CN104087880B - 一种高阻尼铝硅合金板材的生产工艺 - Google Patents

一种高阻尼铝硅合金板材的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高阻尼铝硅合金板材的生产工艺，包括以下步骤：1）、将锭坯和模具预热，锭坯预热温度为500-550℃，保温时间为3-7个小时，模具的预热温度为420-450℃，保温时间为1-3个小时；2）、安装模具，将锭坯转移至挤压筒，开动挤压机以一定速度和挤压比进行挤压，挤压速度为8-14m/min，挤压比为25:1，产品从模口挤出后空冷；3）、对冷却后的产品进行热处理，挤压后的产品于500-550℃固溶处理，固溶时间为6-12小时，然后于120-180℃时效处理，时间为8-20小时；4）、对热处理后的产品进行冷轧加工，冷轧工艺其压下率为5%。

Description

一种高阻尼铝硅合金板材的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种铝硅合金的压力加工和热处理方法，尤其涉及一种高阻尼铝硅合金板材的生产工艺。具体的说属于金属材料制备领域。
背景技术
震动和噪音是伴随着现代化工业的发展而带来的公害之一，它严重破坏机械设备稳定性和可靠性，限制机器性能的提高，污染环境、危害人们的健康。在某种程度上制约了现代工业，尤其是航空航天、航海等高技术领域的进一步发展。航空和航海领域均存在一定程度的噪音和震动问题。火箭卫星失效分析表明，约2/3的实效与震动和噪声有关（李沛勇等，材料阻尼及阻尼合金的研究现状。材料工程。1998（8：）44-48）。飞机在长期使用过程中由于震动的问题，影响着它的可靠性和寿命，飞机和舰船上的仪器仪表也常常因此发生故障，因此降振降噪已经成为人们的迫切需求。为此人们致力于采取各种措施和方法来消除或减少震动和噪音。采用阻尼减震，一般能够很好的解决各类与震动相关的问题。通常把系统损耗震动或声能的能力成为阻尼，阻尼越大，输入系统的能量便在较短的时间内消耗完，系统从受激震动到重新静止所经历的时间就越短，所以阻尼也可以理解为系统受激后迅速恢复到受激前状态的一种能力。阻尼技术是控制结构震动和噪声的最有效办法。如何提供一条能优化铝硅合金的组织结构，同时提高其塑性和强度，并大幅度提高其阻尼性能的加工工艺，为铝硅合金在汽车、航空及其他领域的应用提供一条简易、廉价的新途径。发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高阻尼铝硅合金板材的生产工艺。
本发明采用的技术方案：
一种高阻尼铝硅合金板材的生产工艺，包括以下步骤：
1）、将锭坯和模具预热，锭坯预热温度为500-550℃，保温时间为3-7个小时，模具的预热温度为420-450℃，保温时间为1-3个小时；
2）、安装模具，将锭坯转移至挤压筒，开动挤压机以一定速度和挤压比进行挤压，挤压速度为8-14m/min，挤压比为25:1，产品从模口挤出后空冷；
3）、对冷却后的产品进行热处理，挤压后的产品于500-550℃固溶处理，固溶时间为6-12小时，然后于120-180℃时效处理，时间为8-20小时；
4）、对热处理后的产品进行冷轧加工，冷轧工艺其压下率为5%。
步骤1）所述锭坯的成分按重量百分比为含硅11-12wt%，镁0.2-0.4wt%，余量为铝。
本发明的有益效果是：本发明所采用的原料为一般铝硅合金铸锭，在熔铸过程中无需采用化学变质处理、热速处理等方法，节约了稀土资源和其他金属，并且绿色环保，制备的板材具有良好的综合力学性能，固溶时效后的抗拉强度可达280-310Mpa，延伸率为3.33%-18.82%，而铸态过共晶铝硅合金的抗拉强度为180-190Mpa，延伸率为3.3%-3.5%，其强度、韧性和塑性相比于铸态铝硅合金均有较大的提高。
具体实施方式
下述实施例仅用于说明本发明，但并不能限定本发明的保护范围。
实施例1
将共晶铝硅合金铸锭加热到500℃，保温4小时，模具加热到450℃，保温2小时，以8m/min的挤压速度，25:1的挤压比进行热挤压，产品从模口挤出后风冷，将材料在530℃下固溶10个小时，170℃下时效8个小时，冷轧压下率为5%，其抗拉强度为282Mpa，延伸率为14.44%，固定频率f=0.75Hz下的=49.2。
实施例2
将共晶铝硅合金铸锭加热到500℃，保温4小时，模具加热到450℃，保温2小时，以8m/min的挤压速度，25:1的挤压比进行热挤压，产品从模口挤出后风冷，将材料在530℃下固溶10个小时，150℃下时效12个小时，冷轧压下率为7%，其抗拉强度为297Mpa，延伸率为16.34%，固定频率f=0.75Hz下的=52.4。
实施例3
将共晶铝硅合金铸锭加热到500℃，保温4小时，模具加热到450℃，保温2小时，以14m/min的挤压速度，25:1的挤压比进行热挤压，产品从模口挤出后风冷，将材料在530℃下固溶10个小时，120℃下时效20个小时，冷轧压下率为9%，其抗拉强度为305Mpa，延伸率为15.44%，固定频率f=0.75Hz下的=60。
