本發明涉及合金領域，具體而言，涉及一種高耐熱性能2618合金和一種擠壓棒材及其制備方法。
背景技術：
2618合金屬于2系鋁合金，該合金中的cu、mg、fe、ni元素通過形成強化相和高溫穩定相，能夠顯著提升其耐熱性能。通常情況下，2618合金在120℃以上溫度下的力學性能高于7系鋁合金。正是由于2618鋁合金的耐高溫特性，已被廣泛應用于150℃以上具有較高強度的重要承力構件，如發動機葉片和機殼。
就國內外現有鋁擠壓加工技術水平而言，2618合金擠壓材經t6狀態熱處理后布氏硬度一般為140左右，抗拉強度410mpa左右，屈服強度340mpa左右，斷后伸長率4％～8％。對于較低的t6態力學性能，不但制約著2618合金的應用范圍，而且會顯著縮短其在高溫條件下的服役壽命。因此，國內外科研院所和高校等研究機構均致力于提升2618合金t6態性能和耐高溫性能。
據相關報道稱：采用形變熱處理進行強化，可使2618合金時效后布氏硬度達到155左右，抗拉強度達到460mpa左右，屈服強度達到420mpa左右，斷后伸長率控制在4％～6％范圍內。但形變熱處理是在淬火后需進行較大程度的冷變形(如16％的冷變形)，這對于擠壓材而言，無法在保證產品外形尺寸的前提下一次性完成如此大的變形量。因此，通過形變熱處理提高2618合金擠壓材性能的難度極大。
有鑒于此，特提出本發明。
技術實現要素：
本發明的第一目的在于提供一種高耐熱性能2618合金擠壓棒材的生產工藝，所述工藝通過選擇合適的原料以及匹配特定原料組分的工藝參數，使得制備出的成品具有良好的拉伸性能。
本發明的第二目的在于提供一種應用于所述方法中的合金錠，所述合金錠根據工藝的需求在國標范圍內選取了最優的組分配比。
為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：
本發明的一個方面涉及一種高耐熱性能2618合金擠壓棒材的生產工藝，所述工藝包括以下步驟：
1)加熱高耐熱性能2618合金材料制成的合金錠；
2)加熱模具和擠壓筒；
3)將加熱后的模具和錠加入擠壓機后進行擠壓；
4)對擠壓后的棒材進行固溶處理；
5)對固溶處理后的棒材淬火；
6)拉伸淬火后的棒材；
7)對拉伸后的棒材進行時效處理。
其中，所述擠壓的擠壓比為10-30。
本發明通過優化固溶處理和人工時效熱處理工藝，將一般1-3％的拉伸率提升至2.5-4％，在保證棒材尺寸公差和表面質量的前提下，最大程度的加大了拉伸變形量。
優選地，所述步驟1)中，將錠加熱至350-430℃。
優選地，所述步驟2)中，將模具加熱至400-480℃，優選地，將擠壓機的擠壓筒加熱至400-450℃。
優選地，所述步驟3)中的擠出速度為0.5m/min-3.5m/min。
優選地，所述步驟4)中的固溶處理具體包括，將擠壓后的棒材加熱至500℃-540℃進行保溫，優選地，保溫時間為60min-180min。
優選地，所述步驟5)中的淬火處理，具體包括，將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在25℃-80℃。
根據上述的高耐熱性能2618擠壓棒材的生產工藝，所述淬火處理中的淬火轉移要求為：從打開淬火爐爐門到擠壓材全部進入淬火區的轉移時間要控制在35秒以內，冷卻水在機械裝置攪動下形成流動。
優選地，所述步驟6)中，沿棒材長度方向進行2.5％-4％的拉伸。
根據上述的高耐熱性能2618擠壓棒材的生產工藝，述淬火后拉伸過程，要在淬火后4小時內完成。
優選地，所述步驟7)中的時效處理包括，將拉伸處理后的棒材在170℃-205℃范圍內保溫10小時-22小時。
本發明中所述的固溶保溫溫度和時間、人工時效溫度和時間參數選擇時，保溫溫度選擇上限時保溫時間要優先選擇下限，保溫溫度選擇下限時保溫時間要優先選擇上限，否則有可能導致拉伸性能達不到預期效果。
本發明的另一個方面涉及一種合金錠，所述合金包括按重量百分比計的以下組分：
si：0.2-0.25％、fe：0.95-1.18％、cu：2.2-2.4％、mg：1.5-1.8％、ni：0.95-1.18％、zn≤0.1％、ti：0.04-0.1％，余量為al。
合金成分中si元素可提高合金液態下的流動性，也能提高合金耐磨性，為此將其控制在國標上限，即0.2-0.25％；cu元素是形成al2cu和al2cumg強化相的主要合金元素之一，含量不宜過高否則合金強度偏低，但含量過高又會降低合金耐蝕性和焊接性能，為此將其控制在中限，即2.2-2.4％；mg元素是形成al2cumg和少量mg2si強化相的主要合金元素之一，為提高合金強度，應控制在上限，即1.5-1.8％；fe和ni是形成al9feni高溫強化相的主要合金元素，fe和ni含量比例為1:1才能夠保證該強化相含量達到最大值，而且在其他成分不變前提下，fe含量在1.1％左右時合金強度達到最大值，為此將fe和ni含量均控制在0.95-1.18％范圍內，zn為雜質元素應盡量控制在較低限度，根據現有熔鑄技術水平，zn≤0.1％；ti為細化晶粒微量元素，一般通過altib細化劑加入，宜控制在0.06-0.08％即可。
優選地，所述合金包括按重量百分比計的以下組分：
si：0.2-0.23％、fe：0.95-1.05％、cu：2.25-2.35％、mg：1.6-1.7％、ni：0.95-1.05％、zn≤0.08％、ti：0.06-0.08％，余量為al，優選地，fe和ni的含量相同。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：
(1)本發明的有益效果在于，所述高耐熱性能2618合金成分配比優化了合金中各類強化相的比例，易于通過國內現有鋁合金熔煉和鑄造設備實現；
