一种基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺的制作方法

本发明涉及热加工，具体涉及一种基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺。

背景技术：

1、新一代大型航空装备对主承力结构的尺寸、强韧性提出了更高的要求，例如某主承力框要求厚度超过160mm，强度大于520mpa，平面断裂韧性kic≥23.0mpam1/2。目前，国内7050、7a85等铝合金厚板和锻件可满足尺寸要求，但不能满足强度要求；7a55铝合金锻件的强度满足要求，但由于淬透性差、不能满足大厚度尺寸要求。因此，急需开发可适用于大厚度规格的高强韧锻造铝合金。7b65铝合金是近年来在国外7065铝合金基础上形成的国产牌号，热轧板材在与7a55同规格范围内（≤76mm）强韧性相当，大厚度区间（100～152mm）板材强度较7050提高约13%，兼具高淬透性的特点，可满足大型航空装备大规格、高强韧特性。

2、但随着构件尺寸的增大，残余应力的问题也随之加剧。在变形过程中，高强度铝合金的变形抗力更高，应力难以均匀传递到内部，大规格材料对这种变形不均匀产生的放大效应，极容易出现芯表变形不均匀的现象，产生较大的宏观应力。在热处理过程中，大规格材料的导热路径变长、热容量增大，加热时热量从表面传递至芯部，芯部升温速率远低于表面，由此引发的内外温差易产生热应力；冷却时，表面与芯部冷却速度差异显著，芯部冷却速率远低于表面，由此引发的成分偏析易产生组织应力。残余应力的存在，不但改变了锻件的承载能力，引起的尺寸和形状变化还会影响精度和装配，缩短了使用寿命，促进了应力腐蚀开裂，降低了韧性和塑性，诱发了腐蚀和氧化，危害极大。

3、常见的降低残余应力的方法是优化淬火工艺。一般用来优化的方法有：选择低比热容的淬火介质、降低介质的流动速度、提高固溶和淬火介质的温度，以及去应力退火等。其中前二者的原理都是通过降低冷却速率的方式来减缓残余应力产生，但是这些方法往往会使得合金元素的固溶不充分，进而导致构件强度降低；其中提高固溶和淬火介质温度（保持温差恒定）等方法的原理是通过提高温度来促进原子热运动进而释放残余应力，但是固溶温度过高会引发过热或过烧，导致构件塑韧性显著下降甚至报废。去应力退火是构件在完成塑性变形和淬火后，加热到一定温度后保温一段时间，再冷却的工艺。与提高固溶和淬火介质温度同理，去应力退火也可以消除残余应力，同时可以起到均匀组织和改善塑性等作用，但是退火也会伴随着析出相粗化、强度降低等缺点。

4、分级淬火是先将固溶后的工件放入较高温度介质（热油等）中淬火，保温一段时间使得充分应力松弛，再转入室温介质（水）完成淬火的工艺。相比于常规淬火工艺，分级淬火因为兼具冷却速率较低和保温温度较高两个特点，可大幅度降低残余应力。相比于去应力退火，分级淬火因为所处理工件在降低到室温之前就完成应力松弛，避免了析出相粗化的问题。但是对于大尺寸7b65锻件，由于合金元素较高，分级淬火效果并不理想：在动力学方面，因为淬火敏感性增强，传统的分级淬火因为采用较低比热容的油或盐作为淬火介质并且分两个阶段降温（温差较小）的冷却方式，冷却速度不足，会影响大尺寸7b65锻件的淬透性；在热力学方面，因为相变点提高，传统的分级淬火在较高的温度保温易产生η相和θ相，影响后续时效强化的效果。

5、反淬火（也叫上坡淬火、深冷急热法），是将完成固溶淬火的工件，放入液氮等介质中进行深冷处理，然后再快速升温(高压蒸汽或放入沸水、热油中)，冷热循环1～3次的过程，温差较大，应力抵消效果显著，但成本高、工序复杂、易损伤材料（脆化等）。

6、因此，发明人提供了一种基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺。

技术实现思路

1、（1）要解决的技术问题

2、本发明实施例提供了一种基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，解决了高合金化大尺寸合金锻件的残余应力较大的技术问题。

3、（2）技术方案

4、本发明提供了一种基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，包括以下步骤：

5、对固溶处理后的工件进行强冷喷淋淬火处理，得到第一处理工件；

6、对所述第一处理工件进行强热喷淋反淬火处理，得到第二处理工件；

7、对所述第二处理工件进行弱冷喷淋淬火处理，冷却至室温后，得到成型工件。

8、进一步地，所述反淬火介质的温度大于工件的心部温度。

9、进一步地，所述反淬火介质与所述淬火介质的流量比和所述反淬火介质与所述淬火介质的比热容比成反比。

10、进一步地，所述反淬火介质为油，其温度高于所述第一处理工件的表面温度。

11、进一步地，强冷喷淋的冷却速率上限为不引起样件淬火开裂的速度，冷却速率下限为不越过ccp曲线的速度。

12、进一步地，强冷喷淋淬火工艺中，淬火时间5～180s，淬火介质的压力为30～500kpa，流量为30～150l·m-2·s-1。

13、进一步地，强热喷淋的冷却速率上限为不引起样件淬火开裂的速度，冷却速率下限为不越过ccp曲线的速度。

14、进一步地，强热喷淋淬火工艺中，反淬火时间5～300s，反淬火介质的压力为30～500kpa，流量为60～500l·m-2·s-1。

15、进一步地，弱冷喷淋的冷却速率上限为直接淬火冷速，冷却速率下限为不越过ccp曲线的速度。

16、进一步地，弱冷喷淋淬火工艺中，淬火时间30～360s，淬火介质的压力小于30kpa，流量小于60l·m-2·s-1。

17、（3）有益效果

18、综上，本发明采用热油喷淋加热与无深冷的反淬火工艺，通过控制分级淬火加热和冷却速率、反淬火温度及时间、时效强化相的形核，可适用于时效硬化型铝合金，并且在保持超强超厚铝合金强度的同时可显著降低淬火残余应力，有助于实现航空航天等大型构件的较高性能、较低残余应力以及较好均匀性的兼顾。

1.一种基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，所述反淬火介质的温度大于工件的心部温度。

3.根据权利要求2所述的基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，所述反淬火介质与所述淬火介质的流量比和所述反淬火介质与所述淬火介质的比热容比成反比。

4.根据权利要求1所述的基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，所述反淬火介质为油，其温度高于所述第一处理工件的表面温度。

5.根据权利要求1所述的基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，强冷喷淋的冷却速率上限为不引起样件淬火开裂的速度，冷却速率下限为不越过ccp曲线的速度。

6.根据权利要求5所述的基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，强冷喷淋淬火工艺中，淬火时间5～180s，淬火介质的压力为30～500kpa，流量为30～150l·m-2·s-1。

7.根据权利要求1所述的基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，强热喷淋的冷却速率上限为不引起样件淬火开裂的速度，冷却速率下限为不越过ccp曲线的速度。

8.根据权利要求7所述的基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，强热喷淋淬火工艺中，反淬火时间5～300s，反淬火介质的压力为30～500kpa，流量为60～500l·m-2·s-1。

9.根据权利要求1所述的基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，弱冷喷淋的冷却速率上限为直接淬火冷速，冷却速率下限为不越过ccp曲线的速度。

10.根据权利要求9所述的基于热油喷淋的分级无深冷反淬火工艺，其特征在于，弱冷喷淋淬火工艺中，淬火时间30～360s，淬火介质的压力小于30kpa，流量小于60l·m-2·s-1。