提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法
2023-05-29 14:54:16 1
專利名稱：提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法
技術領域：
本發明涉及鋁合金材料的淬火方法，特別是指一種提高鋁合金材料淬 透深度的淬火方法，屬於有色金屬材料及其熱加工領域。
背景技術：
為達到減重增效的目的，製造業對高性能鋁合金材料的需求量迅速增 長，通過熱處理提高鋁合金材料的性能是高性能鋁材發展的重要技術方向。 固溶一淬火一時效是鋁合金熱處理技術的基本工序，通過固溶一淬火處理， 使合金元素在鋁基體中處於過飽和狀態，為時效階段析出起強化作用的第 二相創造條件。如果不能在一定的冷卻速度下將鋁合金材料冷卻到其時效 溫度以下，在淬火過程中就會產生非控制的第二相析出，不利於時效強化。
對於淬火冷卻方向上厚度5mm以上的鋁合金材料(如軋制板材、擠壓型材) 或構件(如鍛件，機加工件)，淬火冷卻方向上不同厚度層的冷卻溫度場不 同會引起大規格鋁材與構件性能產生嚴重的波動。現有技術為提高鋁合金 材料淬透性，改善鋁合金材料淬火後性能的穩定性，通常是將鋁合金材料 或構件放入表面換熱效率高的冷卻介質池中淬火或採用向鋁合金材料表面 噴射冷卻介質的方法淬火，這樣，雖然能在一定程度上提高鋁合金材料的 淬透性，改善鋁合金材料淬火後性能的穩定性；但由於上述方法未能按照 鋁合金材料表面傳熱效率與表面層溫度之間的規律進行操作，導致鋁合金 材料淬透性提高不太明顯，並且，淬火後性能波動仍然比較大，影響鋁合 金材料的正常使用。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術之不足而提供一種工藝方法簡單、操 作使用方便、能有效提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法。本發明-一 提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法包括下述步驟
A、 將鋁合金材料加熱至淬火溫度；
B、 分兩步將冷卻介質噴射至鋁合金材料表面進行淬火；
1、 第一步，自鋁合金材料的淬火溫度至其表面溫度降至140 160°C
時，噴射冷卻介質的壓力為0. 4 1MPa、流量密度為5 15L/(m2 s)，持續 時間為2 10秒；
2、 第二步，自鋁合金材料的表面層溫度為140 16(TC降至室溫， 噴射的冷卻介質的壓力為0. 01 0. 4MPa、流量密度為20 250L/(m2 s)。
本發明一提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法中，所述冷卻介質為水。
本發明的優點及工作原理簡述於下 專利申請人的大量研究表明，採用噴射冷卻介質對鋁合金材料進行冷卻， 當鋁合金材料表面層溫度高於約150'C時，鋁合金表面會生成大量的氣泡而 形成氣膜，從而降低鋁合金材料表面的換熱效率；而當鋁合金材料表面層 溫度低於約15(TC之後，在鋁合金材料表面形成氣膜的可能性大大降低；本 發明根據鋁合金材料表面換熱效率與表面層溫度之間的關係，採用分兩步 噴射壓力、流量密度不同的冷卻介質的工藝方法，在鋁合金於淬火溫度至 表面層溫度降至15(TC時，採用噴射壓力較高、流量密度較小的冷卻介質的 方法，利用冷卻介質較高的壓力，有效地衝破鋁合金材料表面產生的大量 氣膜，從而提高表面換熱效率；而當鋁合金表面層溫度降至15(TC以下時， 則採用噴射壓力較小，流量密度較大的冷卻介質的方法，利用大量的冷卻 介質從鋁合金表面帶走熱量，從而使鋁合金材料的整體溫度得到迅速降低， 實現鋁合金淬火的目的；本發明由於採用上述工藝方法，根據鋁合金材料 表面傳熱效率與表面層溫度之間的關係，結合鋁合金材料淬火冷卻方向上 的厚度情況，適時(2 10秒)調整冷卻介質的壓力、流量，從而，有效改善 鋁合金材料表面傳熱效率，進而提高鋁合金材料淬透深度。綜上所述，本 發明工藝方法簡單、操作使用方便、能有效提高鋁合金材料淬透深度，適 於工業化應用，為鋁合金材料的熱處理強化，提供了一條有效的途徑；特 別適用於鋁合金大規格材料與構件的淬火冷卻。
附圖是鋁合金材料淬透深度的硬度與距離關係曲線圖；
具體實施例方式
參見附圖，淬透深度具體測量方法將經淬火處理的試棒按設定的溫
度與時間進行時效，剖開棒，在偏離中心軸線不大於10mm範圍內沿軸向進 行硬度測量；記錄測試點硬度和測試點與所述內凹面的距離，建立硬度(H) 與距離(D)坐標，將記錄數據反映到所述坐標中，繪出硬度與距離關係曲 線(H-D曲線l)，取H-D關係圖所示最高硬度下降109&的硬度值作為標準， 用水平線2繪在H-D曲線上，得到與H-D曲線相交的一個交點3，該交點對 應的距離d即為淬透深度。硬度測量設備為HV-5維氏硬度計，測量參數為 3公斤載荷，保壓15秒。
下述實施例1-3是本發明的實施例，實施例4-5是對比實施例。試件 直徑為100mm，高度為200mm。
實施例採用的合金編號及其名義成分(重量百分比)如表1。
表l;
合金編號合金元素ZnMgCuMnTi FeSi其它雜質總量餘
A5.52.31.80.30.2 0.40.4《0. 1Al
