《变形铝及铝合金热处理》

1YS/T591—202×变形铝及铝合金热处理本文件规定了变形铝及铝合金热处理的设备要求、热处理工艺和质量保证。本文件适用于变形铝及铝合金产品的热处理。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T230.1金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法GB/T231.1金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法GB/T3246.1变形铝及铝合金制品组织检验方法第1部分：显微组织检验方法GB/T4340.1金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法GB/T7232金属热处理术语GB/T7998铝合金晶间腐蚀敏感性评价方法GB/T8005.1铝及铝合金术语第1部分：产品及加工处理工艺GB/T9452热处理炉有效加热区测定方法GB/T12966铝及铝合金电导率涡流测试方法GB/T13324热处理设备术语GB/T16865变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法GB/T32541热处理质量控制体系3术语和定义GB/T7232、GB/T8005.1、GB/T13324界定的术语和定义适用于本文件。4设备要求4.1一般要求4.1.1所有热处理设备都应配有符合工艺控制要求的温度、时间控制装置及记录仪，记录仪应正确反映温度、时间控制情况，存储以备查阅。4.1.2测量仪表应满足相应精度要求，并进行定期检定或校准。4.1.3传感器的位置应由热处理炉的特性决定，并置于能够准确测量产品和加热介质温度的位置。4.1.4淬火设备和装卸装备的安装位置，应保证淬火转移时间符合要求。4.1.5需要铺设支承架时,应最大限度地减少金属的振动或移动。支架、固定装置、底座、吊篮的安装应保证不会对所处理的产品质量产生不良影响。2YS/T591—202×4.1.6在热处理生产之前，应对固溶热处理炉/淬火设备以及时效炉设备按6.9.1进行鉴定认证。如鉴定过的设备进行了返修或影响温度变化的更换，应对该设备进行重新鉴定，除非有证据表明该返修或更换对于产品性能不产生影响。4.2常用热处理炉及特点4.2.1分类铝合金常用热处理炉，按加热介质可分为空气炉和盐浴炉两类。按生产方式可分为间歇式炉和连续式炉两类，其中连续式炉主要有气垫式炉和辊底式炉。铝合金常用热处理炉分类、工作原理、主要特点及用途见表1。表1铝合金常用热处理炉分类、工作原理、主要特点及用途适用于所有铝合金工作温度下的液态盐类介质中进行加加热速度快且温度适用于实验室下小产品在有效工作区内保温时相对静态适用于大部分铝合主要用于带材的固主要用于2×××系、6×××系、7×××系铝合金厚板、锻件等的热处理4.2.2炉温均匀性要求热处理炉类别与有效加热区的温度均匀性的对应关系见表2，温度均匀性的检测按照GB/T9452规定的方法进行。表2热处理炉类别与有效加热区的温度均匀性的对应关系℃ⅠⅡⅢⅣ当热处理炉有效加热区的温度均匀性发生改变时，应按照GB/T9452规定重新检测温度均匀3YS/T591—202×温度均匀性检测一般在空载下进行，当要求进行装载检测时，其装炉量应不少于最大装炉量热处理工艺对应的推荐热处理炉类别要求见表3。表3热处理工艺对应的推荐热处理炉类别4.3淬火设备4.3.1浸没式淬火设备槽尺寸淬火槽尺寸应保证产品能够完全浸没在淬火介质中。循环系统淬火槽应具备内部或外部循环系统，以保证淬火介质流动。加热和冷却淬火槽应具备足够的加热和冷却能力，以保证淬火介质的温度达到规定的范围。浸没速度需固溶热处理的产品进入淬火介质的浸没速度应保证产品淬火转移时间符合要求。水洗和干燥盐浴淬火产品，应确保在淬火水洗及表面干燥后不应有目视可见的盐液残留物。4.3.2喷淋式淬火设备使用喷淋系统淬火时，从喷嘴内释放出来的冷却液应具备足够的容量（流量）、压力和温度，以确保所有产品均能达到均匀的淬火效果。设备应装有记录仪以监测喷淋淬火参数。