铝合金的强电场时效热处理方法.pdf

2E12铝合金强电场时效热处理方法，包括下述工艺步骤：将待热处理的2E12铝合金在498~502℃固溶，出炉水淬后，放入强电场中进行时效。本发明在铝合金常规固溶处理后，利用强电场将电能直接传导到材料的原子尺度，一方面改变原子的排列、匹配和迁移等过程，另一方面，影响材料中空位的扩散过程进而影响析出相的形态和数量，使材料固态相变中发生的晶体的生长形态、大小、分布和取向等得以控制，从而控制材料的组织，使材料获得优良的综合机械性能。本发明方法简单，操作方便，通过电场来控制晶界析出相的形态和分布，同时减少晶内第二相的析出数量，有效提高了2E12铝合金的塑性和耐疲劳损伤性能；适于工业化生产。

1、  2E12铝合金强电场时效热处理方法，包括下述工艺步骤：将待热处理的2E12铝合金在498~502℃固溶30~60min，出炉水淬后，放入电场强度1~16kv/cm的强电场中进行时效，时效温度为：180~190℃，时间为：9~11小时。

2、  根据权利要求1所述的2E12铝合金强电场时效热处理方法，其特征在于：所述电场强度为6~10kv/cm。

3、  根据权利要求1所述的2E12铝合金强电场时效热处理方法，其特征在于：所述电场强度为8kv/cm。

铝合金的强电场时效热处理方法
技术领域
本发明涉及2E12铝合金的时效热处理方法，特别是指2E12铝合金的强电场时效热处理方法，属于金属材料电磁场热处理领域。
背景技术
2E12铝合金是在国外2524铝合金基础上，我国最新研制的一种高性能Al-Cu-Mg合金，是机身蒙皮、机身框架、机翼下蒙皮、翼肋和翼梁、尾翼的重要结构材料。其化学成分(质量分数％)：Cu 4.0-4.5、Mg 1.2-1.6、Mn 0.45-0.7、Fe≤0.12、Si≤0.06，余量Al。
2E12铝合金通过降低Fe、Si等杂质元素的含量进而改善合金的断裂韧性、疲劳和抗应力腐蚀性能。2E12高强铝合金板材制造工艺复杂，采用传统热处理工艺对2E12铝合金板材进行时效热处理，虽然能达到较好的塑性和抗疲劳性能，但相对于其服役的环境条件而言，其塑性和抗疲劳性能仍显得不够，有待提高；因此开发新型的2E12铝合金电场热处理工艺，提高其塑性和耐疲劳损伤性能，具有很重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种供工艺方法简单、操作方便、能有效改善2E12铝合金晶内及晶界第二相粒子的形态、析出数量和分布状态，提高2E12铝合金塑性和耐疲劳损伤性能的2E12铝合金的强电场时效热处理方法。
本发明2E12铝合金强电场时效热处理方法，是采用下述工艺实现的：将待热处理的2E12铝合金在498~502℃固溶30~60min，出炉水淬后，放入电场强度1~16kv/cm的强电场中进行时效，时效温度为：180~190℃，时间为：9~11小时。
本发明2E12铝合金强电场时效热处理方法中，所述电场强度为6~10kv/cm。
本发明2E12铝合金强电场时效热处理方法中，所述电场强度为8kv/cm。
本发明由于采用上述工艺方法，在铝合金常规固溶处理后，利用强电场将高强度的电能无接触的传导到材料的原子尺度，一方面改变原子的排列、匹配和迁移等过程，另一方面，影响材料中空位的扩散过程进而影响析出相的形态和数量，使材料固态相变中发生的晶体的生长形态、大小、分布和取向等得以控制，从而控制材料的组织，最终获得优良的物理性能和力学性能。采用本发明工艺方法对2E12合金电场时效后，一方面，2E12合金的晶内S’相更加细小，合金的疲劳性能和塑性提高；另一方面，空位扩散时，由于电场影响了空位周边的势场，使空位向电场强度的反方向运动；当空位运动过程中碰到晶界时，即在晶界聚集成为晶界超微粒子的形核点，在晶界上形成弥散分布的超微颗粒相；另外，由于电场的存在，使垂直于电场方向的晶界变宽，这种特殊的晶界将明显改善材料的塑性变形能力；因此，对2E12铝合金进行强电场时效热处理后，可有效改善晶内第二相的粒度及弥散度，晶界弥散分布的超微颗粒相明显增加，且使垂直于电场方向的晶界变宽，上述几个条件的变化叠加导致了2E12铝合金的塑性、抗疲劳性能较常规热处理的明显增高，而强度仅仅略微下降。
综上所述，本发明方法简单，操作方便，通过电场来控制晶界析出相的形态和分布，同时减少晶内第二相的析出数量，有效提高了2E12铝合金的塑性和耐疲劳损伤性能；适于工业化生产。
附图说明
附图1(a)为2E12铝合金在电场强度为0，温度为190℃时效10小时的晶内第二相TEM照片。
附图1(b)为2E12铝合金在电场强度为16kv/cm，温度为190℃时效10小时的晶内第二相TEM照片。
附图2(a)为2E12铝合金在电场强度为0，温度为190℃时效10小时的晶内晶界TEM照片。
附图2(b)为2E12铝合金在电场强度为16kv/cm，温度为190℃时效10小时的晶内晶界TEM照片。
附图3为2E12铝合金的裂纹扩展速率图。
比较附图1(a)与附图1(b)，可以看出，加电场时效后，2E12铝合金的中的T相粒子变小，T相之间的距离变得稀疏，针状S’相变细变短。
比较附图2(a)与附图2(b)，可以看出，加电场时效后，2E12铝合金的晶界明显变宽了。
图3中，1---为在f＝10Hz，应力比为0.1条件下加16Kv/cm电场时对2E12铝合金时效后的裂纹扩展速率实验结果；2----为在f＝10Hz，应力比为0.1条件下不加电场对2E12铝合金时效后的裂纹扩展速率实验结果；
具体实施方式
下面结合实施实例对本发明做进一步描述。
实施例一
试样采用厚度为2mm的2E12铝合金冷轧薄板。按国标GB228-76制成拉伸试样。将试样放入498℃左右的盐浴中固溶30min，取出立刻淬火。然后放入190℃恒温烘箱中进行电场时效10h，电场强度分别为0、16kV/cm。时效后合金力学性能见表1。
表1