(2)本發明的高耐熱性能2618合金擠壓棒材的生產工藝易于實現，根據本發明所述成分配比和工藝生產的2618合金擠壓棒材室溫拉伸性能提升了10％，220℃下熱暴露240小時后抗拉強度仍保持在400mpa左右；
(3)本發明的生產工藝能夠使棒材耐熱性達到較高程度。
具體實施方式
下面將結合實施例對本發明的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發明，而不應視為限制本發明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
實施例1
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為430℃，所用合金錠合金成分包括按重量百分比計的：
si：0.21％、fe：1.15％、cu：2.25％、mg：1.64％、ni：1.12％、zn：0.06％、ti：0.07％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為400℃，擠壓筒溫度控制范圍為400℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在0.5m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至500℃±3℃進行保溫，保溫時間為180min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在80℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行2.5％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在175℃±5℃范圍內保溫22小時進行時效處理。
實施例2
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為350℃，所用合金錠合金成分包括按重量百分比計的：
si：0.23％、fe：1.12％、cu：2.24％、mg：1.64％、ni：1.12％、zn：0.05％、ti：0.06％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為480℃，擠壓筒溫度控制范圍為450℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在3.5m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至530℃±3℃進行保溫，保溫時間為80min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在25℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行3.5％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在200℃±5℃范圍內保溫10小時進行時效處理。
實施例3
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為430℃，所用合金錠合金成分包括按重量百分比計的：
si：0.21％、fe：0.98％、cu：2.26％、mg：1.75％、ni：1.01％、zn：0.06％、ti：0.06％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為400℃，擠壓筒溫度控制范圍為400℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在2m/min～2.5m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至510℃±3℃進行保溫，保溫時間為140min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在40℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行4％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在185℃±5℃范圍內保溫12小時進行時效處理。
實施例4
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為350℃～430℃，所用合金錠合金成分包括按重量百分比計的：
si：0.22％、fe：1.05％、cu：2.31％、mg：1.55％、ni：1.07％、zn：0.06％、ti：0.06％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為400℃，擠壓筒溫度控制范圍為400℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在1.5m/min～2.5m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至515℃±3℃進行保溫，保溫時間為130min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在40℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行3.0％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在175℃±5℃范圍內保溫14小時進行時效處理。
實施例5