5热处理工艺5.1固溶热处理工艺5.1.1在线固溶热处理工艺挤压材在线固溶热处理工艺参照YS/T876的规定执行；典型带材产品气垫式炉连续固溶热处理工艺见A.1。5.1.2离线固溶热处理工艺4YS/T591—202×固溶热处理温度典型产品固溶热处理温度见表4。表4固溶热处理温度℃5YS/T591—202×表4固溶热处理温度（续）℃6YS/T591—202×表4固溶热处理温度（续）℃7YS/T591—202×表4固溶热处理温度（续）℃表中所列的温度指金属温度，温度范围最大值和最小值之间的差值大于11℃时，且表中或相应产品标准中无特殊2A06板材可采用497℃~507℃,2A12板材可采用492℃~502℃,4A挤压棒、挤压线、型材可采用472℃~477℃,7A09的挤压管、挤压棒、挤压线、型材可采用455℃~465℃。7075薄板最高固溶热处理温度宜为482℃。对于包铝7075板材，为最大限度地减少包铝层和基体之间的扩散，厚度不大于0.5mm时，固溶热处理温度采用454℃~499℃;厚度大于0.5mm时，固溶热处理温度采用454℃~482℃。对于厚度大于102mm的板材、直径或厚度大7178产品最高固溶热处理温度宜为482℃。保温时间离线固溶热处理的保温时间见表5。当炉料包含不同尺寸截面产品时，建议保温时间按其中最大尺寸的截面确定。当采用空气炉进行固溶热处理时，其保温时间应以有效工作区内温度最低的一只热电偶达到要求下限温度时开始计时；当采用盐浴炉进行固溶热处理时，应将炉料完全浸入盐液中，且当盐槽液的温度不低于规定的下限温度时，开始计时。8YS/T591—202×表5固溶热处理时的保温时间---->0.5～1.0---->1.0～2.0---->2.0～3.0-->3.0～5.0>5.0～10.0>10.0～20.0-->20.0～30.0-->30.0～50.0-->50.0～75.0-->75.0～100.0-->100.0～120.0-->120.0----板材的尺寸规格指厚度，挤压棒的尺寸规格指直径或内切圆直径，型材或挤压管的尺寸规格指壁厚，锻件的尺寸规格指最大截面线性尺寸，线材尺寸规格指圆5.2淬火工艺5.2.1浸没式淬火介质温度淬火介质为水时，淬火水温一般为10℃~30℃,淬火完成时的水温不宜超过40℃;淬火介质为水聚合物溶液时，淬火完成时的溶液温度不宜超过55℃。为减少变形，形状不规则和厚度不均以及大型的锻件和挤压产品，可采用在40℃~100℃的热水中淬火。转移时间浸没前，产品所允许的最长转移时间见表6。表6最长转移时间最长转移时间s5>0.4～0.87>0.8～2.3>2.3～6.5>6.5板材的尺寸规格指厚度，挤压棒的尺寸规格指直径或内切圆直径，型格指最大截面线性尺寸，线材尺寸规格指圆对于2A16、2219产品，如果试验证明整个炉料淬火时温度大于482℃,最长转移时间可延长。对于其他产品，如果试验证明整个炉料淬火时温度大于413℃,最长转移时间可延长（如装炉量很大或炉料很长）。停留时间9YS/T591—202×产品在淬火介质中的停留时间见表7。表7产品在淬火介质中的停留时间0>6.0板材的尺寸规格指厚度，挤压棒的尺格指最大截面线性尺寸，线材尺寸规格指圆当t/25不为整数时，应向上修约为整数5.2.2喷淋式淬火介质温度和压力淬火介质可使用水或水和乙二醇的混合液或空气。淬火区淬火介质的温度和压力应满足工艺要求。接触时间淬火介质为水或水和乙二醇的混合液时，应保持淬火介质接触直到产品表面不再有水汽升起时止；淬火介质为空气时，应保持淬火介质接触到产品表面温度降至不大于100℃时止。5.3时效热处理工艺5.3.1离线固溶淬火热处理后典型产品的单级时效热处理工艺见表8，在线固溶淬火热处理后典型产品的单级时效热处理工艺见表9。