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。