1 前言

　　2017是Al-Cu-Mg系鋁合金中的首個(gè)獲得工業(yè)應(yīng)用的硬鋁合金，其成份合理，綜合性能好。鋁型材生產(chǎn)過(guò)程中采用離線淬火，自然時(shí)效狀態(tài)下使用的比較多。不過(guò)采用離線淬火工序比較繁瑣，對(duì)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。本文研究采用反向鋁擠壓在線淬火+拉拔+人工時(shí)效的方法，生產(chǎn)高精度、高硬度2017鋁合金棒材，探討了不同熱處理工藝和拉拔加工率對(duì)2017合金棒材性能的影響。通過(guò)對(duì)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(hào)2017，產(chǎn)品直徑φ16.1±0.03mm，硬度≥Hv135，交貨長(zhǎng)度：2500mm,彎曲度：≤0.6mm/2500mm。

　　2 鋁合金棒材生產(chǎn)工藝

　　2.1化學(xué)成分

　　通過(guò)鋁合金優(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

　　2.2鋁棒材擠壓工藝

　　采用錠坯規(guī)格：φ130×205mm，800噸單動(dòng)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(jiàn)表2：

　　擠壓工藝參數(shù) 表2

　　2.3熱處理方式

　　采用在線淬火+自然時(shí)效、自然時(shí)效+人工時(shí)效、自然時(shí)效+拉拔﹢人工時(shí)效的方式，考察其對(duì)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(duì)產(chǎn)品硬度和彎曲度的影響。

　　3 試驗(yàn)方案

　　將經(jīng)過(guò)反向擠壓在線淬火的φ17.5mm和φ16.8mm棒材，在生產(chǎn)過(guò)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(shí)效，檢測(cè)自然時(shí)效后的硬度;

　　3.2　自然時(shí)效2.5h、36h后，再進(jìn)行人工時(shí)效，檢測(cè)其對(duì)后續(xù)人工時(shí)效硬度的影響;

　　3.3　將自然時(shí)效后的棒材進(jìn)行“拉拔+人工時(shí)效”的形變熱處理，檢測(cè)其對(duì)硬度的影響;

　　3.4　檢測(cè)不同拉拔加工率對(duì)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(shí)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(shí)效，測(cè)量其硬度，繪制的自然時(shí)效硬度曲線見(jiàn)圖1。

圖1 2017合金自然時(shí)效硬化曲線

　　由圖1可見(jiàn)，2017合金擠壓棒材在線淬火后，自然時(shí)效達(dá)到峰值硬度的時(shí)間為3天，最高硬度可達(dá)Hv120左右。

　　4.2自然時(shí)效后再人工時(shí)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(shí)效2.5h、36h后，再進(jìn)行(170℃×8h)人工時(shí)效，測(cè)得其硬度見(jiàn)表3。

　　自然時(shí)效后再人工時(shí)效的硬度 表3

　　由3表數(shù)據(jù)可看出，自然時(shí)效2.5h或36h再進(jìn)行人工時(shí)效所得到最終硬度與自然時(shí)效所能達(dá)到的峰值硬度基本相同。

　　4.3自然時(shí)效后進(jìn)行拉拔再人工時(shí)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(shí)效后拉拔為規(guī)格φ16.1mm棒材，然后進(jìn)行(170℃×8h)人工時(shí)效，測(cè)得其硬度見(jiàn)表4。

　　自然時(shí)效后拉拔再人工時(shí)效的硬度 表4

　　由表4可以看出，拉拔加工率不變時(shí)，自然時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)能提高“拉拔+人工時(shí)效”后的棒材硬度，且自然時(shí)效18h后再進(jìn)行“拉拔+人工時(shí)效”硬度值可達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求。

　　4.4拉拔加工率對(duì)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(shí)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(shí)效，分別測(cè)得其平均硬度如圖2。

圖2 不同拉拔加工率對(duì)產(chǎn)品最終硬度的影響

　　4.5拉拔加工率對(duì)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(shí)，加工率為15.3%。由于加工率過(guò)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(wú)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(shí)，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(shí)，加工率為8.2%。矯直后鋸切成2500mm的成品，彎曲度檢測(cè)全部合格，其結(jié)果如表5。

　　彎曲度檢測(cè)結(jié)果 表5

　　5 結(jié)論

　　5.1　在上述鋁擠壓工藝條件下，2017合金擠壓在線淬火的棒材，經(jīng)3天自然時(shí)效最高硬度值只能達(dá)到Hv120左右，自然時(shí)效后在進(jìn)行人工時(shí)效對(duì)硬度影響不明顯;

　　5.2　鋁合金棒材拉拔前延長(zhǎng)自然時(shí)效時(shí)間，能提高拉拔后人工時(shí)效的硬度。

　　5.3　提高鋁型材拉拔加工率，可以增加鋁型材人工時(shí)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(duì)產(chǎn)品的彎曲度有影響，加工率越大彎曲度越大;

　　5.5　鋁型材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(shí)效18h以上，一次拉拔成φ16.1±0.02mm棒材，再進(jìn)行(170℃×8h)人工時(shí)效，能夠達(dá)到HV≥135,直線度≤0.6mm/2500mm的技術(shù)要求。