关于2A12T0冷作硬化板卷式法生产工艺开发

张 戬，滕明和

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆401326）

关于2A12T0冷作硬化板卷式法生产工艺开发

张 戬，滕明和

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆401326）

研究了2A12淬火板在气垫炉重复淬火对力学性能、铜扩散组织及晶粒度的影响，并分析了自然时效后不同冷变形量对力学性能、组织的影响。通过本轮研究，最终实现2A12T0冷作硬化板工艺由传统的片式冷压更改为卷式冷压的技术攻关。

2A12T0；冷作硬化板；重复淬火；铜扩散；冷变形

0 前言

2A12合金作为铝-铜-镁系中典型的硬铝合金，具有很高的强度和良好的切削加工性能，其热状态、退火及新淬火状态下成形性能都比较好，热处理强化效果显著，被广泛应用于航空航天领域，如飞机结构件、螺旋桨原件等。

国内现阶段2A12T0冷作硬化板仍然采用“盐浴槽片式淬火+片式冷作硬化”工艺进行生产，存在生产效率低、冷变形量控制不稳定、性能不稳定、表面质量差等缺点，产品综合成品率低，实物质量不高。相比较而言，卷式法生产具有生产效率高、实物质量好、性能稳定等优点。本论文拟采用“气垫炉卷式法淬火+卷式冷作硬化”的工艺，开展工艺攻关，实现综合力学性能及板形均满足标准要求，替代现有生产工艺。

1 实验方法

1.1 实验材料

本实验用材料为西南铝业（集团）有限责任公司生产的2A12合金铸锭，合金化学成分如表1所示。选取批次为1111，成品规格为1.5mm×1200mm×3500mm。

表1 实验合金化学成分（质量分数/%）

1.2 工艺方案

（1）气垫炉淬火按已固化的工艺：温度495℃，速度9m/min。

（2）按上述工艺进行重复淬火试验，检测一次淬火与两次淬火其力学性能、金相组织、铜扩散组织变化情况。

（3）将一次淬火、二次淬火后的试样分别选用以下方案进行时效：

方案1：采用100℃水煮快效5h。

方案2：定温50℃，加热4h、8h、16h、24h。

方案3：定温75℃，加热4h、8h、16h、24h。

方案4：常温，停放时间分别为4h、8h、16h、24h、48h、96h、192h、288h。

（4）自然时效后，分别选用3%、4%、5%、6%、7%的冷变形量进行冷压。

2 实验结果

2.1 不同方式的淬火及时效后性能变化

气垫炉淬火后，分别在一次淬火及二次淬火后取样，检测自然时效力学性能及金相组织变化情况，自然时效力学性能检测结果见表2。

表2 不同方式时效后的力学性能

由表2可以看出，采用100℃水煮快效，一次淬火与二次淬火强度变化不大。在50℃、75℃快效条件下，随着时效时间的增加，屈服强度及抗拉强度随着时间的增加而逐渐提高，在24h与快效结果相当。重复淬火对强度的提升方面，二次淬火强度相比一次淬火强度均有3～5MPa的提升。常温自然时效方面，强度在16h内的自然时效强度变化较为明显，16h后，强度缓慢提升，48h后趋于稳定。延伸率方面，无法采用何种时效方式，其延伸率基本无明显变化。

2.2 不同方式的淬火及时效后组织变化

通过采用100℃水煮快效、50℃时效、75℃时效及常温自然时效后，对两次淬火的金相组织进行分析，其形貌见图1～图4。

图1 100℃水煮快效组织

通过组织分析，可确定上述4种时效方式及是否重复淬火，其金相组织中难溶物的数量及大小均无明显变化。

2.3 铜扩散变化情况

含铜的铝合金包铝板材，由于淬火过程中温度过高，时间过长或多次重复热处理等，使基体合金中的铜原子沿着晶界向包铝层中扩散，严重时能穿越包铝层，在板材表面上出现黄灰色的斑点或长条，这种现象称为铜扩散[1]。

