CN104213058B - 一种适用于变形铝合金触变成形的二次加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于变形铝合金触变成形的二次加热方法，其具体步骤为：首先将变形铝合金半固态坯料加热到第一段式二次加热温度，即变形铝合金的固相线温度附近，保温5～10min，然后快速升温到最终设定的第二段式二次加热温度后，再保温15～20min。本发明的优点在于：两段式二次加热不仅可以保证半固态坯料受热均匀，促进非枝晶组织球化完整，还可以进一步防止枝晶粗化。
Description
【技术领域】
本发明涉及变形铝合金技术领域，具体地说，是一种适用于变形铝合金触变成形的二次加热方法。
【背景技术】
半固态金属成形技术是将合金在固相线和液相线温度区间进行加工成最终产品的一种崭新的工艺，综合了凝固加工和塑性加工的长处。半固态触变成形工艺包括坯料制备、二次加热及最终的触变成形三个技术环节，二次加热是半固态触变成形最为关键的一环，在整个触变成形工艺过程中起着承上启下的作用。二次加热的目的主要是快速精确地获得成形工艺所需的固相体积分数和大小适当的类球状组织，为触变成形创造有利条件。半固态二次加热获得的非枝晶组织对后续成形工艺及制品的质量有重要影响，因此，对二次加热工艺进行研究和改进是半固态触变成形的重要研究内容，开展有关半固态二次加热成形工艺的理论和技术研究，将有助于推动半固态成形技术的不断发展。
目前，主要采用电阻炉加热、电磁感应加热、直流电流短路加热及盐浴炉重熔加热等对半固态金属坯料进行常规二次加热，其中电阻炉加热和电磁感应加热最为常用，常规的二次加热即将坯料直接加热到预设的二次加热温度。采用一般的电阻炉对半固态坯料进行常规的一步式二次加热存在加热不均匀，不能保证坯料的重熔加热精度等问题。电阻炉二次加热法因其操作简单，多用于实验室中。电磁感应加热利用中频感应加热炉进行加热，加热时间短，生产效率高，是一种被广泛应用于工业生产中的二次加热方法。但电磁感应加热受集肤效应和端部效应的影响，电磁感应线圈的设计依赖于半固态合金的种类、坯料的尺寸及加热温度等，没有普遍适用性。虽然可以保证坯料的加热温控精度，满足具有一定加热速度的要求，但是电磁感应加热的能源效率很低。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于变形铝合金触变成形的二次加热方法，即将变形铝合金半固态坯料先加热到固相线附近适当保温一定时间，然后再升高温度至最终预设的位于固、液两相区间的加热温度，进而对半固态组织的演化进行优化控制的工艺获得组织均匀、近球形、晶粒大小适中具有一定固相分数的半固态二次加热组织。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种适用于变形铝合金触变成形的二次加热方法，其具体步骤为：首先将变形铝合金半固态坯料加热到第一段式二次加热温度，即变形铝合金的固相线温度附近，保温5～10min，然后快速升温到最终设定的第二段式二次加热温度后，再保温15～20min。
所述的第一段式二次加热温度为固相线温度附近(Ts±10K)，即
第一段式二次加热温度：Ts-c，Ts，Ts+c
其中，Ts为固相线温度，参数c为一个温度常数，c优选为10K。
所述的第二段式二次加热温度：预设的变形铝合金最终二次加热温度TK。
所述的保温时间均为坯料中心温度到达设定温度后的保温时间，便于区分不同坯料大小对保温时间需求的不同。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
该变形铝合金的两段式二次加热不仅可以保证半固态坯料受热均匀，促进非枝晶组织球化完整，还可以进一步防止枝晶粗化。
【附图说明】
图1变形铝合金6061两段式二次加热微观组织(845，5min-907K，15min)
图2变形铝合金6061两段式二次加热微观组织(855，5min-907K，15min)
图3变形铝合金6061两段式二次加热微观组织(865，5min-907K，15min)
图4不同二次加热工艺条件下获得的变形铝合金6061半固态微观组织：
(a)常规二次加热(907K，20min)；
(b)两段式二次加热(855K，5min-907K，15min)
【具体实施方式】
以下提供本发明一种适用于变形铝合金触变成形的二次加热方法的具体实施方式。
