CN110629084B - 一种高导热变形铝合金的制备方法及产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高导热变形铝合金的制备方法及产品，属于铝合金技术领域，该方法包括固溶处理、挤压处理、时效处理、预变形处理和退火处理五个工序，该方法主要通过塑性变形与热处理相结合，通过合理设定各工序的工艺条件，从而达到更好地控制铝合金中晶粒取向和析出相取向的目的，使最终制备的铝合金具有高的热导率。该方法简单易操作，对设备要求不高，成本低，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种高导热变形铝合金的制备方法及产品，特别涉及一种通过塑性变形与热处理相结合制备高导热变形铝合金的方法及由该方法制备的产品。
背景技术
铝是轻质的金属结构材料，在汽车上应用日益增多。汽车采用铝合金可以减重，同时减少了尾气排放，因此进行铝合金的研究开发对于节约能源、抑制环境污染有着重要意义。但是，铝合金的强度和耐热性能不佳，严重阻碍其在航空航天、军工、汽车及其它行业中的应用,因此提高铝合金的强度和耐热性能是发展铝合金材料的重要课题。
现有的铝合金主要从限制位错运动和强化晶界入手，通过适当的合金化，通过引入热稳定性高的第二相、降低元素在铝基体中的扩散速率或者改善晶界结构状态和组织形态等手段来实现提高铝合金热强性和高温蠕变抗力的目的。目前，在所有合金元素中，Zn、Mg和Cu是提高铝合金性能最有效的合金元素。大部分合金元素在铝中具有较大的固溶度极限，而且随温度下降，固溶度急剧减少，可以得到较大的过饱和度，从而在随后的时效过程中析出弥散的、高熔点的合金化合物Mg(Zn,Cu,Al)2相、Al2CuMg相和MgZn2相。合金元素还可以细化晶粒、提高室温强度，而且分布在晶内和晶界主要是晶界的弥散的、高熔点合金化合物，在高温时仍能钉扎晶内位错和晶界滑移，从而提高了铝合金的高温强度同时，合金元素在铝基体中的扩散速率较慢，这使得添加合金的铝合金适于在较高温度环境下长期工作。合金铝合金是重要的铝合金系，具有较高的高温强度和优良的抗蠕变性能。
目前商业耐热铝合金，其存在的主要不足是性能不够稳定，高温时强度下降较多，还不能完全满足其在航空航天、军工、汽车及其它行业中在较宽的作业温度范围下使用时对强度稳定性的更高的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种高导热变形铝合金的制备方法；目的之二在于提供一种高导热变形铝合金。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种高导热变形铝合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)固溶处理：将铝合金铸锭以50-100℃/h的速度升温至350-400℃后保温1-2h，然后用0.5-2h升温至460-480℃后保温6-8h，最后在室温水淬冷却；
(2)挤压处理：将经步骤(1)处理后的铝合金铸锭加热至420-460℃进行挤压处理，获得铝合金挤压棒材；
(3)时效处理：将步骤(2)中获得的铝合金挤压棒材加热至120-150℃后保温8-24h，然后冷却至室温；
(4)预变形处理：将经步骤(3)处理后的铝合金挤压棒材沿挤压方向进行6-10％的预压缩变形处理；
(5)退火处理：将经步骤(4)处理后的铝合金挤压棒材加热至400-450℃后保温0.5-2h，然后冷却至室温。
优选的，步骤(1)中，将铝合金铸锭以50-80℃/h的速度升温至380-400℃后保温1.5-2h，然后用0.5-1.5h升温至460-480℃后保温7-8h，最后室温水淬冷却。
优选的，步骤(2)中，将经步骤(1)处理后的铝合金铸锭加热至440-460℃进行挤压处理。
优选的，步骤(2)中，所述挤压处理的工艺条件为：挤压比为20-30，挤压速度为10-15mm/s。
优选的，步骤(3)中，将步骤(2)中获得的铝合金挤压棒材加热至140-150℃后保温8-12h。
优选的，步骤(4)中，将经步骤(3)处理后的铝合金挤压棒材沿挤压方向进行8-10％的预压缩变形处理。
优选的，步骤(5)中，将经步骤(4)处理后的铝合金挤压棒材加热至180-200℃后保温2-6h。
2、由所述的方法制备的高导热变形铝合金。
