一、前言

在现代工业的众多领域，如航空航天、汽车、船舶以及火箭等，对于高性能材料的需求日益增长。2618合金作为Al - Mg - Cu - Te - Ni系锻造铝合金，凭借其高强度和高耐热性能脱颖而出，成为制造这些领域高强度结构件和零部件的理想材料。像制动盘、隔热板、高压油泵、气缸等关键部件都广泛使用2618合金制造。该合金中的主要耐热相为CuMgAl₂和FeNiAl₉ ，由于为了保证耐热相的数量，合金中几乎不添加Mn、Cr、Zr等过渡元素。然而，这也导致了2618合金挤压棒材的低倍组织极易出现粗晶组织。粗晶组织会显著降低材料的强度极限和屈服极限，对零件的疲劳强度和抗震强度等性能产生不利影响，进而降低零件的使用寿命。考虑到2618合金很多是在具有交变载荷和振动作用的环境下服役，对其组织要求较高。因此，开展2618合金挤压棒材晶粒组织和性能优化研究具有重要的现实意义。

二、研究目标

本研究旨在深入探究2618合金挤压棒材晶粒组织和性能的影响因素，通过一系列试验和分析，制定出一套科学合理的2618合金生产工艺，确保后续生产的2618合金挤压棒材晶粒组织得到有效细化，晶粒等级稳定且性能优良，满足航空航天、汽车、船舶等领域对高性能材料的要求。

三、工艺分析

（一）工艺路线

本研究采用的2618合金挤压棒材生产工艺路线为：原材料预处理→加热→挤压→淬火→精整与锯切→人工时效→无损检测→理化性能检验→表面处理→包装→仓储运输→用户使用验证。该工艺路线是在传统生产工艺基础上进行优化改进而成，充分考虑了2618合金的材料特性和最终产品的性能要求，各工序间紧密衔接，形成完整的生产质量控制闭环。

（二）各工艺环节作用

1. 挤压工艺的关键作用：挤压是本工艺的核心环节，通过强大的压力使加热至塑性状态的合金坯料通过特定形状的模具，获得所需截面形状的棒材。该过程不仅决定了产品的几何尺寸精度，更重要的是通过剧烈的塑性变形显著细化材料晶粒，改善微观组织均匀性。挤压温度控制在420-450℃范围内可确保材料具有良好的塑性变形能力；挤压速度保持在0.5-3mm/s可避免过热和变形不均；挤压比选择8-15:1能有效破碎铸造组织，获得细小均匀的变形组织。合理的挤压工艺参数组合是保证产品组织性能的基础。

2. 淬火工艺的组织调控作用：淬火处理是将挤压后的高温棒材迅速冷却至室温的热处理过程，其主要目的是固定挤压变形形成的亚稳定组织结构，防止再结晶和晶粒长大。采用水淬方式，冷却速率需控制在50℃/s以上，以确保过饱和固溶体的形成。淬火转移时间应控制在15秒以内，避免高温停留导致析出相粗化。淬火后的棒材将获得过饱和固溶体和大量位错的混合组织，为后续时效处理提供必要的组织准备。

3. 精整与锯切的尺寸控制作用：精整工序通过矫直、表面修磨等方式消除挤压和淬火过程中产生的弯曲变形和表面缺陷，确保产品直线度和表面质量。采用多辊矫直机进行精密矫直，矫直精度控制在0.5mm/m以内。锯切工序使用高速圆锯床将长棒材切割成所需长度，切口质量要求平整无毛刺，长度公差控制在±1mm范围内。这两个工序共同保证了产品的几何尺寸精度和外观质量。

4. 人工时效的强化作用：人工时效是在160-190℃温度范围内保温8-16小时的热处理过程，其目的是促使过饱和固溶体析出细小的强化相，显著提高材料强度。时效温度和时间的选择需要平衡强度与塑性的关系：较低温度长时间时效可获得更细小均匀的析出相分布；较高温度短时间时效则有利于提高生产效率。通过精确控制时效工艺参数，可使2618合金棒材获得最佳的综合力学性能匹配。

5. 质量检验的保障作用：质量检验贯穿整个生产过程，包括在线尺寸检测、超声波探伤、金相组织观察、力学性能测试等多个环节。采用先进的检测设备和方法，如三维测量仪、电子万能试验机等，确保检测数据的准确性和可靠性。建立完整的质量追溯体系，对每批次产品进行全程跟踪记录，为质量问题的分析和改进提供依据。只有通过严格检验合格的产品才能进入下一工序或交付使用。

四、试验方案

（一）挤压方案设计

1. 不同挤压方式对比：采用正向挤压和反向挤压两种不同的生产方式进行对比试验。通过对比两种挤压方式下棒材的晶粒组织和性能，找出更有利于晶粒细化和性能优化的挤压方式。

2. 挤压参数优化：调整挤压温度、挤压速度和挤压系数等参数，研究这些参数对棒材晶粒组织和性能的影响。具体来说，设置不同的挤压温度区间（如低温和高温区间）、不同的挤压速度（如低速和高速）以及不同的挤压系数，分别进行试验，通过对试验结果的分析，确定最佳的挤压工艺参数。

