CN109536860A - 一种液态模锻的铝合金热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液态模锻的铝合金热处理方法，包括如下步骤：将铝合金加热到温度E1，并保温一定的时间T1，对加热后的铝合金冷却一定的时间T3，将冷却后的铝合金再次加热到温度E2，并保温一定的时间T2，对再次加热后的铝合金进行冷却至温度E3，所述温度E1大于温度E2，温度E2大于温度E3，所述时间T1为4‑8h，所述时间T2为2‑8h，所述时间T3为10‑30min，提高了铝合金的使用性能，缓解了传统对铝合金高性能的要求和Sn偏析导致铝合金严重偏析的现象。

Description

一种液态模锻的铝合金热处理方法
技术领域
本发明涉及铝合金热处理技术领域，尤其涉及一种液态模锻的铝合金热处理方法。
背景技术
铝铜合金作为金属材料中典型的轻质材料，具有高强度、低密度、高断裂韧度，以及高抗应力腐蚀能力等优良特性，在机械、化工、汽车、建筑、航空、航天领域得以广泛应用。
随着通讯行业5G技术的推进和3C行业新产品的更新换代，促使了在上述领域应用广泛的铝合金材料需要在强度和导热性能上不断提升以满足更高的要求。目前大部分的液态模段铝合金都要通过热处理来进一步提高铝合金材料铸件的机械性能和其它使用性能。
锡作为一种有效的减摩元素被广泛的应用于铝合金机械摩擦副产品领域，如轴承、轴瓦及轴套产品等。但由于锡其与铝合金的不混溶性，不可避免的出现偏析现象。偏析主要是由于凝固过程中溶质再分配引起的，在液态模锻工艺成型过程中，压力增强了产品的液相流动，严重影响了其溶质再分配过程，产品偏析现象严重，对产品的摩擦学性能和力学性能具有重要的影响。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种液态模锻的铝合金热处理方法，提高了铝合金的使用性能。
本发明提出的一种液态模锻的铝合金热处理方法，包括如下步骤：
将铝合金加热到温度E1，并保温一定的时间T1；
对加热后的铝合金冷却一定的时间T3；
将冷却后的铝合金再次加热到温度E2，并保温一定的时间T2；
对再次加热后的铝合金进行冷却至温度E3。
进一步地，所述温度E1大于温度E2，温度E2大于温度E3，所述时间T1为4-8h，所述时间T2为2-8h，所述时间T3为10-30min。
进一步地，所述对加热后的铝合金进行冷却时，采用冷却风机对加热后的铝合金进行冷却。
进一步地，所述冷却风机的冷速为50-200℃/min。
进一步地，所述对再次加热后的铝合金进行冷却时，将再次加热后的铝合金放置于空气中进行空冷。
进一步地，所述铝合金中原料按重量百分比组成分别为Sn：1.5-6.5％，Cu：3.5-5.5％，Mg：0.5-1.5％，硅：0.5-1.5％，Al：85-94％。
进一步地，原料按重量百分比组成分别为Sn：5％，Cu：4％，Mg：1％，硅：1％，Al：89％。
本发明提供的一种液态模锻的铝合金热处理方法的优点在于：本发明结构中提供的一种液态模锻的铝合金热处理方法，铝合金经过热处理后，Sn几乎全部由网状变为球状且弥散分布，球状的Sn有效减小对基体的割裂能力和应力集中的优点，并且Cu、Mg、Si等元素充分固溶到α-Al固溶体中，经时效析出的Al2Cu、Mg2Si强化相偏聚在晶界上强化基体，使得合金强度增加；同时锡的均匀分布，进一步提高产品的减摩性能，即产品在摩擦的过程中，接触表面温度较高的情况下，锡融化析出，有效的减少产品表面的磨损，起到良好的减摩效果；同时通过冷却风机对铝合金进行冷却，提高了铝合金的固溶强化后的性能。
附图说明
图1为本发明一种液态模锻的铝合金热处理方法的步骤示意图；
图2为本发明一种液态模锻的铝合金热处理方法的铝合金热处理后的微观组织图；
图3为本发明一种液态模锻的铝合金热处理方法的铸态铝合金微观组织图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
