1 前言
2017是Al－Cu－Mg系合金中的第一個獲得工業(yè)應(yīng)用的硬鋁合金，其成份比較合理，綜合性能較好。采用離線淬火，自然時效狀態(tài)下使用的比較多。不過采用離線淬火工序比較繁瑣，對熱處理設(shè)備性能要求也比較高，且離線淬火易引起棒材局部晶粒粗大，降低離線固溶溫度又容易造成硬度不夠。本文研究華昌鋁廠采用反向擠壓在線淬火+拉拔+人工時效的方法，生產(chǎn)高精度、高硬度2017合金棒材，探討了不同熱處理工藝和拉拔加工率對2017合金棒材性能的影響。通過對熱處理和拉拔工藝的優(yōu)化，生產(chǎn)出了滿足用戶要求的產(chǎn)品。
產(chǎn)品技術(shù)要求：合金牌號2017，產(chǎn)品直徑φ16.1±0.03mm，硬度≥Hv135，交貨長度：2500mm,彎曲度：≤0.6mm/2500mm。
2 生產(chǎn)工藝
2.1化學(xué)成分
通過合金優(yōu)化設(shè)計(jì)，鋁棒化學(xué)成分控制如表1：
2017合金成分 表1
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標(biāo)準(zhǔn) |
化學(xué)成分 % |
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Si |
Fe |
Cu |
Mn |
Mg |
Cr |
Zn |
Ti |
其他 |
Al |
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單個 |
合計(jì) |
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標(biāo)準(zhǔn) |
0.2- 0.8 |
0.70 |
3.5- 4.5 |
0.4- 1.0 |
0.4- 0.8 |
0.1 |
0.25 |
0.15 |
<0.05 |
<0.15 |
余量 |
|
實(shí)測 |
0.36 |
0.18 |
3.82 |
0.52 |
0.56 |
0.01 |
0.18 |
0.02 |
2.2擠壓工藝
采用錠坯規(guī)格：φ130×205mm，800噸單動反向擠壓機(jī)擠壓成φ17.5mm和φ16.8mm兩種
規(guī)格的棒材。擠壓工藝參數(shù)控制見表2：
擠壓工藝參數(shù) 表2
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擠壓筒溫度℃ |
模具溫度℃ |
鑄錠溫度℃ |
擠壓比 |
擠壓速度 m/min |
出口溫度℃ |
冷卻方式 |
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380～430 |
420±10 |
440±10 |
20～30 |
3-4 |
470-500 |
水冷 |
2.3熱處理方式
采用在線淬火+自然時效、自然時效+人工時效、自然時效+拉拔﹢人工時效的方式，考察其對產(chǎn)品硬度及彎曲度的影響。
2.4拉拔加工率
將φ17.5mm和φ16.8mm規(guī)格的鋁棒采用不同加工率拉拔為φ16.1mm的棒材產(chǎn)品，驗(yàn)證不同加工率條件下對產(chǎn)品硬度和彎曲度的影響。
3 試驗(yàn)方案
將經(jīng)過反向擠壓在線淬火的φ17.5mm和φ16.8mm棒材，在生產(chǎn)過程中以下述方式進(jìn)行試驗(yàn)研究。
3.1 將擠壓棒材進(jìn)行2h，5h，10h，24h，36h，48h，72h，110h自然時效，檢測自然時效后的硬度；
3.2 自然時效2.5h、36h后，再進(jìn)行人工時效，檢測其對后續(xù)人工時效硬度的影響；
3.3 將自然時效后的棒材進(jìn)行“拉拔＋人工時效”的形變熱處理，檢測其對硬度的影響；
3.4 檢測不同拉拔加工率對棒材硬度及彎曲度的影響。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
4.1 擠壓在線淬火后自然時效實(shí)驗(yàn)
取在線淬火直徑φ16.8±0.10mm的棒材樣品10支，放置2h、5h、10h、24h、36h、48h、72h、110h進(jìn)行自然時效，測量其硬度，繪制的自然時效硬度曲線見圖1。
圖1 2017鋁棒自然時效硬化曲線
由圖1可見，2017合金擠壓棒材在線淬火后，自然時效達(dá)到峰值硬度的時間為3天，最高硬度可達(dá)Hv120左右。
4.2自然時效后再人工時效實(shí)驗(yàn)
取經(jīng)在線水冷淬火，直徑φ16.8±0.10mm的棒材樣品20支，將其自然時效2.5h、36h后，再進(jìn)行（170℃×8h）人工時效，測得其硬度見表3。
2017鋁棒自然時效后再人工時效的硬度 表3
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2.5（h） |
36（h） |