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為350℃～430℃，所用合金錠合金成分包括按重量百分比計的：
si：0.24％、fe：1.12％、cu：2.32％、mg：1.66％、ni：1.09％、zn：0.06％、ti：0.07％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為400℃，擠壓筒溫度控制范圍為400℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在0.5m/min～2.3m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至535℃±3℃進行保溫，保溫時間為65min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在40℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行3.5％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在180℃±5℃范圍內保溫13小時進行時效處理。
實施例6
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為350℃～430℃，所用合金錠合金成分包括按重量百分比計的：
si：0.22％、fe：1.03％、cu：2.31％、mg：1.62％、ni：1.02％、zn：0.07％、ti：0.05％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為400℃，擠壓筒溫度控制范圍為400℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在0.5m/min～3.5m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至520℃±3℃進行保溫，保溫時間為110min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在40℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行4.0％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在175℃±5℃范圍內保溫14小時進行時效處理。
實驗例
對以上實施例所得成品取樣進行室溫拉伸性能試驗，相應結果見表1；取樣進行熱暴露試驗，即將試樣從室溫加熱至220℃，并在此溫度下保溫240小時后再空冷至室溫，熱暴露試驗后取樣進行室溫拉伸性能試驗，結果見表2。
表1時效后2618棒材室溫拉伸性能結果(實施例)
表2熱暴露試驗后2618棒材室溫拉伸性能結果(實施例)
從實施例試驗數據可以看出，采用本發明所述工藝生產的t6態擠壓棒材的室溫抗拉強度可達460mpa，與行業內現有數據相比可提升40mpa以上，熱暴露后室溫抗拉強度可達400mpa以上。
對比例1
合金成分中fe和ni含量對合金耐熱性能至關重要，其含量偏離本發明所述范圍時，將直接導致al9feni耐熱相含量的減少。本對比例中，除fe和ni含量不符合本發明所述范圍外，其余成分和工藝條件均與本發明所述范圍相符。
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為430℃，所用合金錠合金成分重量百分比為：
si：0.23％、fe：1.25％、cu：2.28％、mg：1.71％、ni：0.92％、zn:0.07％、ti：0.06％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為400℃，擠壓筒溫度控制范圍為400℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在0.5m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至500℃±3℃進行保溫，保溫時間為180min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在80℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行3.5％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在175℃±5℃范圍內保溫22小時進行時效處理。
對比例2
固溶處理保溫溫度和保溫時間直接決定了溶質原子的固溶程度，若超出本發明所述工藝參數范圍，將無法保證固溶效果，從而降低棒材拉伸性能和耐熱性能，或者直接導致棒材顯微組織過燒報廢。
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為320℃，所用合金錠合金成分重量百分比為：
si：0.23％、fe：1.12％、cu：2.24％、mg：1.64％、ni：1.12％、zn：0.05％、ti：0.06％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為480℃，擠壓筒溫度控制范圍為450℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在1.5-2.8m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至540℃±3℃進行保溫，保溫時間為190min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在25℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行3.5％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在200℃±5℃范圍內保溫10小時進行時效處理。