参照图1，本发明提出的一种液态模锻的铝合金热处理方法，所述铝合金中原料按重量百分比组成分别为Sn：1.5-6.5％，Cu：3.5-5.5％，Mg：0.5-1.5％，硅：0.5-1.5％，Al：85-94％，铝合金热处理方法包括如下步骤：
S1：将铝合金加热到460-490℃(E1)，并保温4-8h(T1)；
S2：对加热后的铝合金冷却10-30min(T3)；
步骤1和步骤2对铝合金固溶处理，将铝合金放置于70W立式加热炉中进行加热，使得过剩相充分溶解到铝合金固溶体中。将加热后的铝合金从加热炉中拿出，通过冷速为50-200℃/min的轴流冷却风机对铝合金进行风冷10-30min，得到过饱和铝合金固溶体。此时铝合金中Sn的形态明显改善，Sn几乎全部由网状变成球状且弥散分布，球状的Sn具有有效减小对基体的割裂能力和应力集中的优点，提高了铝合金的机械性能。同时Cu、Mg、Si元素充分固溶到α-Al固溶体中。
S3：将冷却后的铝合金再次加热到150-220℃(E2)，并保温2-8h(T2)；
S4：对再次加热后的铝合金进行冷却至10-30℃(E3)。
步骤S3和S4对铝合金中的元素进行时效析出，将再次加热后的铝合金拿出后放置于空气中进行空冷。步骤S2中的铝合金至少被风冷到室温，此时对铝合金进行再次加热处理，Cu、Mg、Si元素经时效析出形成Al2Cu、Mg2Si强化相，强化相偏聚在晶界上强化基体，使得铝金强度增加。同时锡融化析出，有效的减少产品表面的磨损，起到良好的减摩效果。
优选地，铝合金原料按重量百分比组成分别为Sn：4％，Cu：4％，Mg：1％，硅：1％，Al：89％。
对于步骤S3，步骤S1和S2对铝合金进行固溶处理后，得到的室温下的过饱和铝基α固溶体是不稳定的，在一定温度和时间条件下，易发生分解，析出第二相。因此需要对固溶处理后的铝合金进行时效析出处理。
步骤S3的时效析出中若再次加热温度较低，保温时间较短，将致使扩散困难，不利于原子偏聚，影响了第二相的析出，难以形成GP区的点阵畸变，因此时效后的铝合金强度和硬度提高不明显；当再次加热温度较高，保温时间较长时，原子扩散能力进一步增强，析出相质点变粗，数量减少，化学成分趋于平衡相，降低了晶格畸变，从而合金的强度和硬度较差，因此本发明采用的加热温度为150-220℃，并保温2-8h。
实施实例1：本实施例的铝合金中原料按重量百分比组成分别为Sn：3.35％，Cu：3.74％，Mg：1.21％，硅：0.95％，Al：90.75％。
将铝合金加热至460℃，保温8h；
对加热后的铝合金通过冷却风机进行风冷15min，此时铝合金的温度处于室温25℃左右；
将冷却后的铝合金再次加热到220℃，并保温2h；
对再次加热后的铝合金进行空冷至室温25℃。
铝合金通过以上方式进行热处理时，所得到的抗拉强度为270MPa，延伸率为3.2％，平均摩擦系数为0.014。
实施实例2：本实施例的铝合金中原料按重量百分比组成分别为Sn：5％，Cu：4％，Mg：1％，硅：1％，Al：89％。
将铝合金加热至480℃，保温6h；
对加热后的铝合金通过冷却风机进行风冷15min，此时铝合金的温度处于室温25℃左右；
将冷却后的铝合金再次加热到200℃，并保温4h；
对再次加热后的铝合金进行空冷至室温25℃。
铝合金通过以上方式进行热处理时，所得到的抗拉强度为283MPa，延伸率为3.7％，摩擦系数为0.012。
实施实例3：本实施例的铝合金中原料按重量百分比组成分别为Sn：6.5％，Cu：5.5％，Mg：1.5％，硅：1.5％，Al：85％。
将铝合金加热至490℃，保温4h；
对加热后的铝合金通过冷却风机进行风冷15min，此时铝合金的温度处于室温25℃左右；
将冷却后的铝合金再次加热到150℃，并保温8h；
对再次加热后的铝合金进行空冷至室温25℃。
铝合金通过以上方式进行热处理时，所得到的抗拉强度为278MPa，延伸率为3.2％，摩擦系数为0.014。
实施例4：本实施例的铝合金中原料按重量百分比组成分别为Sn：4％，Cu：4％，Mg：1％，硅：1％，Al：90％。
将铝合金加热至480℃，保温6h；
对加热后的铝合金空冷至室温25℃；