2A12合金冷作硬化板主要用于飞机结构，采用1A50纯铝合金（Cu≤0.01%）作为上、下包铝，而2A12合金中Cu含量高达4.5%以上，基材与包铝铜元素浓度的巨大差异，极易发生铜扩散[2]。随着航空工业的发展，部分机型在设计时对铝合金材料提出了更为严格的要求，如某航空单位要求退火态不允许发生铜扩散，淬火板或退火板材经过淬火后，铜扩散深度不超过包铝层深度的75%等等。这些高要求使得在材料生产中对铜扩散控制的难度更大。

因此，为验证气垫炉重复淬火对铜扩散是否存在影响，分别选取2批次淬火板在1#气垫炉进行一次淬火及二次淬火，分别取样在自然时效96h后、腐蚀20s后检测金相铜扩散检测，检测结果如表3所示。

表3 不同淬火条件下的铜扩散情况

铜扩散组织形貌见图5。

图5 同腐蚀条件下一次淬火及二次淬火铜扩散组织情况

从腐蚀后的铜扩散组织可以看出，一次淬火后，材料已经出现铜扩散。采用相同工艺重新淬火一次，其铜扩散深度并未加深，即采用气垫炉重复一次淬火，对铜扩散深度影响不明显。

2.4 冷变形量对力学性能的影响

将气垫炉淬火（二次淬火）96h后的卷材，在轧机上进行一定变形量的冷压，将冷压量分别设置为3%、4%、5%、6%。对不同轧制变形量的试样取样，检测力学性能强度变化情况，具体数据见表4。

表4 不同冷变形条件下力学性能指标

从表4中可以看出，随着冷变形量的增加，轧机轧制力逐渐增大，轧制板型越来越好。力学性能方面，当冷变形量≥4%以后，其屈服强度、抗拉强度、延伸率均满足标准要求，且变形量越大，强度富余量越充足，但延伸率随之下降。因此，要获得3个指标均较为充足的力学性能，最佳的冷变形量应在5%～7%范围内。

3 建议与结论

通过研究气垫炉重复淬火对综合性能的影响、淬火后不同时效方式对性能的影响及冷变形量对性能的影响，并通过调整矫直设备，使产品的性能及板形均满足标准要求，实现了生产工艺突破，并形成如下的建议与结论。

（1）气垫炉重复一次淬火相比一次淬火对2A12T4力学性能有小量的提升作用。但对固溶组织、晶粒度、铜扩散组织无明显影响。

（2）淬火后，采用不同的快效温度，均可提升自然时效进程，提前达到自然时效状态。

（3）冷压过程中，随着冷变形量的增加，屈服强度、抗拉强度也随之增加，其中屈服强度提升要高于抗拉强度，而延伸率则随之逐渐降低。因此，综合力学性能的3个指标，冷变形量的最佳控制范围在5%～7%。

（4）淬火自然时效后，采用一定变形量进行冷压，可大大改善淬火板形，且冷变形量越大，冷压过程中板形越容易调整与控制，对后续辊式矫直也更有利。

[1]王奎民.铝合金的腐蚀[J].轻合金加工技术，1975，20

[2]王能均.关于2024合金薄板铜扩散控制工艺的要点分析[J].铝加工，2015，06

Development of Production Process for 2A12T0 Cold Hardening Plate Coiling Method

ZHANG Jian,TENG Ming-he
(Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing 401326,China)

In this paper,the effects of repeated quenching of 2A12 quenching plate on mechanical properties,copper diffusion struc⁃ture and grain size were studied.The effects of different cold deformation on mechanical properties and microstructure were studied.Through this round of research,the traditional chip cold pressure process for 2A12T0 cold-hardening plate has changed to the rolltype cold pressure.

2A12T0;cold hardening plate;repeated quenching;copper diffusion;cold deformation

TG166.3

B

1005-4898(2017)05-0035-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.05.07

张戬（1984-），男，四川宜宾人，本科。

2017-03-21