优选的，按质量百分比计，所述铝合金包括如下组分：Zn 5.0%~6.0%，Mg 2.0%~3.0%，Cu 1.5%~2.0%，余量为Al和不可避免杂质。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高导热变形铝合金的制备方法及产品，该方法主要通过塑性变形与热处理相结合，通过合理设定各工序的工艺条件，从而达到更好地控制铝合金中晶粒取向和析出相取向的目的，最终制得高导热变形铝合金。其中，将铝合金铸锭以50-100℃/h的速度升温至380-400℃后保温1.5-2h，然后用0.5-1.5h升温至460-480℃后保温7-8h，最后在室温水淬冷却，进行双级固溶处理后，可以有效消除铸锭中的偏析，同时使合金中的二次相几乎全部都固溶于铝基体中；然后将固溶处理后的铝合金铸锭加热至440-460℃后在挤压比为20-30，挤压速度为10-15mm/s条件下进行挤压处理，从而获得具有挤压丝织构的挤压棒材，并且在限定的温度范围内进行挤压可以得到均匀的完全再结晶组织，该组织的晶粒尺寸约为20-50μm，这为后续预变形处理产生拉伸孪晶做准备，相反，如果不在该温度范围内进行挤压处理，导致晶粒尺寸太小或太大，都将不利于产生拉伸孪晶；接着将挤压棒材加热至120-150℃后保温2-6h进行时效处理，随后再沿挤压方向进行6-10％的预压缩变形处理，此时压应力方向与晶粒的c轴垂直，会产生大量的拉伸孪晶，拉伸孪晶的出现使得合金的晶粒取向发生约90°的偏转，并且由于采用的预变形量6-10％，此时原始晶粒几乎全部被拉伸孪晶所吞并，几乎所有晶粒的c轴都由原来的垂直于挤压方向转变为平行于挤压方向，并且此时基面析出相将由于晶粒取向的转动转变为柱面析出相；最后经预变形处理后的铝合金挤压棒材在160-240℃后退火2-10h，可以消除在预压缩变形过程中产生的位错，因为位错的存在会对电子和声子的传导产生散射作用，降低电子和声子的平均自由程，使得合金的热导率降低。通过调节晶粒取向和析出相取向可以有效地降低其对电子和声子的散射，从而可以有效提升合金的导热性能。该方法简单易操作，对设备要求不高，成本低，适合工业化生产。由该方法制备的铝合金具有高的热导率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1步骤(2)中通过挤压处理得到的铝合金挤压棒材的扫描电镜图；
图2为实施例2中制备的高导热变形铝合金的透射电镜图；
图3为实施例3中制备的高导热变形铝合金的透射电镜图。
实施例
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
制备高导热变形铝合金
(1)固溶处理：将Al-5Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭以50℃/h的速度升温至350℃后保温1.5h，然后用0.5h升温至460℃后保温7h，最后在室温水淬冷却；
(2)挤压处理：将经步骤(1)处理后的Al-5Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭加热至440℃按挤压比为20，挤压速度为10mm/s进行挤压处理，获得Al-5Zn-2Mg-1.5Cu合金挤压棒材；
(3)时效处理：将步骤(2)中获得的Al-5Zn-2Mg-1.5Cu合金挤压棒材加热至140℃后保温8h，然后冷却至室温；
(4)预变形处理：将经步骤(3)处理后的Al-5Zn-2Mg-1.5Cu合金挤压棒材沿挤压方向进行8％的预压缩变形处理；
(5)退火处理：将经步骤(4)处理后的7075合金挤压棒材加热至180℃后保温6h，然后冷却至室温，制得高导热变形7075合金。
实施例2
制备高导热变形铝合金
(1)固溶处理：将Al-6Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭以50℃/h的速度升温至350℃后保温2h，然后用1.5h升温至460℃后保温8h，最后在室温水淬冷却；
(2)挤压处理：将经步骤(1)处理后的Al-6Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭加热至450℃按挤压比为25，挤压速度为13mm/s进行挤压处理，获得Al-6Zn-2Mg-1.5Cu合金挤压棒材；
(3)时效处理：将步骤(2)中获得的Al-6Zn-2Mg-1.5Cu合金挤压棒材加热至150℃后保温10h，然后冷却至室温；
(4)预变形处理：将经步骤(3)处理后的Al-6Zn-2Mg-1.5Cu合金挤压棒材沿挤压方向进行9％的预压缩变形处理；
(5)退火处理：将经步骤(4)处理后的Al-6Zn-2Mg-1.5Cu合金挤压棒材加热至190℃后保温4h，然后冷却至室温，制得高导热变形Al-6Zn-2Mg-1.5Cu合金。
实施例3
制备高导热变形铝合金
(1)固溶处理：将Al-6Zn-3Mg-2Cu合金铸锭以80℃/h的速度升温至400℃后保温8h，然后用2h升温至460℃后保温8h，最后在室温水淬冷却；
(2)挤压处理：将经步骤(1)处理后的Al-6Zn-3Mg-2Cu合金铸锭加热至460℃按挤压比为20，挤压速度为10mm/s进行挤压处理，获得Al-6Zn-3Mg-2Cu合金挤压棒材；
