2219铝合金高性能挤压棒材生产工艺探讨

张玉春，陈柏屹

（1.西南铝业（集团）有限责任公司,重庆401326；2.江西理工大学材料科学与工程学院，江西341000）

2219铝合金高性能挤压棒材生产工艺探讨

张玉春1，陈柏屹2

（1.西南铝业（集团）有限责任公司,重庆401326；2.江西理工大学材料科学与工程学院，江西341000）

针对用户对2219铝合金棒材所提的较高的纵向和横向力学性能要求，通过分析化学成分、挤压工艺、试样热处理制度对该合金力学的影响，确定了2219铝合金的生产工艺。所试制的棒材性能达到了预期的目标值，满足了用户需求。

2219铝合金；挤压棒材；高性能；生产工艺

0 前言

2219铝合金属Al-Cu-Mn系合金，具有较好的焊接性能、高低温力学性能、裂纹倾向低等优点，被广泛应用于航天航空等领域。2219铝合金在航天领域主要用于制备形状复杂的自由锻件和精密模锻件，而航天航空部门锻件生产用部分原材料为挤压棒材。近年来，随着国家航天航空事业的发展，对纵向和横向均为高性能的挤压棒材需求越来越迫切。结合2219铝合金热挤压态棒材的实际生产，分析了化学成分、挤压工艺、试样热处理制度等对力学性能的影响，寻找出力学性能达到用户要求指标的最佳工艺，为高性能棒材的生产提供借鉴。

1 2219铝合金棒材性能要求

2219铝合金棒材规格为ϕ100mm，用户后序进行锻造加工，表1为用户要求的棒材室温纵向和横向力学性能与GJB 1137标准指标对比。

表1 棒材力学性能与GJB 1137标准指标对比

从表1可以看出，用户要求的力学性能指标明显比标准GJB1137指标高出许多。我们通过在生产实践中反复摸索，解决了这一生产难题，产出了2219铝合金高性能棒材，满足了用户需求。

2 生产过程

2.1 生产工艺流程

熔铸→均火→机械加工→铸锭加热→挤压→拉伸矫直→取样、试样热处理→制品中断→检查、交货。

2.2 生产过程控制

2.2.1 化学成分的调整控制

我公司按GJB 1137对2219铝合金ϕ100mm棒材组织过多次生产，虽然只检测了纵向力学性能，未检测横向力学性能，但2219铝合金材料力学性能无明显的各向异性，通过对比化学成分对力学性能的影响仍具有较大的参考价值。2219铝合金铸锭的化学成分通过分析对比历史数据（如表2）来确定。

从表2可以看出，纵向力学性能达到用户要求指标的2219铝合金棒材，其主要合金元素Cu含量在6.0%以上，位于中上限；Mn含量为0.25%～0.32%，位于中上限。微量元素Zr含量为0.12%～0.16%，位于中下限。

随着Cu含量的提高，合金的再结晶温度也提高。由于Cu的加入，使合金产生强化相CuAl2，在淬火时效后，合金强度增加。Mn元素是2219铝合金的主要元素之一，它能提高固溶体中原子的激活能，降低溶质原子的扩散系数和固溶体的分解速度，适当的Mn含量能提高合金淬火时效后的强度。在2219合金中加入微量元素Zr时，能细化晶粒，并提高合金的再结晶温度和固溶体的稳定性，从而提高合金的强度。因此，2219铝合金高性能棒材的化学成分确定为：主要合金元素Cu含量为6.0%～6.5%，Mn含量为0.25%～0.35%；微量元素Zr为0.12～0.18%，其它按GB/T 3190的规定。

2.2.2 挤压工艺条件的控制

为有效提高2219铝合金ϕ100mm棒材的性能，需增加材料变形程度，挤压系数宜选择15以上；同时要控制棒材晶粒度的均匀性。

结合生产实际情况，即根据现有设备、工模具配备及2219合金的可挤压性等，该规格棒材挤压选择在8000t油压机上进行，挤压筒选用ϕ500mm，模具为ϕ100mm单孔模，其挤压系数为25。

控制棒材的晶粒度均匀性也是提高其力学性能有效途径之一。晶粒度大小除受合金的化学成分影响之外，挤压工艺较为关键。挤压工艺包括铸锭规格、挤压温度、挤压速度等。由于正向挤压时，锭坯表面与挤压筒的强烈摩擦使得外层金属的变形程度比中心区高几十倍，同时外层金属受到较大的剪切变形，晶粒遭到较大的破碎，使内能增高，再结晶温度降低。对2219铝合金来说，外层很容易发生再结晶，使晶粒长大，降低了棒材的强度。为减少锭坯与挤压筒的摩擦，铸锭长度不宜超过挤压长度的60%。

表3 2219铝合金棒材的纵向和横向力学性能

表3是在不同挤压工艺、但试样热处理制度相同的条件下2219铝合金棒材的纵向和横向力学性能情况。

从表3可以看出，无论高温还是低温挤压，对2219铝合金棒材力学性能的影响均不明显，但高温挤压比低温挤压的晶粒度要大。慢速挤压更有利于获得细晶组织，从而获得高性能的棒材。

挤压2219合金ϕ100棒材的工艺选择见表4。

表4 2219合金ϕ100棒材的挤压工艺

2.2.3 试样热处理试验

影响2219铝合金棒材力学性能的因素除化学成分、挤压工艺外，还有试样热处理制度等。试样热处理按以下制度可获得理想的纵向和横向力学性能，即：固溶温度535℃，保温时间60min，淬火水温为室温；时效温度为191℃，保温时间为18h。

3 生产结果

通过对2219铝合金棒材的化学成分和挤压工艺进行合理调控后，对2219铝合金棒材进行了批量生产，其性能检测全部满足用户要求，结果如表5。

表5 2219铝合金棒材的性能检测结果

(续表 5）

4 结论

通过探索试制，获得了纵向和横向性能较高的2219铝合金棒材，其手段和方法是合理有效的，满足了用户对高性能产品的要求。

（1）2219铝合金化学成分应按Cu含量6.0%～6.5%、Mn含量为0.25%～0.35%、微量元素Zr为0.12%～0.18%的规定进行控制。

（2）通过细晶组织提高棒材性能，减少锭坯与挤压筒的摩擦，挤压用铸锭不宜超过挤压筒长度的60%，挤压温度为400～420℃，挤压制品速度不超过0.6m/min。

采用上述工艺，可以获得纵向和横向性能较高的2219铝合金棒材，保证锻造后的组织和性能指标满足使用要求。

Discuss on Production Process of 2219 Aluminum Alloy Extrusion Bar with High Property

ZHANG Yu-chun1,CHEN Bai-yi2
(1.Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 401326;2.College of Materials Science and Engineering,Jiangxi University of Science and Technology，Jiangxi 341000，China)

Effect of chemical composition,extrusion process and heat treatment system on mechanical property of alloy,production process of 2219 aluminum alloy had been determined.Its performance has reached the expected target,met the requirements of users.

2219 aluminum alloy;extruded bar;high property;production process

TG379

B

1005-4898(2017)05-0021-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.05.04

张玉春（1972-），男，四川巴中人，高级工程师。

2017-05-16