CN113621900B - 一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，包括以下步骤：将铝基复材/铝合金均匀加热至固溶温度，待溶质元素完全溶入铝基体以后进行水淬处理；待材料在水淬处理后将其冷却至水温，取出干燥并置于超低温环境，待其完全冷却至超低温环境温度后继续保温短暂时间；将材料取出并快速投入循环高温液体介质，随后将材料取出并进行室温水冷处理，冷却至水温后取出干燥；将材料放入深冷箱中缓慢冷却至超低温介质温度(＜－190℃,例如液氮、液氦)，待材料完全冷却至目标温度后保存短暂时间后取出并立即再次进行步骤三处理，完成调控铝基复材/铝合金材料的残余应力消除。本发明最大程度保存材料淬火组织，基本无二次相析出，对材料的淬火残余应力可以有效调控。
Description
技术领域
本发明涉及调控铝基复材/铝合金残余应力处理技术领域，特别是涉及一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法。
背景技术
铝基复材作为典型的轻金属材料，其具有低密度、高比强度、导热性好、易于机械加工、高比弹性模量等优点，目前逐渐替代部分铝合金、钛合金而发展成为应用于航空航天关键承力复杂构件的重要材料。随着汽车行业与航空航天技术的发展，相关制造领域呈现出整体成形、净近成形、精密成形的发展趋势。在航空航天领域，对铝合金或铝基复材的性能需求更高，不仅要求材料具备良好力学性能，还要求材料内部低残余应力，以获得良好的尺寸稳定性。
然而，由于固溶处理作为强化铝基复材或铝合金等材料性能中的主要环节，总不可避免地产生宏观残余应力，这主要是因材料在淬火过程中因不同部位冷却速度不均匀，表层与心部较大的温度梯度(温差)导致了材料内部淬火残余应力的产生。这种淬火残余应力是有害的，尤其是材料心部存在的三向拉应力，对材料的机械性能，特别是疲劳寿命、变形、尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐磨性和脆性断裂等性能有较大的影响，因此如何调控复杂结构铝基复材/铝合金零部件的淬火残余应力同时不牺牲材料其它机械性能一直是国内外研究焦点。因此，低残余应力兼具良好力学性能的铝基复材/铝合金零部件具有广阔应用前景。
目前典型铝合金淬火残余应力调控技术包括：过时效、冷压、冷拉、振动时效、深冷热处理以及调换淬火冷却介质等。然而，若采用冷压、冷拉等工艺，则不得不使其固溶淬火件的形状具有简单化的平行面特征，这极易导致材料厚度增加，令整体零件淬透性变差，不仅使淬火件基本力学性能，例如强度、硬度等，整体均匀性差，而且导致后续机加工工作量增大，材料利用率下降。对于其他去应力热处理工艺，例如，过时效，其只能使得铝合金的淬火残余应力得到少部分/不完全释放(一般小于40％)，且需牺牲其力学性能，耗时较长。此外，上述工艺主要用于铝合金残余应力调控，对于增强相与基体物理性能差异巨大的铝基复合材料，冷压/拉等机械应力消除工艺由于无法使得铝基复材像铝合金那样发生整体均匀塑性变形难以应用。而振动时效虽可降低铝合金残余应力但其对材料疲劳寿命可能会产生负面影响，此外，由于需使材料受振均匀，该技术亦只能应用于形状简单零件，通用性差且技术难度高。而更换淬火冷却介质，本质上降低了材料在淬火过程中的冷却速率，因此虽能释放材料的淬火残余应力，但仍会降低材料的力学性能。
传统深冷缓热是指将材料固溶淬火后进行深冷处理而后转移至高温热炉中，因可在一定程度上降低铝合金的淬火残余应力(约36％)，已被应用于调控复杂形状铝合金/铝基复材零件的尺寸稳定性，然而，将超低温的铝合金放入热处理炉中并进行多次时效循环，累计保温时间长达十几个小时或以上，虽使得材料淬火残余应力有所降低，整个热处理过程耗时长、耗能严重，铝合金/铝基复材的延伸率、抗腐蚀能力相比其T4态会大幅下降，如时效时间过长更可能导致材料晶粒与二次析出相粗大，降低材料力学性能。
此外，关于深冷缓/快热处理对铝基复材性能的影响研究较少。张琪对T4态Al-Cu-Mg铝合金和SiCp/Al-Cu-Mg复材进行深冷缓热循环处理后发现其对力学性能无明显改善。(张琪，樊建中，肖伯律，左涛，冷热循环对粉末冶金SiCp/Al复合材料力学性能的影响.稀有金属，2007(5):p.701-704.)