（二）热处理工艺设计

研究不同的热处理制度对2618合金挤压棒材性能的影响。通过设置不同的淬火温度、淬火时间、时效温度和时效时间等参数，对挤压后的棒材进行热处理试验。分析不同热处理制度下棒材的抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度等性能指标的变化规律，确定最佳的热处理工艺，以实现对棒材性能的优化。

五、试验过程规划

（一）挤压试验

选择合适的挤压设备，按照设计的挤压方案进行试验。在试验过程中，详细记录挤压过程中的各项参数，如挤压温度、挤压速度、挤压压力等。对挤压后的棒材进行低倍组织观察和晶粒度检测，分析不同挤压条件下棒材的晶粒组织特征。

（二）热处理试验

根据挤压试验的结果，选取晶粒组织和性能较好的棒材进行热处理试验。按照设计的热处理工艺参数进行操作，在热处理过程中，严格控制温度和时间。热处理后，对棒材的力学性能进行测试，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度等，并分析热处理制度对棒材性能的影响。

六、预期结果

（一）挤压结果

1. 确定更有利于2618合金挤压棒材晶粒细化和性能优化的挤压方式。

2. 找出最佳的挤压温度、挤压速度和挤压系数等工艺参数，有效控制棒材的粗晶环和晶粒度，使棒材的晶粒度等级达到理想水平。

（二）热处理结果

确定最佳的热处理制度，提高2618合金挤压棒材的抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度等性能指标，使棒材的综合性能满足相关领域的使用要求。

七、研究的意义和价值

通过本研究，可以深入了解2618合金挤压棒材晶粒组织和性能的影响因素，为制定科学合理的生产工艺提供理论依据和实践指导。优化后的生产工艺能够提高2618合金挤压棒材的质量和性能，降低因粗晶组织导致的产品失效风险，延长零件的使用寿命，减少生产成本。这不仅有助于提高企业的市场竞争力，还能推动航空航天、汽车、船舶等相关行业的发展，对于提升我国高端装备制造业的整体水平具有重要意义。

八、研究进度安排

（一）第一阶段（第1-2个月）

完成相关文献资料的收集和整理，了解2618合金挤压棒材的研究现状和发展趋势，确定研究方案和试验方法。

（二）第二阶段（第3-5个月）

进行挤压试验，按照设计的挤压方案对不同条件下的棒材进行挤压，记录试验数据，观察棒材的晶粒组织特征。

（三）第三阶段（第6-10个月）

根据挤压试验的结果，进行热处理试验，研究不同热处理制度对棒材性能的影响，测试棒材的力学性能。

（四）第四阶段（第11-12个月）

对试验结果进行分析和总结，撰写研究报告，对研究成果进行评估和验证，提出进一步的研究建议。

九、可能遇到的问题及解决措施

（一）试验设备精度问题

1. 设备选型与验证：在试验设备选择阶段，优先选用具有国家计量认证的高精度设备，并建立设备性能档案。对新购置设备进行严格的入厂验收测试，确保其精度指标满足研究要求。针对关键测试项目，考虑采用不同原理的测量设备进行交叉验证，以消除系统性误差。

2. 校准与维护体系：建立完善的设备校准体系，制定分级校准计划：对关键设备实行每日点检、每周校准；常规设备每月校准一次。校准过程严格遵循国家标准，使用可溯源的标准器。同时建立预防性维护制度，定期更换易损件，保持设备最佳工作状态。

3. 测量过程控制：实施测量过程标准化管理，编制详细的设备操作规程。对操作人员进行专业培训，确保测量手法一致。重要参数测量实行双人复核制度，并采用统计过程控制（SPC）方法监控测量数据的稳定性。建立测量不确定度评定体系，客观评估测量结果的可靠性。

（二）试验结果的稳定性问题

1. 试验环境控制：建设标准化的试验环境，对温度、湿度、振动等环境因素进行实时监测和自动调节。特别是对温敏感试验，建立±1℃的恒温控制区。试验前确保样品在标准环境下充分平衡，消除环境因素带来的变异。

2. 试验方案优化：采用实验设计（DOE）方法优化试验方案，通过因子分析确定关键影响因素。建立标准化的试验操作程序（SOP），统一操作步骤和时间节点。对可能引入人为误差的环节，尽可能采用自动化设备替代人工操作。

3. 数据质量控制：实施严格的数据审核流程，建立异常数据识别和处理机制。采用移动极差控制图等统计工具监控试验过程的稳定性。对重要试验设置重复组和平行样，通过方差分析评估数据重现性。建立试验数据电子化管理系统，实现全程追溯。

（三）工艺优化的局限性问题

在工艺优化过程中，可能会遇到一些难以突破的技术瓶颈。解决措施是加强与科研机构和高校的合作，引进先进的技术和理念。开展多学科交叉研究，从不同角度寻找解决问题的方法。