對比例3
固溶處理保溫溫度和保溫時間直接決定了溶質原子的固溶程度，若超出本發明所述工藝參數范圍，將無法保證固溶效果，從而降低棒材拉伸性能和耐熱性能，或者直接導致棒材顯微組織過燒報廢。
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為450℃，所用合金錠合金成分重量百分比為：
si：0.23％、fe：1.12％、cu：2.24％、mg：1.64％、ni：1.12％、zn：0.05％、ti：0.06％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為400℃，擠壓筒溫度控制范圍為400℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在2m/min～2.5m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至505℃±3℃進行保溫，保溫時間為50min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在40℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行4.0％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在185℃±5℃范圍內保溫12小時進行時效處理。
對比例4
人工時效是強化相析出過程，保溫溫度和保溫時間直接決定了析出強化相的類型、數量、尺寸，從而直接影響棒材的拉伸性能和耐熱性能。若超出本發明所述人工時效參數范圍，棒材室溫拉伸性能和耐熱性能將達不到本發明所述460mpa和400mpa。
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為380℃，所用合金錠合金成分重量百分比為：
si：0.23％、fe：1.12％、cu：2.24％、mg：1.64％、ni：1.12％、zn：0.05％、ti：0.06％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為400℃，擠壓筒溫度控制范圍為400℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在1.5m/min～2.5m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至515℃±3℃進行保溫，保溫時間為130min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在40℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行2.5％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在155℃±5℃范圍內保溫22小時進行時效處理。
對比例5
人工時效是強化相析出過程，保溫溫度和保溫時間直接決定了析出強化相的類型、數量、尺寸，從而直接影響棒材的拉伸性能和耐熱性能。若超出本發明所述人工時效參數范圍，棒材室溫拉伸性能和耐熱性能將達不到本發明所述460mpa和400mpa。
(1)合金錠加熱：2618合金擠壓用合金錠加熱溫度為380℃，所用合金錠合金成分重量百分比為：
si：0.23％、fe：1.12％、cu：2.24％、mg：1.64％、ni：1.12％、zn：0.05％、ti：0.06％，余量為al。
(2)模具和擠壓筒加熱：擠壓用模具加熱溫度為400℃，擠壓筒溫度控制范圍為400℃。
(3)擠壓：將溫度滿足要求的模具和合金錠裝入擠壓機，調整擠壓桿速度使棒材擠出速度控制在1.5m/min～2.5m/min進行擠壓。
(4)固溶處理：將擠壓后的棒材加熱至515℃±3℃進行保溫，保溫時間為130min。
(5)淬火處理：將保溫后的棒材快速放入水中進行冷卻處理，冷卻水溫控制在40℃。
(6)拉伸：將冷卻后的2618合金擠壓棒材沿長度方向上進行4.0％的拉伸。
(7)人工時效：將拉伸后的2618合金擠壓棒材在215℃±5℃范圍內保溫10小時進行時效處理。
對按照以上對比例工藝條件生產所得的成品進行取樣，并室溫拉伸性能測試，相應結果見表3；取樣進行熱暴露試驗，即將試樣從室溫加熱至220℃，并在此溫度下保溫240小時后再空冷至室溫，熱暴露試驗后取樣進行室溫拉伸性能試驗，結果見表4。
表3時效后2618棒材室溫拉伸性能結果(對比例)
表4熱暴露試驗后2618棒材室溫拉伸性能結果(對比例)
從對比例的試驗數據可以看出，不采用本發明所述合金成分配比或工藝參數生產的t6態2618合金擠壓棒材的室溫抗拉強度無法達到460mpa，基本維持在420mpa左右，與行業內現有數據相當，熱暴露后室溫抗拉強度衰減至342-386mpa。由此可見，不采用本發明所述合金成分配比或工藝參數生產的t6態2618合金擠壓棒材的室溫拉伸性能和耐熱性能無法得到提高。
盡管已用具體實施例來說明和描述了本發明，然而應意識到，在不背離本發明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權利要求中包括屬于本發明范圍內的所有這些變化和修改。