深冷快热技术是指将材料固溶淬火后进行深冷处理而后使其快速升温的技术。对于形状复杂的材料，传统方法是将已深冷处理后的材料置于高温液体(例如，沸水或热油)中来对其整体进行均匀快速加热，例如，采用沸水作为高温介质，对于一定厚度(>50mm)的铝合金板，虽材料升温速率高于热炉加热，但升温速率仅能使淬火残余应力降低20+％。(Ya-Bo Dong,Wen-Zhu Shao,Jian-Tang Jiang,Bao-You Zhang,and Liang Zhen，Minimization of Residual Stress in an Al-Cu Alloy Forged Plate by DifferentHeat Treatments.Journal of Materials Engineering and Performance,2015,24(6):p.2256-2265.)
实际上，由于超低温铝合金/铝基复材进入高温液体环境中会瞬时吸收大量热能，降低材料周边液体温度、增大其动力黏度(降低流动性)等，低温材料的表层换热依赖于近材料表面介质的温度、流速，并不取决于远端介质温度，因此上述方法并未从真正意义上实现对材料的深冷快热处理。
由此可见，如何提供一种操作简单、高效、绿色环保、通用性好、对材料其它性能无负面影响，过程中基本无二次相析出，为后续可能的时效处理留下空间的调控铝合金/铝基复材淬火残余应力的热处理方法，对于具有一定厚度复杂结构铝合金/铝基复材的精密成形，扩大应用范围具有重要意义。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，包括固溶淬火处理、第一次深冷快热处理前准备、第一次深冷快热处理和第二次深冷快热处理。本发明最大程度保存材料淬火组织，基本无二次相析出，对材料的淬火残余应力可以有效调控。
(2)技术方案
本发明的实施例的一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，包括以下步骤：
步骤一：将厚度不小于10mm铝基复材/铝合金均匀加热至固溶温度，待溶质元素完全溶入铝基体以后，进行水淬处理；
步骤二：待铝基复材/铝合金在水淬处理后将其冷却至水温，取出干燥并置于超低温环境，待其完全冷却至超低温环境温度后继续保温短暂时间；
步骤三：将铝基复材/铝合金取出并快速投入循环高温液体介质，随后将铝基复材/铝合金取出并进行室温水冷处理，冷却至水温后取出干燥；
步骤四：将铝基复材/铝合金放入深冷箱中缓慢冷却至超低温介质温度，待材料完全冷却至目标温度后保存短暂时间后取出并立即再次进行步骤三处理，完成铝基复材/铝合金材料的残余应力消除。
进一步地，所述固溶温度范围为470℃-520℃。
进一步地，所述水淬处理时的水温不高于70℃。
进一步地，步骤二中取出铝基复材/铝合金后的干燥时间不多于一小时。
进一步地，干燥后在铝基复材/铝合金材料表面喷涂黑色涂层。
进一步地，步骤二铝基复材/铝合金在循环高温液体介质中完全冷却至环境温度后保温时间为5-30min。
进一步地，步骤三铝基复材/铝合金在循环高温液体介质中表面与心部的反向淬火瞬时最大温差不小于60℃，加热时间自铝基复材/铝合金放入高温循环高温液体介质中起70-100s。
进一步地，步骤三中铝基复材/铝合金水冷及干燥处理的时间不超过一小时。
进一步地，步骤四中的保存时间为5-30min。
进一步地，所述循环高温液体介质为液态水。
(3)有益效果