将冷却后的铝合金再次加热到200℃，并保温4h；
对再次加热后的铝合金进行空冷至室温25℃。
铝合金通过以上方式进行热处理时，所得到的抗拉强度为267MPa，延伸率为2.1％，摩擦系数为0.035。
如图2所示铝合金热处理后的微观组织，选择实施例3中经过热处理的铝合金试样，经打磨抛光、腐蚀后在光学显微镜下观察其铝合金的显微组织，铝合金中的Sn的形态成球状且弥散分布，球状的Sn有效减小对基体的割裂能力和应力集中的优点，并且Cu、Mg、Si等元素充分固溶到α-Al固溶体中，经时效析出的Al2Cu、Mg2Si强化相偏聚在晶界上强化基体，使得合金强度增加；同时锡的均匀分布，进一步提高产品的减摩性能，即产品在摩擦的过程中，接触表面温度较高的情况下，锡融化析出，有效的减少产品表面的磨损，起到良好的减摩效果。
如图3所示的铸态铝合金的微观组织，实施实例5：本实施例的铝合金中原料按重量百分比组成分别为Sn：5％，Cu：4％，Mg：1％，硅：1％，Al：89％。经检测得到未热处理的铸态铝合金的抗拉强度为220MPa，延伸率为0.98％，平均摩擦系数为0.047，将未热处理的铸态铝合金试样取样，经打磨抛光、腐蚀后在光学显微镜下观察其铝合金的显微组织，铝合金中的Sn的形态成网状，网状的Sn是由于Sn与铝合金不混溶沿晶分布导致的，致使铝合金成形后的产品偏析严重，严重降低了铝合金产品的摩擦学性能和力学性能。
实施例1、2、3分别对铝合金进行相应的热处理，并检测其性能参数，性能参数包括抗拉强度、延伸率和摩擦系数，通过与实施例4中未热处理的铸态铝合金的性能参数比较，可以直观得出，性能参数有较大提高。通过图2和图3可以直观的看出，铝合金中Sn的状态变化，Sn通过热处理均匀混溶与铝合金中。
抗拉强度通过抗拉强度测试机检测，延伸率通过微控电子万能试验机测试，摩擦系数通过摩擦磨损实验机检测所得。
通过实施例2和实施例4可知，同样组分的铝合金进行热处理，其他相关参数一定，实施例2第一次冷却时采用冷却风机对铝合金进行风冷，而实施例4第一次冷却时采用空冷的方式对铝合金进行冷却，通过比较两者铝合金热处理后的抗拉强度、延伸率、摩擦系数的比较，铝合金第一次冷却时采用冷却风机进行风冷提高了铝合金最终热处理后的性能。
如图2和3，实施例3和5可知，热处理后，元素Sn几乎由网状变成球状，抗拉强度相对于铸态铝合金有较大的提高，而且摩擦系数相对于铸态铝合金有较大的降低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种液态模锻的铝合金热处理方法，其特征在于，包括如下步骤；
将铝合金加热到温度E1，并保温一定的时间T1；
对加热后的铝合金冷却一定的时间T3；
将冷却后的铝合金再次加热到温度E2，并保温一定的时间T2；
对再次加热后的铝合金进行冷却至温度E3。
2.根据权利要求1所述的液态模锻的铝合金热处理方法，其特征在于，所述温度E1大于温度E2，温度E2大于温度E3，所述时间T1为4-8h，所述时间T2为2-8h，所述时间T3为10-30min。
3.根据权利要求1所述的液态模锻的铝合金热处理方法，其特征在于，所述对加热后的铝合金进行冷却时，采用冷却风机对加热后的铝合金进行冷却。
4.根据权利要求3所述的液态模锻的铝合金热处理方法，其特征在于，所述冷却风机的冷速为50-200℃/min。
5.根据权利要求1所述的液态模锻的铝合金热处理方法，其特征在于，所述对再次加热后的铝合金进行冷却时，将再次加热后的铝合金放置于空气中进行空冷。
6.根据权利要求1所述的液态模锻的铝合金热处理方法，其特征在于，所述铝合金中原料按重量百分比组成分别为Sn：1.5-6.5％，Cu：3.5-5.5％，Mg：0.5-1.5％，硅：0.5-1.5％，Al：85-94％。
7.根据权利要求6所述的液态模锻的铝合金热处理方法，其特征在于，原料按重量百分比组成分别为Sn：5％，Cu：4％，Mg：1％，硅：1％，Al：89％。
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