表8离线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺℃hWWT4、T42WYS/T591—202×表8离线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺（续）℃hWWWWWWWWYS/T591—202×表8离线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺（续）℃hWWWW- --W ---- --W-YS/T591—202×表8离线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺（续）℃h- --- WW----W-- W-WYS/T591—202×表8离线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺（续）℃hWWW-WWWYS/T591—202×表8离线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺（续）℃hWWW-WYS/T591—202×表8离线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺（续）℃hWWWWWW>48WWW51W510W511WWWWYS/T591—202×表8离线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺（续）℃h-- W51-W为了消除产品残余应力，固溶热处理后的W状态产品，当温度范围最大值和最小值之间的差值大于11℃时，且表中或相应产品标准中无特殊要求时，可在表中所列温度在时效时宜快速升温使产品达到时效温度，时效对于薄板和厚板，可采用152℃~166℃下加热18h的时效制度。对于挤压管、挤压棒、挤压线、型材，可采用在93℃~104℃下加热5h，再在116℃~127℃下加热4h，再在143℃~对于厚板，可采用91℃~102℃下加热4h，再在152℃~163℃下加热8h的时效制度。表9在线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺℃h- -YS/T591—202×表9在线固溶淬火后典型产品的单级时效热处理工艺（续）℃h- -为了消除产品残余应力，固溶热处理后的W状态产品，当温度范围最大值和最小值之间的差值大于11℃时，且表中或相应产品标准中无特殊要求时，可在表中所在时效时宜快速升温使产品达到时效温度，时效5.3.2典型产品的双级时效热处理工艺见表10。表10典型产品的双级时效热处理工艺℃h℃hWWWWWWYS/T591—202×表10典型产品的双级时效热处理工艺（续）℃h℃hWWWWWWWWWWWW51W51W510YS/T591—202×表10典型产品的双级时效热处理工艺（续）℃h℃hW511W510W511WWWWWWW-- 当温度范围最大值和最小值之间的差值大于11℃时，且表中或相应产品标准中无特殊要求时，可在表中所在时效时宜快速升温使产品达到时效温度，时效加热速率为14℃/h，可采用在102℃~113℃下加热6h～8h，再在163℃~174℃下加热14h～18h的时效制度。加热速率为14℃/h，可采用在171℃~182℃下加热10h～14h的时效制度。5.4完全退火工艺YS/T591—202×典型产品的完全退火工艺见表11。表11典型产品的完全退火工艺℃h格确定镁含量大于5%的5×××系铝合退火消除固溶热处理的影响，以退火消除固溶热处理的影响，以退火消除固溶热处理的影响，以退火消除固溶热处理的影响，以退火炉内金属温度宜控制在±10℃。5A03、5A05、5A06、5B05、3A21产品可采用300℃~350℃。格指最大截面线性尺寸，线材尺寸规格指圆可不控制冷却速率，在空气中冷却至205℃或低于205℃,随后重新加热到230℃,保温4h，最后在室温下冷却，5.5均匀化热处理工艺典型产品的均匀化热处理工艺见A.2。6质量保证6.1人员要求YS/T591—202×从事热处理的人员应具备独立上岗能力和资格，并按GB/T32541规定进行岗位培训。6.2过程控制热处理过程所有重要影响因素应控制在作业指导文件规定范围之内，在实际操作时可应用控制图进行监控，确保各参数处于可控状态，相应数据应有记录。控制因素包括但不限于：a）加热温度；b）保温时间；c）淬火转移时间；d）冷却介质流量和压力。6.3装炉要求6.3.1热处理操作时应配备专用的工装与夹具。6.3.2装炉前，产品表面不应有影响产品质量的污染物。6.3.3装炉时，产品之间应保持一定的距离，并将其放置在有效工作区内，确保产品均匀地加热、冷却以及产品间的气氛流畅。