本发明铝基复材/铝合金的深冷快热处理方法与传统残余应力调控技术相比具有工艺简单、效率高、无毒无污染、对材料无腐蚀的优点。同时与传统深冷慢热技术相比最大程度保存材料淬火组织，基本无二次相析出，对其它机械性能，如韧性、抗腐蚀能力无负面影响，为后续可能的时效处理留下选择空间，对材料的淬火残余应力可以有效调控，降幅可达55％-65％。
该技术便于在具有一定厚度的相关铝合金、铝基复材材质的复杂结构零部件上应用，具有大批量产业化前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例铝基复材/铝合金残余应力热处理循环工艺流程图。
图2为本发明一实施例热处理时使用的循环快热装置的结构示意图。
图3为本发明实施例1中材料心部与近表层的单次深冷快热时间与温度曲线。
图4为本发明实施例2中材料心部与近表层的单次深冷快热时间与温度曲线。
图5为本发明实施例1热处理后残余应力幅值对比图。
图6为本发明实施例1热处理前后的DSC曲线对比图。
图7(a)为本发明实施例1经固溶淬火处理的T4态材料TEM透射结果。
图7(b)为本发明实施例1经固溶淬火+深冷快热处理材料TEM透射结果。
图8为本发明实施例2热处理前后的残余应力幅值对比图。
图9为对本发明实施例1、实施例2、对比例1和对比例2得到的材料进行力学性能检测和试块切口夹紧测量的比对结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参照附图1-附图9并结合实施例来详细说明本申请。
本发明实施例的一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，包括以下步骤：
步骤一：将厚度不小于10mm铝基复材/铝合金均匀加热至固溶温度，待溶质元素完全溶入铝基体以后，进行水淬处理；
步骤二：待铝基复材/铝合金在水淬处理后将其冷却至水温，取出干燥并置于超低温环境，待其完全冷却至超低温环境温度后继续保温短暂时间；
步骤三：将铝基复材/铝合金取出并快速投入循环高温液体介质，随后将铝基复材/铝合金取出并进行室温水冷处理，冷却至水温后取出干燥；
步骤四：将铝基复材/铝合金放入深冷箱中缓慢冷却至超低温介质温度，待材料完全冷却至目标温度后保存短暂时间后取出并立即再次进行步骤三处理，完成铝基复材/铝合金材料的残余应力消除。
参阅附图1所示，为本发明实施例的铝基复材/铝合金残余应力热处理循环工艺流程图。在本发明实施例中，首先在步骤一将厚度不小于10mm铝基复材/铝合金均匀加热至固溶温度，待溶质元素完全溶入铝基体以后进行水淬处理，然后在步骤二中进行超低温环境的深冷处理，再进行步骤三的快速热处理，完成第一次深冷快热处理操作；随后在步骤四中再次进行一次超低温介质温度的深冷处理，和一次快速热处理完成第二次深冷快热处理操作。
在本发明实施例的第一次深冷快热处理时，铝基复材/铝合金材料由室温环境直接浸入超低温环境(比如液氮、液氦)中，虽然浸入超低温环境的冷却速度远小于水淬时温度的冷却速度，但其表层与心部的正向温差及超低温环境可以使经上述固溶淬火处理的铝基复材/铝合金材料晶格进一步收缩，同时，本发明实施例的步骤一铝基复材/铝合金的厚度不小于10mm，这是因为，当铝基复材/铝合金的厚度低于10mm时，将不足以形成铝基复材/铝合金材料心部与表层的大温差，也就不需要经历本申请上述步骤进行处理，具体地在铝基复材/铝合金的厚度可以为10mm，也可以为20mm，30mm等。与传统长时间深冷处理不同，本发明实施例在步骤二里待铝基复材/铝合金完全冷却至超低温环境温度后继续保温短暂时间，短时间的超低温处理不足以使铝基复材/铝合金中大量溶质原子析出。