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控制2024铝合金挤压棒材粗晶环的工艺研究

王岗;刘坚;程仁寨;宋明浩

【摘要】采用低倍和高倍组织检测、力学性能测试等方法,研究了化学成分、均匀

化处理、挤压工艺、淬火处理对2024铝合金挤压棒材力学性能和粗晶环的影响.

结果表明,2024铝合金棒材组织由细晶区与粗晶区组成,粗晶区呈环形分布；合理

的工艺参数能够使挤压棒材获得优异力学性能与控制粗晶环的双重目的；减小挤压

系数和模具工作带厚度,能够明显减轻挤压棒材粗晶环现象.

【期刊名称】《轻合金加工技术》

【年(卷),期】2013(041)004

【总页数】5页(P36-40)

【关键词】2024铝合金棒材;粗晶环;力学性能;工艺研究

【作者】王岗;刘坚;程仁寨;宋明浩

【作者单位】南山铝材公司,山东龙口265706;南山铝材公司,山东龙口265706;南

山铝材公司,山东龙口265706;南山铝材公司,山东龙口265706

【正文语种】中文

【中图分类】TG146.21;TG379

2024铝合金是一种典型的高强度Al-Cu-Mg系铝合金，广泛用作军工和民用结构

件，但是，该合金正向挤压制品经淬火后极易产生粗晶环缺陷。长期的生产实践表

明，2024铝合金制品粗晶环深度很难控制。产生于铝合金挤压制品表层呈环状或

月牙状的粗晶环，其晶粒尺寸较正常区域的可能增大数倍甚至数十倍，它显著恶化

材料的力学性能、焊接性能、表面着色性能等，从而限制了2024铝合金挤压制品

的广泛应用。

国内外学者对于2024铝合金的热处理工艺、力学性能方面进行了较多的研究报道。

王祝堂研究了2024型铝合金的热处理制度［1］。李晗等利用正交试验研究了热

处理对2024铝合金薄板力学性能的影响，提出了2024-T62态优先的热处理工艺

参数［2］。NINGAi-lin等研究了固溶后大冷变形对2024铝合金析出性能的影

响［3］。F.M.Khoshnaw等研究了时效温度和时间对2024铝合金剥落腐蚀性能

的影响［4］。冯爱新等对2024铝合金薄板激光冲击波加载进行了试验研究

［5］。但对于2024铝合金的挤压棒材粗晶环问题，如何从整个生产流程上进行

有效控制的系统性研究，目前报道不多。因此，本试验结合大量的生产实践，利用

低倍和高倍组织检测、力学性能测试等手段，研究和优化了2024铝合金的化学成

分、挤压工艺、均匀化处理和淬火、时效工艺，使2024铝合金挤压棒材获得良好

的力学性能及很浅的粗晶环，供同行参考。

1试验材料及方法

1.1试验材料

试验采用半连续铸造法生产的Φ228mm的2024铝合金铸锭，进行480℃12h

均匀化处理。铸锭化学成分见表1。

表12024铝合金铸锭的化学成分(质量分数/%)Tab.1Chemicalcompositionsof

2024aluminumalloy(wt/%)SiFeCuMnMgCrNiTiAl国标≤0.50≤0.50

3.8～4.90.30～0.91.2～1.8≤0.10≤0.10≤0.15余量实测0.1180.1244.35

0.751.600.0040.0060.013余量.

1.2试验方法

在27MN卧式正向挤压机上挤压两种不同规格的棒材，尺寸分别为Φ45mm和

Φ75mm，分别标记为1#试样和2#试样。2024铝合金棒材挤压和淬火工艺参数

见表2。

表22024铝合金棒材挤压和淬火工艺参数Tab.2Processingparametersof

2024aluminumalloyextrusion项目铸锭长度/mm铸锭温度/℃挤压筒温度/℃

挤压速度(m·min-1)工作带长度/mm挤压系数淬火制度1#试样700420～435

438～4500.55827.27(485±3)℃40min、水淬2#试样1000420～435438～

4500.5549.82(485±3)℃120min、水淬

将挤压棒材切尾，送入立式淬火炉进行淬火处理。将棒材矫直，并在尾部取样做组

织检测。再进行96h自然时效处理，在头部取样进行力学性能测试。金相组织使

用OlympusGX51金相显微镜进行观察，腐蚀溶液为