是影響比較復(fù)雜的，在低溫時(shí)效是，其沒有拉伸的型材延伸率非常高，但當(dāng)達(dá)到高溫時(shí)，拉伸工藝則對(duì)延伸率產(chǎn)生了有利的影響，如圖3所示。綜合分析來看，4%的拉伸量的延伸率是明顯低于3%拉伸率的。而時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間的影響趨勢(shì)是與強(qiáng)度指標(biāo)基本一致。

圖3 時(shí)效制度對(duì)斷后伸長(zhǎng)率影響

綜上，根據(jù)設(shè)計(jì)需求的指標(biāo)來看，我們最合理的時(shí)效工藝為，時(shí)效溫度155℃，時(shí)效保溫時(shí)間為30h～36h。拉伸工藝選擇2.0%～3.0%的拉伸。

3 結(jié)論

（1）2195鋁鋰合金最佳的熱處理工藝為：淬火溫度505℃，時(shí)效溫度155℃，時(shí)效保溫時(shí)間30h。

（2）張力拉伸對(duì)合金的抗拉強(qiáng)度，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度影響較大，合理的拉伸工藝為拉伸量控制在2.0%～3.0%。