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最大值 |
最小值 |
平均值 |
最大值 |
最小值 |
平均值 |
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人工時效前硬度（Hv） |
96.3 |
94.5 |
95.4 |
118.3 |
112.3 |
115.6 |
|
人工時效后硬度（Hv） |
121.4 |
118.8 |
120.0 |
123.4 |
116.0 |
120.2 |
由3表數(shù)據(jù)可看出，自然時效2.5h或36h再進(jìn)行人工時效所得到最終硬度與自然時效所能達(dá)到的峰值硬度基本相同。
4.3自然時效后進(jìn)行拉拔再人工時效實(shí)驗(yàn)
取經(jīng)在線水冷淬火，直徑φ16.8±0.10mm的棒材樣品30支，分別進(jìn)行2h、18h、42h自然時效后拉拔為規(guī)格φ16.1mm棒材，然后進(jìn)行（170℃×8h）人工時效，測得其硬度見表4。
2017鋁棒自然時效后拉拔再人工時效的硬度 表4
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“拉拔＋人工時效”后硬度(HV) |
自然時效時間 |
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2h |
18h |
42h |
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最大值 |
134.4 |
135.6 |
141.4 |
|
最小值 |
142.4 |
143.7 |
155.1 |
|
平均值 |
138.3 |
139.2 |
147.9 |
由表4可以看出，拉拔加工率不變時，自然時效時間的延長能提高“拉拔＋人工時效”后的棒材硬度，且自然時效18h后再進(jìn)行“拉拔＋人工時效”硬度值可達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求。
4.4拉拔加工率對棒材硬度的影響實(shí)驗(yàn)
取直徑φ17.5mm和φ16.8mm棒材10支，自然時效18h后一次拉拔成φ16.1mm，加工率分別為15.3%、8.2%，然后進(jìn)行（170℃×8h）人工時效，分別測得其平均硬度如圖2。
圖2 不同拉拔加工率對2017鋁棒最終硬度的影響
4.5拉拔加工率對彎曲率影響的實(shí)驗(yàn)
將φ17.5mm棒材一次拉到φ16.1±0.02mm產(chǎn)品時，加工率為15.3%。由于加工率過大，制品殘余應(yīng)力大，產(chǎn)品表面極易刮傷，且嚴(yán)重彎曲，經(jīng)多次矯直仍無法滿足彎曲度要求。
后改用三道次拉拔工藝：第一道次由φ17.5mm拉成φ16.9mm、第二道次由φ16.9mm拉拔φ16.4mm、第三道次由φ16.4mm拉成φ16.1±0.02mm，加工率分別為6.7%，5.8%，3.6%，雖然多次拉拔時，產(chǎn)品表面刮傷有所減少，彎曲度有一定程度改善，但產(chǎn)品合格率還是很低，只有35.6%合格。
而取27支直徑φ16.8mm棒材一次拉成φ16.1±0.02mm產(chǎn)品時，加工率為8.2%。矯直后鋸切成2500mm的成品，彎曲度檢測全部合格，其結(jié)果如表5。
2017鋁棒彎曲度檢測結(jié)果 表5
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彎曲度范圍/mm |
X≤0.2 |
0.2＜X≤0.3 |
0.3＜X≤0.4 |
0.4＜X≤0.5 |
0.5＜X≤0.6 |
|
數(shù)量（支） |
15 |
7 |
2 |
2 |
1 |
|
百分比 |
55.56% |
25.93% |
7.41% |
7.41% |
3.70% |
5 結(jié)論
本文從簡化生產(chǎn)工序，優(yōu)化生產(chǎn)工藝的角度，重點(diǎn)探討不同熱處理工藝和不同拉拔加工率條件下，生產(chǎn)高精度、高硬度的2017合金棒材的方法。
5.1 在上述擠壓工藝條件下，2017合金擠壓在線淬火的棒材，經(jīng)3天自然時效最高硬度值只能達(dá)到Hv120左右，自然時效后在進(jìn)行人工時效對硬度影響不明顯；
5.2 棒材拉拔前延長自然時效時間，能提高拉拔后人工時效的硬度。
5.3 提高拉拔加工率，可以增加人工時效后的產(chǎn)品硬度。
5.4 相同的拉拔條件下，拉拔加工率的大小對產(chǎn)品的彎曲度有影響，加工率越大彎曲度越大；
5.5 擠壓出口溫度控制在470℃以上在線淬火的φ16.8mm擠壓坯料，經(jīng)自然時效18h以上，一次拉拔成φ16.1±0.02mm棒材，再進(jìn)行（170℃×8h）人工時效，能夠達(dá)到HV≥135,直線度≤0.6mm/2500mm的技術(shù)要求。
