(完整word版)2219铝合金力学性能及生产加工工艺

2219铝合金具有比强度高,低温和高温力学性能好,断裂韧度高,抗应力腐蚀性能好等特点，适用于在高温315℃下工作的结构件、高强度焊接件，在航天和航空得到广泛的应用。

2219铝合金属于可热处理强化形变形铝合金，在固溶时效处理之后，铝合金的力学性能得到很大提高。

一、化学成分
2219 铝合金管材的化学成分应符合 GB/T3190《变形铝及铝合金化学成分》国标的规定，具体化学成分见表 1。

表 1 2219铝合金的化学成分
Cu Mn Si Zr Fe Mg Zn V Ti Al
5.8~
6.80.2~0.4≤0.20.1~0.25≤0.3≤0.020.100.05~0.150.02~0.1Ba
二、2219铝合金的主要性能
不同热处理状态下的2219铝合金在20°C 时的体积电导率为44/%IACS(O态)、28/%IACS(T31、T37、T351 态)、30/%IACS(T62、T81、T87、T851 态)；不同状态的 2219 铝合金在20 °C 时的电阻率为39/nΩ·m(O 态)、62/nΩ·m(T31、T37、T351 态)、57/nΩ·m(T62、T81、T87、T851 态)；各种状态下的2219 铝合金在20 °C 时的电阻温度系数均为0.1/ nΩ·m·K-1。

其中T3 表示经过热处理之后再冷加工处理，最后自然时效到基本稳定的状态，第二位数字表示经过热处理之后进行冷加工的变形量。

T62 适用于退火态或者自由加态的材料，经过固溶热处理之后，进行人工时效的产品。

T8 表示经过固溶热处理之后进行经冷加工，最后人工时效的状态，第二位数字代表冷加工时，对材料进行的变形量。

此外，在上述所述热处理状态的代号后面添加“51”，表示产品进行了消除应力处理。

2219-O热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为175 MPa、75 MPa、18 %以及73 GPa；2219-T42 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为360 MPa、185 MPa、20 %以及73 GPa；2219-T31和2219-T351热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为360 MPa、250 MPa、17 %以及73 GPa；2219-T37 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为395 MPa、315 MPa、11%以及73 GPa；2219-T62 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为415 MPa、290 MPa、10%以及73 GPa；2219-T81 和2219-T851 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为455 MPa、350 MPa、10 %以及73 GPa；2219-T87 热处理状态下的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及弹性模量分别为475 MPa、395 MPa、10 %以及73 GPa。

三、加工工艺
a.铝合金型材生产包括熔铸、挤压和氧化三个过程。

1、熔铸是铝材生产的首道工序。

主要过程为：（1）配料：根据需要生产的具体合金牌号，计算出各种合金成分的添加量，合理搭配各种原材料。

（2）熔炼：将配好的原材料按工艺要求加入熔炼炉内熔化，并通过除气、除渣精炼手段将熔体内的杂渣、气体有效除去。

（3）铸造：熔炼好的铝液在一定的铸造工艺条件下，通过深井铸造系统，冷却铸造成各种规格的圆铸棒。

2、挤压：挤压是型材成形的手段。

先根据型材产品断面设计、制造出模具，利用挤压机将加热好的圆铸棒从模具中挤出成形。

3、氧化：挤压好的铝合金型材，其表面耐蚀性不强，须通过阳极氧化进行表面处理以增加铝材的抗蚀性、耐磨性及外表的美观度。

其主要过程为：（1）表面预处理：用化学或物理的方法对型材表面进行清洗，裸露出纯净的基体，以利于获得完整、致密的人工氧化膜。

还可以
通过机械手段获得镜面或无光（亚光）表面。

（2）阳极氧化：经表面预处理的型材，在一定的工艺条件下，基体表面发生阳极氧化，生成一层致密、多孔、强吸附力的AL203膜层。

（3）封孔：将阳极氧化后生成的多孔氧化膜的膜孔孔隙封闭，使氧化膜防污染、抗蚀和耐磨性能增强。

氧化膜是无色透明的，利用封孔前氧化膜的强吸附性，在膜孔内吸附沉积一些金属盐，可使型材外表显现本色（银白色）以外的许多颜色，如：黑色、古铜色、金黄色及不锈钢色等。

b. 2219管材制作工艺流程
1、2219-T6 铝合金Φ42 mm ×15 mm( 外径× 壁厚)管材试制工艺流程: 熔炼铸造空心铸锭→均匀化退火→车皮→铸锭( Φ270 mm/106 mm ×750 mm) 加热→ 35 MN 水压机挤压管毛料( Φ135 mm/20mm × L)→切断、车皮、镗孔( Φ132.5 mm/20 mm × 250 mm) →铸锭加热→ 6 MN 水压机二次挤压管材( Φ42 mm×15 mm) →切尾→淬火→矫直→取样、切成品→时效→检查。

