一種降低鋁合金環件各向異性提高綜合性能的時效熱處理制度制造技術

本發明專利技術提供了一種7xxx系鋁合金環件的時效熱處理方法，包括以下步驟，將淬火后的鋁合金環件進行軸向變形后，再進行時效熱處理，得到7xxx系鋁合金環件；所述時效熱處理包括三級熱處理步驟。這是一種能夠提高綜合性能的降低鋁合金環件各向異性的時效熱處理制度，可在環件成形后，采用固溶

【技術實現步驟摘要】
一種降低鋁合金環件各向異性提高綜合性能的時效熱處理制度


[0001]本專利技術屬于7xxx系鋁合金環件制備
，涉及一種7xxx系鋁合金環件的時效熱處理方法，尤其涉及一種降低鋁合金環件各向異性提高綜合性能的時效熱處理制度。

技術介紹

[0002]運載火箭是發展空間技術、確保空間安全的基石，是大規模開發和利用空間資源的載體，長期以來受到國內外的高度重視。運載火箭的輕量化需求比較高，而鋁合金是目前最佳的輕量化材料，因此使用鋁合金制備火箭貯箱及過渡環成為國內外研究人員的共識。推進劑貯箱是運載火箭的核心部件，一方面作為液體容器貯存液氫、液氧等低溫推進劑，工作環境溫度極低；另一方面作為火箭主結構傳遞飛行作用力，是火箭主承力的“脊梁”結構。貯箱是一個典型的大型、薄壁壓力容器，主結構材料通常采用輕質高強鋁合金，零部件成形之后通過焊接工藝裝配連接。而“過渡環”為貯箱結構中的重要部件，連接貯箱的箱底、短殼和箱筒段等主體結構，在工作時承受內壓、傳遞軸壓、彎矩載荷，受力情況十分復雜，NASA在研制土星5號航天飛機時，就明確指出過渡環是貯箱結構最關鍵部位。
[0003]各向異性是指物質的全部或部分化學、物理等性質隨著方向的改變而有所變化，在不同的方向上呈現出差異的性質。環件因其成形特點具備軸向、徑向和環向三個不同方向的力學特征，各向異性顯著，短板力學性能方向嚴重限制環件在航天領域應用。因此，降低環件各向異性，提高綜合性能對提高新一代運載火箭用鋁合金環件結構效率和可靠性具有重要的理論和實際意義。如圖1所示，圖1為合金三向力學拉伸取樣位置的示意簡圖。其中測試方向分別為RD
?
TD、TD
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RD、TD
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AD方向(即切向、徑向、軸向)。
[0004]上世紀50年代，研究人員發現用于制造火箭貯箱的2014鋁合金焊接工藝非常復雜且性能較差，不能滿足未來航天器制造的新要求。為解決火箭貯箱存在的焊接裂紋問題，研究人員開發了2219鋁合金用于替代2014鋁合金，國內外研究人員對此展開了一系列的研究，2219鋁合金密度為2.84T/m3，T851態抗拉強度為455MPa，屈服強度為352MPa。所以目前運載火箭常用環件為2219鋁合金材料，該材料具備力學性能較高，焊接性能優良的特點，如長征系列運載火箭中的過渡環就是由2219鋁合金矩形截面整體環軋件機加成形。
[0005]但是隨著航天飛行器趨于大型化、整體化、輕量化的發展趨勢，現役運載火箭用2219鋁合金鍛環的強度和淬透尺寸難以滿足新一代運載火箭用鋁合金連接環的服役需求。
[0006]因此，如何找到一種更為適宜的鋁合金環件，具有更好的強度和淬透性，已成本領域諸多一線研究人員廣為關注的焦點之一。

