2219鋁合金力學性能及生產(chǎn)加工工藝

#2219鋁合金具有比強度高,低溫和高溫力學性能好,斷裂韌度高,抗應力腐蝕性能好等特點，適用于在高溫315°C下工作的結構件、高強度焊接件，在航天和航空得到廣泛的應用。2219鋁合金屬于可熱處理強化形變形鋁合金，在固溶時效處理之后，鋁合金的力學性能得到很大提一、化學成分2219鋁合金管材的化學成分應符合GB/T3190《變形鋁及鋁合金化學成分》國標的規(guī)定,具體化學成分見表1。表12219鋁合金的化學成分CuMnSiZrFeMgZnVTiAl5.8~6.80.2~0.4<0.20.1~0.25<0.3<0.020.100.05~0.150.02~0.1Ba二、2219鋁合金的主要性能不同熱處理狀態(tài)下的2219鋁合金在20°C時的體積電導率為44/%IACS（O態(tài)）、28/%IACS（T31、T37、T351態(tài)）、30/%IACS（T62、T81、T87、T851態(tài)）；不同狀態(tài)的2219鋁合金在20°C時的電阻率為39/nQ?m（0態(tài)）、62/nQ?m（T31、T37、T351態(tài)）、57/nQ?m（T62、T81、T87、T851態(tài)）；各種狀態(tài)下的2219鋁合金在20°C時的電阻溫度系數(shù)均為0.1/ndm?K-1。其中T3表示經(jīng)過熱處理之后再冷加工處理，最后自然時效到基本穩(wěn)定的狀態(tài)，第二位數(shù)字表示經(jīng)過熱處理之后進行冷加工的變形量。T62適用于退火態(tài)或者自由加態(tài)的材料，經(jīng)過固溶熱處理之后，進行人工時效的產(chǎn)品。T8表示經(jīng)過固溶熱處理之后進行經(jīng)冷加工，最后人工時效的狀態(tài)，第二位數(shù)字代表冷加工時，對材料進行的變形量。此外，在上述所述熱處理狀態(tài)的代號后面添加“51”，表示產(chǎn)品進行了消除應力處理。2219-O熱處理狀態(tài)下的抗拉強度、屈服強度、延伸率以及彈性模量分別為175MPa、75MPa、18%以及73GPa；2219-T42熱處理狀態(tài)下的抗拉強度、屈服強度、延伸率以及彈性模量分別為360MPa、185MPa、20%以及73GPa；2219-T31和2219-T351熱處理狀態(tài)下的抗拉強度、屈服強度、延伸率以及彈性模量分別為360MPa、250MPa、17%以及73GPa；2219-T37熱處理狀態(tài)下的抗拉強度、屈服強度、延伸率以及彈性模量分別為395MPa、315MPa、11%以及73GPa；2219-T62熱處理狀態(tài)下的抗拉強度、屈服強度、延伸率以及彈性模量分別為415MPa、290MPa、10%以及73GPa；2219-T81和2219-T851熱處理狀態(tài)下的抗拉強度、屈服強度、延伸率以及彈性模量分別為455MPa、350MPa、10%以及73GPa；2219-T87熱處理狀態(tài)下的抗拉強度、屈服強度、延伸率以及彈性模量分別為475MPa、395MPa、10%以及73GPa。三、加工工藝a.鋁合金型材生產(chǎn)包括熔鑄、擠壓和氧化三個過程。1、熔鑄是鋁材生產(chǎn)的首道工序。主要過程為：（1）配料：根據(jù)需要生產(chǎn)的具體合金牌號，計算出各種合金成分的添加量，合理搭配各種原材料。（2）熔煉：將配好的原材料按工藝要求加入熔煉爐內熔化，并通過除氣、除渣精煉手段將熔體內的雜渣、氣體有效除去。（3）鑄造：熔煉好的鋁液在一定的鑄造工藝條件下，通過深井鑄造系統(tǒng)，冷卻鑄造成各種規(guī)格的圓鑄棒。2、擠壓：擠壓是型材成形的手段。先根據(jù)型材產(chǎn)品斷面設計、制造出模具，利用擠壓機將加熱好的圓鑄棒從模具中擠出成形。3、氧化：擠壓好的鋁合金型材，其表面耐蝕性不強，須通過陽極氧化進行表面處理以增加鋁材的抗蝕性、耐磨性及外表的美觀度。其主要過程為：（1）表面預處理：用化學或物理的方法對型材表面進行清洗，裸露出純凈的基體，以利于獲得完整、致密的人工氧化膜。還可以通過機械手段獲得鏡面或無光（亞光）表面。（2）陽極氧化：經(jīng)表面預處理的型材，在一定的工藝條件下，基體表面發(fā)生陽極氧化，生成一層致密、多孔、強吸附力的AL203膜層。(3)封孔：將陽極氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封閉，使氧化膜防污染、抗蝕和耐磨性能增強。氧化膜是無色透明的，利用封孔前氧化膜的強吸附性，在膜孔內吸附沉積一些金屬鹽，可使型材外表顯現(xiàn)本色(銀白色)以外的許多顏色，如：黑色、古銅色、金黃色及不銹鋼色等。b.2219管材制作工藝流程1、2219-T6鋁合金①42mmxl5mm(外徑x壁厚)管材試制工藝流程：熔煉鑄造空心鑄錠f均勻化退火f車皮f鑄錠(①270mm/106mmx750mm)加熱f35MN水壓機擠壓管毛料(①135mm/20mmxL)f切斷、車皮、鏜孔(①132.5mm/20mmx250mm)f鑄錠加熱f6MN水壓機二次擠壓管材(①42mmx15mm)f切尾f淬火f矯直f取樣、切成品f時效f檢查。2、鑄錠及均火制度，空心鑄錠尺寸為①270mm/106mmX750mm,鑄錠需要進行均勻化退火，其工藝制度為：鑄錠加熱溫度515°C?530°C，保溫24h。3、采用二次擠壓工藝擠壓①42mmX15mm(外徑X壁厚)的管材。首先在35MN擠壓機上擠壓管材毛料，規(guī)格為①135mm/20mm，擠壓系數(shù)為3.6，殘料為50mm；然后在6MN立式水壓機擠壓，擠壓系數(shù)為11.6，殘料為10mm，擠壓后管材尺寸為①42mmX15mm。表2為試驗中一次擠壓溫度為350?390C時最終管材的力學性能。表2一次擠壓溫度為350?390C時最終管材的力學性能二次擠壓機/MN擠壓筒溫度/°c擠壓溫度/cRmN/mm2Rp0.2N/mm2A/%360350‘?39038322822.4420‘?45038522822.16400350‘?39038522721.9420‘?45038923121.5450350‘?39038922921.9420‘?45039623421.2c.2219鋁合金大型鍛環(huán)加工工藝1.02000mm/1800mnX400mm鍛環(huán)成型工藝流程為:熔煉鑄造一切頭、切尾、取低倍檢測氧化膜f切毛料f鑄錠加熱f自由鍛造f沖孔f環(huán)鍛f機加工f淬火f矯直f時效f取樣f探傷f成品驗收。鑄造及均火制度，鑄錠尺寸①680mmX1380mm，鑄錠進行均勻化退火，均勻化退火溫度515C?530C，保溫24h。鍛造工藝備料：①680mmX1380mm鑄錠。加熱:430C?450°C，保溫9h以上。鍛造：鐓粗至高度為460mm,用①330mm沖頭中心沖孔，沖后平整，平整后高度H為460mm。機加中心孔：加工后尺寸①35O+10mm。(5)環(huán)鍛：采用馬架環(huán)鍛方式進行鑄造，環(huán)鍛機加后尺寸：①200計0mm/1800-10mmX