B6.62.32.20. 10. 1 0. 10. 1《0. 1Al
C0.21.54.50.50. 1 0. 20.2《0. 1Al
實施例採用的合金編號及其固溶加熱與時效制度如表2。
表2;
合金編號固溶加熱制度時效制度
A480'CX4小時120°CX12小時
B475"X4小時120°CX12小時
C500。CX4小時175°CX12小時
5實施例1: A合金，第一階段在被噴射表面上按5L/(m2 s)的流量密度、 0.4MPa的壓力噴水，持續噴水時間為2 10秒；第二階段在被噴射表面上 按20L/(m2 s)的流量密度、0. OlMPa的壓力噴水，直到該鋁合金試樣冷至 室溫；淬火後按表2制度時效，剖開試樣棒，在試樣棒的中心軸線偏離不 大於lOmm範圍內沿軸向進行硬度測量，將測量的數據記錄下來繪出H-D曲 線l;以最高硬度值下降10%的值繪一水平線2，該水平線與H-D曲線有一 交點3，與該交點對應的d為46mm,即淬透深度為46mm，見附圖。
實施例2: B合金，第一階段在被噴射表面上按15L/(m2 s)的流量密 度、lMPa的壓力噴水，持續噴水時間為2 10秒；第二階段在被噴射表面 上按250L/(m2 s)的流量密度、0. 4PMa的壓力噴水，直到該鋁合金試樣冷 至室溫；淬火後按表2制度時效，測得的淬透深度為78mm。
實施例3: C合金，第一階段在被噴射表面上按10L/(m2 s)的流量密 度、0.7MPa的壓力噴水，直持續噴水時間為2 10秒；第二階段在被噴射 表面上按150L/(m2 s)的流量密度、0. 2MPa的壓力噴水，直到該鋁合金試 樣冷至室溫；淬火後按表2制度時效，測得的淬透深度為95mm。
實施例4: A合金，在被噴射表面上按10L/(m2 s)的流量密度、0. 7MPa 的壓力噴水，直到該鋁合金試樣冷至室溫；淬火後按表2制度時效，測得 的淬透深度為36mm。
實施例5: B合金，在被噴射表面上按150L/(m2 s)的流量密度、0. 2MPa 的壓力噴水，直到該鋁合金試樣冷至室溫；淬火後按表2制度時效，測得 的淬透深度為56mm。
將實施例1-3與實施例4-5的淬透深度進行比較，可知本發明的淬火 方法可明顯提高鋁合金棒的淬透深度。
權利要求
1、提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法，包括下述步驟A、將鋁合金材料加熱至淬火溫度；B、分兩步將冷卻介質噴射至鋁合金材料表面進行淬火；1)第一步，自鋁合金材料的淬火溫度至其表面層溫度降至140～160℃時，噴射的冷卻介質的壓力為0.4～1MPa、流量密度為5～15L/(m2·s)，持續時間2～10秒；2)第二步，自鋁合金材料的表面層溫度為140～160℃降至室溫，噴射的冷卻介質的壓力為0.01～0.4MPa、流量密度為20～250L/(m2·s)。
2、 根據權利要求1所述的提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法，其特 徵在於所述分兩步將冷卻介質噴射至鋁合金材料表面進行淬火；1) 第一步，自鋁合金材料的淬火溫度至其表面層溫度降至140 16(TC時，噴射的冷卻介質的壓力為0.6 0.8MPa、流量密度為8 12L/(m2 s)，持續時間2 10秒；2) 第二步，自鋁合金材料的表面層溫度為140 16(TC降至室溫， 噴射的冷卻介質的壓力為0. 1 0. 3MPa、流量密度為80 200L/(m2 s)。
3、 根據權利要求1所述的提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法，其特 徵在於分兩步將冷卻介質噴射至鋁合金材料表面進行淬火；1) 第一步，自鋁合金材料的淬火溫度至其表面層溫度降至140 16(TC時，噴射的冷卻介質的壓力為0.7 1Pa、流量密度為10L/(m、s)， 持續時間2 10秒；2) 第二步，自鋁合金材料的表面層溫度為140 16(TC降至室溫， 噴射的冷卻介質的壓力為0. 2MPa、流量密度為140L/(m2 s)。
4、 根據權利要求1所述的提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法，其特 徵在於所述冷卻介質為水。
全文摘要
提高鋁合金材料淬透深度的淬火方法包括下述步驟首先，將鋁合金材料加熱至淬火溫度；然後，分兩步將冷卻介質噴射至鋁合金材料表面進行淬火；第一步，自鋁合金材料的淬火溫度至其表面層溫度降至140～160℃時，噴射的冷卻介質的壓力為0.4～1MPa、流量密度為5～15L/(m2·s)；第二步，自鋁合金材料的表面層溫度為140～160℃降至室溫，噴射的冷卻介質的壓力為0.01～0.25MPa、流量密度為20～250L/(m2·s)。本發明工藝方法簡單、操作使用方便、能有效提高鋁合金材料淬透深度，適於工業化應用，為鋁合金材料的熱處理強化，提供了一條有效的途徑；特別適用於鋁合金大規格材料與構件的淬火冷卻。
文檔編號C21D1/60GK101509114SQ20091004296
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月27日 優先權日2009年3月27日
發明者裡 萬, 勇 張, 張新明, 遊江海, 熊創賢, 軍 葛, 鄧運來, 郭世貴 申請人:中南大學