技術實現思路

[0007]有鑒于此，本專利技術要解決的技術問題在于提供一種7xxx系鋁合金環件的時效熱處理方法，特別是一種降低鋁合金環件各向異性提高綜合性能的時效熱處理制度。本專利技術提供的時效熱處理方法處理后的7xxx系鋁合金環件，具有超強高韌性和高淬透性，能夠替代
現有2219鋁合金鍛環，是實現空間飛行器結構件整體化和輕量化的重要途徑。
[0008]本專利技術提供了一種7xxx系鋁合金環件的時效熱處理方法，包括以下步驟：
[0009]將淬火后的鋁合金環件進行軸向變形后，再進行時效熱處理，得到7xxx系鋁合金環件；
[0010]所述時效熱處理包括三級熱處理步驟；
[0011]第一級熱處理的溫度為115～125℃；
[0012]第二級熱處理的溫度為155～165℃；
[0013]第三級熱處理的溫度為115～125℃。
[0014]優選的，所述第一級熱處理的時間為15～20h；
[0015]所述第二級熱處理的時間為2～4h；
[0016]所述第三級熱處理的時間為20～24h。
[0017]優選的，所述第二級熱處理和第三級熱處理之間還包括急速冷卻的步驟；
[0018]所述急速冷卻采用水冷，淬火轉移時間小于等于10s。
[0019]優選的，所述軸向變形的變形量為1.5％～5％；
[0020]所述淬火的方式包括水淬；
[0021]所述淬火的水溫為15～38℃。
[0022]優選的，所述淬火后的鋁合金環件由以下步驟制備得到：
[0023]1)將鋁合金鑄錠經過均勻化熱處理后，冷卻得到成分均勻的鑄錠；
[0024]2)將上述步驟得到的鑄錠進行鍛造和沖孔后，得到環件毛坯；
[0025]3)將上述步驟得到的環件毛坯經過軋制變形后，再經過固溶熱處理和淬火后，得到淬火后的鋁合金環件。
[0026]優選的，所述均勻化熱處理包括二級均勻化熱處理步驟；
[0027]第一級均勻化熱處理的溫度為400～410℃；
[0028]第一級均勻化熱處理的時間為12～15h；
[0029]第二級均勻化熱處理的溫度為469～475℃；
[0030]第二級均勻化熱處理的時間為50～55h。
[0031]優選的，所述冷卻的方式包括自然冷卻；
[0032]所述鍛造的方式包括多向鍛造；
[0033]所述鍛造的工藝為四鐓三拔鍛造工藝。
[0034]優選的，所述鍛造的溫度為350～450℃；
[0035]所述鍛造的變形量為45％～55％；
[0036]所述鍛造前的保溫溫度為430～450℃；
[0037]所述鍛造前的保溫時間為20～22h。
[0038]優選的，所述軋制變形的變形量為75％～80％；
[0039]所述固溶熱處理的溫度為475～478℃；
[0040]所述固溶熱處理的時間為5～6h。
[0041]優選的，所述固溶熱處理與淬火之間的時間間隔小于等于15s；
[0042]所述7xxx系鋁合金包括7085、7050和7A04中的一種或多種。
[0043]本專利技術提供了一種7xxx系鋁合金環件的時效熱處理方法，包括以下步驟，將淬火
后的鋁合金環件進行軸向變形后，再進行時效熱處理，得到7xxx系鋁合金環件；所述時效熱處理包括三級熱處理步驟；第一級熱處理的溫度為115～125℃；第二級熱處理的溫度為155～165℃；第三級熱處理的溫度為115～125℃。與現有技術相比，本專利技術研究認為，隨著運載火箭各類貯箱過渡環的三向性能指標要求均大幅提升，其中延伸率指標的提升幅度以及三向性能均勻性要求尤為突出，這使得環件的制造難度大幅增加。參見表1，表1為伴長征系列運載火箭2219鋁合金過渡環新舊性能指標。
[0044]表1
[0045][0046]可以看出，隨著運載火箭減重要求的提高，采用超強高韌高淬透性7085超強鋁合金環件替代現有2219鋁合金鍛環為新的發展趨勢，與2219鋁合金相比，7085超強鋁合金密度為2.80T/m3，抗拉強度高達550MPa，淬透性可達300mm。但是7085鋁合金環件在單級時效熱處理制本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種7xxx系鋁合金環件的時效熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟：將淬火后的鋁合金環件進行軸向變形后，再進行時效熱處理，得到7xxx系鋁合金環件；所述時效熱處理包括三級熱處理步驟；第一級熱處理的溫度為115～125℃；第二級熱處理的溫度為155～165℃；第三級熱處理的溫度為115～125℃。2.根據權利要求1所述的時效熱處理方法，其特征在于，所述第一級熱處理的時間為15～20h；所述第二級熱處理的時間為2～4h；所述第三級熱處理的時間為20～24h。3.根據權利要求1所述的時效熱處理方法，其特征在于，所述第二級熱處理和第三級熱處理之間還包括急速冷卻的步驟；所述急速冷卻采用水冷，淬火轉移時間小于等于10s。4.根據權利要求1所述的時效熱處理方法，其特征在于，所述軸向變形的變形量為1.5％～5％；所述淬火的方式包括水淬；所述淬火的水溫為15～38℃。5.根據權利要求1所述的時效熱處理方法，其特征在于，所述淬火后的鋁合金環件由以下步驟制備得到：1)將鋁合金鑄錠經過均勻化熱處理后，冷卻得到成分均勻的鑄錠；2)將上述步驟得到的鑄錠進行鍛造和沖孔后，得到環件毛坯；3)將上述步驟得到的環件毛坯經過軋制變形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉強，龍村，張永峰，王廣建，周亮，盛智勇，王沙，
申請(專利權)人：湖南中創空天新材料股份有限公司，
類型：發明
國別省市：