400計。mm。成品的常溫力學性能，淬火、時效后需要達到表3中規(guī)定的力學性能指標。表3力學性能指標要求縱向橫向高向Rm/(N?mm-2Rp0.2A/%Rm/(N?mm-2)Rp0.2A/%Rm/(N?mm-2)Rp0.2A/%)/(N?mm-2)/(N?mm-2)/(N?mm-2)390270738026053602404四、部分2219合金的標定抗拉性能極限軋制的或冷精拉線材、棒材狀態(tài)與產(chǎn)品規(guī)格/mm°/MPa0.2°b/MPa5/%T85112.700~50.800275400450.825~101.6002703954擠壓的線、棒、型材狀態(tài)與產(chǎn)品規(guī)格/mm°/MPa°/MPa5/%0.2bO125max221max12T31、T3510、T3511<12.6751802901412.700~76622503706T81、T8510、T85112904006

自由鍛件狀態(tài)與產(chǎn)品規(guī)格/mm°0./Mpa°b/MPa5/%T6縱軸向2754006軸的長橫向2553804軸的短橫向2403652T852縱軸向3454256軸的長橫向3404254軸的短橫向3154153[1]H.-K.Kim,W.-J.Kim,FailurepredictionofmagnesiumalloysheetsdeformingatwarmtemperaturesusingtheZener-Hollomanparameter,Mech.Mater.42(2010)293—303.doi:10.1016/j.mechmat.2009.12.003.[2]G.Ji,F.Li,Q.Li,H.Li,Z.Li,AcomparativestudyonArrhenius-typeconstitutivemodelandartificialneuralnetworkmodeltopredict