2、铸锭及均火制度，空心铸锭尺寸为Φ270 mm/106 mm ×750 mm，铸锭需要进行均匀化退火，其工艺制度为: 铸锭加热温度515℃～530℃，保温24 h。

3、采用二次挤压工艺挤压Φ42 mm×15mm( 外径×壁厚)的管材。

首先在35 MN挤压机上挤压管材毛料，规格为Φ135 mm/20 mm，挤压系数为 3.6，残料为50 mm；然后在6MN立式水压机挤压，挤压系数为11.6，残料为10 mm，挤压后管材尺寸为Φ42mm ×15mm。

表2 为试验中一次挤压温度为350～390℃时最终管材的力学性能。

表 2 一次挤压温度为350 ～390℃时最终管材的力学性能
二次挤压机/MN 挤压筒温
度/℃
挤压温
度/℃
Rm
N/mm 2
Rp0.2
N/mm 2
A/%
6360
350 ～39038322822.4
420 ～45038522822.1 400
350 ～39038522721.9
420 ～45038923121.5 450
350 ～39038922921.9
420 ～45039623421.2
c.2219 铝合金大型锻环加工工艺
1．Φ2000 mm/1 800 mm×400 mm 锻环成型工艺流程为:熔炼铸造→切头、切尾、取低倍检测氧化膜→切毛料→铸锭加热→自由锻造→冲孔→环锻→机加工→淬火→矫直→时效→取样→探伤→成品验收。

2.铸造及均火制度，铸锭尺寸Φ680 mm×1 380 mm，铸锭进行均匀化退火，均匀化退火温度515℃～530℃，保温24 h。

3.锻造工艺
(1)备料：Φ680 mm×1 380 mm铸锭。

(2)加热：430℃～450℃，保温9 h以上。

(3)锻造：镦粗至高度为460 mm，用Φ330 mm冲头中心冲孔，冲后平整，平整后高度H为460 mm。

(4)机加中心孔：加工后尺寸Φ3500+10mm。

(5)环锻：采用马架环锻方式进行铸造，环锻机加后尺寸：Φ2000+10mm/1800−10
0mm×4000+10mm。

成品的常温力学性能，淬火、时效后需要达到表3中规定的力学性能指标。

表 3 力学性能指标要求
纵向横向高向
Ｒm /(N·mm－2 )
Ｒp0.2
/(N·mm－2 )
A/%Ｒm /(N·mm－2 )
Ｒp0.2
/(N·mm－2 )
A/
%
Ｒm /(N·mm－2 )
Ｒp0.2
/(N·mm－2 )
A/%
390270738026053602404四、部分2219合金的标定抗拉性能极限
轧制的或冷精拉线材、棒材
状态与产品规格/mmσ0.2/MPaσb/MPaδ/%
T851
12.700~50.800 50.825~101.600275
270
400
395
4
4挤压的线、棒、型材
状态与产品规格/mmσ0.2/MPaσb/MPaδ/% O125max221max12 T31、T3510、T3511
≤12.67518029014
12.700~76.17418531014 T622503706 T81、T8510、T85112904006
自由锻件
状态与产品规格/mmσ0.2/MPaσb/MPaδ/%
T6
纵轴向2754006
轴的长横向2553804
轴的短横向2403652
T852
纵轴向3454256
轴的长横向3404254
轴的短横向3154153
[1] H.-K. Kim, W.-J. Kim, Failure prediction of magnesium alloy sheets deforming at warm
temperatures using the Zener-Holloman parameter, Mech. Mater. 42 (2010) 293–303.
doi:10.1016/j.mechmat.2009.12.003.
[2] G. Ji, F. Li, Q. Li, H. Li, Z. Li, A comparative study on Arrhenius-type constitutive model and
artificial neural network model to predict high-temperature deformation behaviour in Aermet100 steel, Mater. Sci. Eng. A. 528 (2011) 4774–4782. doi:10.1016/j.msea.2011.03.017.。