6.3.4对于固溶、时效热处理，应保证加热介质达到产品要求的温度，除非所有仪表均显示热处理炉已达到规定的热处理温度范围（包括较低的温度才能在降温趋势下装炉，如果热处理炉是自动控制的，而且能确保在装入任何产品前炉温降至保温温度，可随时进行装炉。6.3.5对于退火、均匀化热处理，允许在高于产品要求的上限温度进行装炉，但应确保产品加热过程中金属温度不超过产品要求的温度上限。6.4产品摆放6.4.1产品宜装架或悬挂摆放，并保持间距，以便加热、保温和冷却介质通过产品的所有表面，保证产品能够满足所有规定的要求。6.4.2厚度不大于25mm的锻件进行淬火时，其随机装架或每层最大厚度允许达到75mm，架层之间最小间距宜为75mm；厚度大于25mm的锻件应彼此分开，其距离大于最厚的截面，或采用能达到充分淬火的专用挂具。6.5装炉量6.5.1装炉量宜根据产品及工艺要求等合理选择，以保证温度均匀性。6.5.2厚度不大于2.5mm盐浴淬火产品，装炉量应保证到达最低温度的时间不超过10min；厚度大于2.5mm盐浴淬火产品，装炉量应保证到达最低温度的时间不超过20min。6.6固定装置淬火固定装置，其定位应避免蒸汽截流，确保淬火介质自由循环和淬火效果。6.7热处理料温滞后时间6.7.1滞后时间热处理金属温度滞后时间为炉料温度和炉气温度到达设定温度的时间差值，制定工艺时应考虑热处理滞后时间的影响。6.7.2检测周期厚度或壁厚或直径大于3mm的产品使用的热处理炉，每年至少开展一次滞后时间的检测。6.7.3装炉料尺寸在不超过设备处理能力的情况下，所选产品尺寸规格应足够大，且不超出有效加热区。YS/T591—202×6.7.4镶偶间距下列产品镶偶间距要求如下：——厚板：从距离一端200mm～300mm之间任选一位置开始，在宽度方向中心，在长度方向上每隔3.5m镶嵌一支热电偶；长度小于7.5m且大于2m的板材，每2m镶嵌一支热电偶；长度不大于2m的板材，在长度和宽度中心位置镶嵌一支热电偶。——挤压管、挤压棒、线材、型材：在宽度方向上，每隔1m镶嵌一支热电偶。——锻件：每隔1m镶嵌一支热电偶；如果锻件本身结构形状小于1m，则选择在锻件表面的中心位置镶嵌一支热电偶。6.8重复固溶热处理6.8.1重复固溶热处理次数应不超过2次，包铝板材重复固溶热处理次数应不超过表12规定。表12包铝板材重复固溶热处理次数0>0.5～3.01>3.026.8.2重复固溶热处理的保温时间，宜为表5规定时间的一半。6.8.3包铝产品经连续式炉处理后未出现严重的包铝层扩散，允许在表12基础上增加一次重复固溶热处理。6.8.4T4、T6、T7×、T451、T651、T7×51状态产品不准许进行重复固溶热处理，或由供需双方协商确定。6.8.52A11T4和2A12T4薄板重复固溶热处理温度宜采用表4的规定，保温时间宜为表5规定时间的一半。也可采用比表4低的固溶热处理温度但不低于下限值3℃,且适当延长保温时间。6.8.6已达到固溶热处理温度而中途因故障出炉的产品应进行淬火，应认定为出故障的炉批进行了一次固溶热处理。未达到固溶热处理温度的产品可以进行空冷。6.9定期检验6.9.1检验项目为确保热处理工艺稳定，至少每年对产品进行一次检验，检验项目见表13。表13检验项目√√√—√√—√ √√√—√————√√√—√√—√YS/T591—202×表13检验项目（续）6.9.2试验方法包铝层扩散从代表一个批次或一炉料的轧制产品上切下的各部分试样按GB/T3246.1进行显微检查，检查应在放大100倍~1000倍的金相显微镜下进行，以确定合金成分通过包铝层扩散的程度。也允许采用溶液电位测量方法分析包铝层的扩散情况，并提供有关该方法与光学方法之间相互关系的文件以备查阅。室温拉伸力学性能室温拉伸力学性能的试验方法按GB/T16865的规定进行。硬度.1洛氏硬度的测试方法按GB/T230.1的规定进行。.2布氏硬度的测试方法按GB/T231.1的规定进行。.3维氏硬度的测试方法按GB/T4340.1的规定进行。电导率电导率的测定按GB/T12966的规定进行。晶间腐蚀敏感性晶间腐蚀敏感性试验方法按GB/T7998的规定进行。过烧和气孔固溶热处理导致的过烧和气孔检验方法按GB/T3246.1的规定进行。6.10检测结果不合格的处理当任一检测结果不合格时，应按以下