(3)时效处理：将步骤(2)中获得的Al-6Zn-3Mg-2Cu合金挤压棒材加热至160℃后保温8h，然后冷却至室温；
(4)预变形处理：将经步骤(3)处理后的Al-6Zn-3Mg-2Cu合金挤压棒材沿挤压方向进行8％的预压缩变形处理；
(5)退火处理：将经步骤(4)处理后的Al-6Zn-3Mg-2Cu合金挤压棒材加热至200℃后保温4h，然后冷却至室温，制得高导热变形Al-6Zn-3Mg-2Cu合金。
对比实施例1
(1)固溶处理：将Al-5Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭在460℃固溶处理7h后取出水冷；
(2)时效处理：将经步骤(1)处理后的Al-5Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭加热至150℃后保温10h，然后冷却至室温，即可。
对比实施例2
(1)固溶处理：将Al-6Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭在460℃下固溶处理7h，取出后水冷；
(2)时效处理：将经步骤(1)处理后的Al-6Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭加热至140℃后保温12h，然后冷却至室温，即可。
对比实施例3
(1)热轧处理：将Al-5Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭在460℃下固溶处理8h，然后在460℃下挤压成12mm厚的板材，挤压速度为20mm/s，接着在室温下沿着样品的挤压方向对试样进行12％的冷轧处理，每道次轧制的变形量都控制在5％以内；
(2)时效处理：将经步骤(1)处理后的Al-5Zn-2Mg-1.5Cu合金铸锭加热至160℃后保温8h，然后冷却至室温，即可。
图1为实施例1步骤(2)中通过挤压处理得到的铝合金挤压棒材的扫描电镜图，由图1可知，经过固溶处理和挤压处理后得到的铝合金挤压棒材的组织为均匀的完全再结晶组织，合金的晶粒尺寸约为30μm，该晶粒尺寸有利于后续预变形引入孪晶，并且合金中没有第二相颗粒，使得溶质原子全部以柱面沉淀相的形式析出。
图2为实施例2中制备的高导热变形铝合金的透射电镜图，由图2可知，电子的入射方向为[1010]方向，经过时效处理和预变形处理后，合金中的Al-5Zn-2Mg-1.5Cu相转变为柱面析出相。
图3为实施例3中制备的高导热变形铝合金的透射电镜图，由图3可知，电子的入射方向为[0001]方向，经过时效处理和预变形处理后，合金中的Mg(Zn,Cu,Al)2相转变为柱面析出相。
将实施例1至实施例3所制备的高导热变形铝合金及对比实施例1至对比实施例3制备的铝合金分别加工成直径为10mm、厚度为3mm的圆盘状试样，采用NetzschLFA457对其热导率进行测试，测试结果如表1所示。
表1本发明所述高强度变形铝合金的热导率
| 1.实施例 | 2.实施例1 | 3.对比实施例1 | 4.实施例2 | 5.对比实施例2 | 6.实施例3 | 7.对比实施例3 |
| 8.热导率W/(m.K) | 9.137 | 10.125 | 11.131 | 12. 122 | 13.142 | 14.124 |
由表1可知，相比以现有方法制备获得的铝合金，以本发明中方法制备获得的铝合金具有更高的导热率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (2)
1.一种高导热变形铝合金的制备方法，所述方法针对如下高导热变形铝合金的加工：铝合金包括：Zn 5.0％～6.0％，Mg 2.0％～3.0％，Cu 1.5％～2.0％，余量为Al和不可避免杂质；
所述方法包括如下步骤：
(1)固溶处理：将铝合金铸锭以50-80℃/h的速度升温至380-400℃后保温1.5-2h，然后用0.5-1.5h升温至460-480℃后保温7-8h，最后室温水淬冷却；
(2)挤压处理：将经步骤(1)处理后的铝合金铸锭加热至440-460℃进行挤压处理，挤压比为20-30，挤压速度为10-15mm/s，获得铝合金挤压棒材；
(3)时效处理：将步骤(2)中获得的铝合金挤压棒材加热至150℃后保温10h，然后冷却至室温；
(4)预变形处理：将经步骤(3)处理后的铝合金挤压棒材沿挤压方向进行8-10％的预压缩变形处理；
(5)退火处理：将经步骤(4)处理后的铝合金挤压棒材加热至400-450℃后保温0.5-2h，然后冷却至室温。
2.由权利要求1所述的方法制备的高导热变形铝合金。
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