从表1可知，2E12铝合金在16kV/cm的高强电场作用下，合金的屈服强度降低了不到10Mpa，延伸率却从21％提高到23％。
实施例二
试样采用2mm 2E12铝合金冷轧薄板，于498℃固溶60分钟、190℃加8kV/cm电场时效10h小时和不加电场时效处理后，按国标GB/T 6398-2000制成疲劳裂纹扩展试样。疲劳裂纹扩展速率试验采用Instron疲劳试验机，试验频率：f＝10Hz，波型选用正弦波，应力比分别为0.1，测定加12kV/cm电场时效样品和不加电场时效样品的疲劳裂纹扩展速率，见附图3。从附图结果表明，在相同的应力强度因子下，加12kV/cm电场时效样品的裂纹扩展速率比不加电场时效裂纹扩展速率明显降低。
实施例三
试样采用厚度为2mm 2E12铝合金冷轧薄板；板材按国标GB228-76制成拉伸试样。试样放入498℃左右的盐浴中固溶30min，取出立刻淬火。然后放入190℃恒温烘箱中进行电场时效10h，电场强度为1kV/cm。时效后合金在最大应力260Mpa，应力比为0.1下，进行疲劳寿命实验，试验结果见表2。平均疲劳寿命从98346次提高到117239次。
表2

从表2的结果可知，在最大应力260Mpa，应力比为0.1下，经电场强度为1kV/cm，温度为190℃时效10h的2E12铝合金平均疲劳寿命比未经强电场时效的2E12铝合金平均疲劳寿命提高将近2000周次。