实施例1
变形铝合金6061半固态触变坯料的两段式二次加热工艺：
第一段式二次加热温度：845K
第二段式二次加热温度：907K
在第一段二次加热过程中先保温5min，然后按照10K/min的升温速率将温度升高到预定的二次加热温度907K，再保温15min，试样完成两段式二次加热之后，立刻将试样进行水淬，保留二次加热时的半固态组织，获得的微观组织如图1所示。温度从845K到907K，从图中可以观察到细小的晶界及晶粒内部包含的部分液相，固相晶粒形状为不规则的类球状体，在第一段加热过程中，温度低于固相线温度10K保温，固溶合金元素，组织更加均匀、稳定，避免组织粗化，促进后续第二次加热过程中非枝晶组织的球化和液相的出现。
实施例2
变形铝合金6061半固态触变坯料的两段式二次加热工艺：
第一段式二次加热温度：855K
第二段式二次加热温度：907K
在第一段二次加热过程中先保温5min，然后按照10K/min的升温速率将温度升高到预定的二次加热温度907K，再保温15min，试样完成两段式二次加热之后，立刻将试样进行水淬，保留二次加热时的半固态组织，获得的微观组织如图2所示。温度从855K到907K，第一次加热温度为固相线温度，从图中可以看到固相颗粒基本球化完成而且尺寸均匀，大部分液相出现在液相边界处，有利于固相颗粒的球化，固相颗粒内部存在少量液相。
实施例3
变形铝合金6061半固态触变坯料的两段式二次加热工艺：
第一段式二次加热温度：865K
第二段式二次加热温度：907K
在第一段二次加热过程中先保温5min，然后按照10K/min的升温速率将温度升高到预定的二次加热温度907K，再保温15min，试样完成两段式二次加热之后，立刻将试样进行水淬，保留二次加热时的半固态组织，获得的微观组织如图3所示。从图中可以看出，温度从865K到907K，第一次加热温度高于固相线10K，在保温过程中部分液相融化，促进固相颗粒的球化，在两段式加热完成之后，从图中可以看到固相颗粒球化完成，液相存在于固相颗粒内部及固相颗粒边界处。
利用常规二次加热方法制备得到的变形铝合金6061的半固态组织如图4(a)所示，其加热温度为907K，保温时间为20min；从图中可以看出明显的固、液两相，满足含有一定固相分数的要求，但固相颗粒形状非常不规则，晶粒尺寸大小不均，晶粒的聚合长大比较明显，同时晶粒内部出现大量的内含液相。这种固、液两相的不均匀分布及不规则的固相颗粒形状不利于触变成形，大颗粒的内含液相很可能导致缩松、缩孔等缺陷，影响最终半固态成形制件的质量。利用两段式二次加热方法获得的变形铝合金6061的半固态组织如图4(b)所示，其中第一段式二次加热温度为6061的固相线温度855K，保温5min，然后按照10K/min的升温速率将温度升高到预定的二次加热温度907K，再保温15min；从图中可以看出，两段式二次加热方法获得的半固态微观组织的固相颗粒球化完整、大小适中、尺寸均匀，固相颗粒的聚合长大不明显，而且固相颗粒内部含有比较少量的内含液相，适合于触变成形。
从以上实例可以看出，变形铝合金触变坯料的两段式二次加热工艺为：首先将坯料加热到固相线温度附近，然后改变温度达到预定的最终二次加热温度后，再保温一段时间。利用两段式二次加热方法获得适合于触变成形的变形铝合金半固态非枝晶组织，在改善二次加热工艺的基础上，获得了理想的半固态非枝晶组织，固相颗粒球化完整且尺寸均匀，这对于半固态组织力学性能的提高和触变成形工艺的改进具有重要的指导作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种适用于变形铝合金触变成形的二次加热方法，用于变形铝合金6061半固态触变坯料的二次加热触变成形，其具体步骤为：首先将变形铝合金半固态坯料加热到第一段式二次加热温度，即变形铝合金的固相线温度附近，保温5～10min，然后快速升温到最终设定的第二段式二次加热温度后，再保温15～20min；
所述的第一段式二次加热温度为Ts±10K，其中，TS为固相线温度；
所述的第二段式二次加热温度为预设的变形铝合金最终二次加热温度TK。
2.如权利要求1所述的一种适用于变形铝合金触变成形的二次加热方法，其特征在于，所述的保温时间均为坯料中心温度到达设定温度后的保温时间。
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