实施例4
将共晶铝硅合金铸锭加热到550℃，保温3小时，模具加热到420℃，保温1小时，以8m/min的挤压速度，25:1的挤压比进行热挤压，产品从模口挤出后风冷，将材料在500℃下固溶6个小时，120℃下时效8个小时，冷轧压下率为5%，其抗拉强度为290Mpa，延伸率为15.24%，固定频率f=0.75Hz下的=51.2。
实施例5
将共晶铝硅合金铸锭加热到525℃，保温7小时，模具加热到440℃，保温3小时，以10m/min的挤压速度，25:1的挤压比进行热挤压，产品从模口挤出后风冷，将材料在500℃下固溶10个小时，180℃下时效20个小时，冷轧压下率为5%，其抗拉强度为282Mpa，延伸率为15.78%，固定频率f=0.75Hz下的=64.2。
实施例6
将共晶铝硅合金铸锭加热到500℃，保温4小时，模具加热到450℃，保温2小时，以8m/min的挤压速度，25:1的挤压比进行热挤压，产品从模口挤出后风冷，将材料在500℃下固溶10个小时，120℃下时效15个小时，冷轧压下率为5%，其抗拉强度为282Mpa，延伸率为16.2%，固定频率f=0.75Hz下的=66.4。
上述步骤1）中合金铸锭的成分按重量百分比为含硅11-12wt%，镁0.2-0.4wt%，余量为铝。
步骤1中将锭坯和模具预热，在变形过程中，针片状的共晶硅和粗大的初晶硅将破碎成微米级粒子，由于硅相与铝基体的变形不协调性，在硅相粒子周围将形成强烈变形区，这些强烈变形区就可能成为动态再结晶的形核位置，该过程即为粒子激发再结晶形核，此外，塑性变形将引入大量位错和晶格畸变，而强烈变形区附近的位错密度较高、晶格畸变也比较严重，这些位错和晶格畸变能将为再结晶形核和长大提供能量，因此动态再结晶过程得以发生，形成细小的等轴晶，使得铝基体的晶粒大大的细化；由于变形过程中锭坯的温度较高，硅相粒子有所软化，在复杂的应力作用下，粗大的硅相粒子将被拉断、破碎，铝基体流动到其间隙中，使得硅相粒子得到细化，随着变形过程中的金属流动，其分布也更加均匀。
步骤3中对冷却后的产品进行热处理，挤压后的产品于500-550℃固溶处理，固溶处理使得两相晶粒的形貌更加圆整，后续的时效过程中产生的析出相Mg2Si为强化相，可以提高材料的强度，因而材料的塑性和强度相对于铸态都有很大的提升，步骤3中固溶后于120-180℃时效处理，在随后的冷轧过程中，大量的位错被引入材料内部，由于压下率较小，变形产生的热量无法使得析出的Mg2Si溶解，大量的位错被钉扎，在外加应力和振动的作用下，被钉扎的位错与析出相粒子相互作用脱离钉扎，从而消耗能量。
本发明所提供的工艺方法，实现了对共晶铝硅合金的压力加工，可以根据需要生产制备出不同规格、尺寸板材，拓宽了共晶铝硅合金的应用范围。
本工艺方法制备的板材具有良好的综合力学性能，固溶时效后的抗拉强度可达280-310Mpa，延伸率为13.33%-18.82%，而铸态过共晶铝硅合金的抗拉强度为180-190Mpa，延伸率为3.3%-3.5%，其强度、韧性和塑性相比于铸态铝硅合金均有较大的提高，在一些场合可以取代6系铝合金或其他合金产品，达到减重，降低成本的效果。
本工艺方法制备的板材阻尼性能远高于普通铝合金，普通铝合金的Q-1值约为10-4数量级，而本发明提供产品的阻尼性能要远好于普通铝合金，在固定频率f=0.75Hz下的=49.2-66.4()。
本发明所采用的工艺方法，其原料为一般铝硅合金铸锭，在熔铸过程中无需采用化学变质处理、热速处理等方法，节约了稀土资源和其他金属，并且绿色环保。
采用该方法可以将针片状的共晶硅和粗大的初晶硅相晶粒破碎、细化并转变为粒状，同时优化其分布；可以细化铝基体的晶粒尺寸，改善其形貌进而提高材料的综合力学性能和加工性能，在时效过程中产生的析出相，对位错有钉扎作用，提高材料的强度和阻尼性能。本方法工艺过程简单，产品性能稳定，尺寸精确，成品率高。

Claims (2)

1.一种高阻尼铝硅合金板材的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）、将锭坯和模具预热，锭坯预热温度为500-550℃，保温时间为3-7个小时，模具的预热温度为420-450℃，保温时间为1-3个小时；
2）、安装模具，将锭坯转移至挤压筒，开动挤压机以一定速度和挤压比进行挤压，挤压速度为8-14m/min，挤压比为25:1，产品从模口挤出后空冷；
3）、对冷却后的产品进行热处理，挤压后的产品于500-550℃固溶处理，固溶时间为6-12小时，然后于120-180℃时效处理，时间为8-20小时；
4）、对热处理后的产品进行冷轧加工，冷轧工艺其压下率为5%。
2.根据权利要求1所述的一种高阻尼铝硅合金板材的生产工艺，其特征在于：步骤1）所述锭坯的成分按重量百分比为含硅11-12wt%，镁0.2-0.4wt%，余量为铝。
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