而在快速加热铝基复材/铝合金至高温(不高于铝合金/铝基材料最大时效温度，即190℃)时，在极短时间内铝基复材/铝合金材料的表层与心部会存在与淬火时反向的大温度梯度(温差)，当产生的热应力方向与原淬火残余应力方向相反时，降低残余应力幅值，如方向相同则应力叠加导致材料发生微塑性变形，来有效释放原淬火残余应力。因此，本发明实施例在步骤二里尽可能缩短淬火态铝基复材/铝合金置于超低温环境前的干燥时间，对抑制铝基复材/铝合金材料的自然时效，使其屈服强度保持较低的幅值尤为重要，这可最大程度的使铝基复材/铝合金材料发生微塑性变形，提高工艺释放材料残余应力的效率。
同时，本发明实施例设置了第二次深冷快热处理，第二次深冷快热处理的是在第一次深冷快热对铝基复材/铝合金材料残余应力的调控基础上进一步调控铝基复材/铝合金材料的淬火残余应力，因此，步骤四待材料完全冷却至目标温度，也就是超低温介质温度的温度后保存短暂时间后取出并立即再次进行步骤三的快热处理，且第二次深冷时需使铝基复材/铝合金材料整体缓缓冷却至超低温介质温度，避免因速冷而导致新的残余应力产生。否则第二次深冷快热循环后，铝基复材/铝合金材料内部残余应力可能会大于第一次处理后材料内部残余应力。
具体地，本发明实施例中的超低温介质温度可以为液氮、液氦温度(一般地超低温介质温度应低于－190℃)，目标温度即为该超低温介质温度的温度。
经过上述的处理，由于铝基复材/铝合金材料内部反向温度梯度(温差)越高，材料的淬火残余应力调控效果越好，因此，在将铝基复材/铝合金材料放入高温液体介质的整个过程中，循环高温液体介质的温度波动需尽可能小，这样对铝基复材/铝合金材料淬火残余应力的调控效果越好。为此可选择采用措施为，1)使用机械搅拌装置；2)采用高温液体介质快速循环装置；3)装置存放高温液体介质容积须为材料体积20倍-60倍之间；4)将材料放入高温液体介质后，封闭有材料及高温液体介质的装置(装置具有绝热层)以阻断与外界空气的联系，阻止能量以蒸气的形式外泄；5)喷涂疏水深色涂层增大材料吸收热辐射能力。通过上述措施，时刻维持低温材料周围的高温介质的温度、流速，均匀地最大化材料整体表层与心部的瞬时温差，并结合深冷快热双重循环，来进一步加强对材料淬火残余应力的调控。
综上所述，本发明实施例所述铝基复材/铝合金的深冷快热处理方法与传统残余应力调控技术相比具有工艺简单，通用性好，效率高，无毒无污染，对材料无腐蚀的优点。同时与传统深冷慢/快热技术相比，效率更高，最大程度保存材料淬火组织，基本无二次相析出，对其它机械性能，如韧性、抗腐蚀能力，无负面影响，为后续可能的时效处理留下选择空间，对材料的淬火残余应力可以有效调控，降幅可达55％-65％。该技术便于在具有一定厚度的相关铝合金、铝基复材材质的复杂结构零部件上应用，具有大批量产业化前景。
具体地，根据本发明的一个实施例中，所述固溶温度范围为470℃-520℃，比如为470℃、480℃，或者为520℃等。该温度范围为铝基复材/铝合金材料的固溶温度，加热到该温度即可，避免温度过高造成资源浪费，温度过低难以达到铝基复材/铝合金材料的固溶温度。
具体地，根据本发明的一个实施例中，所述水淬处理时的水温不高于70℃。水淬处理时的水温低于70℃，可以使得铝基复材/铝合金与水温的温差较大，加大铝基复材/铝合金材料水淬的冷却速度，有利于形成超饱和固溶物，提高铝基复材/铝合金材料的整体性能。反之，水温高于70℃，例如80℃，将导致大量二次相过早析出，使材料屈服强度高，降低工艺对材料淬火残余应力的调控效率。
具体地，参阅附图1所示，根据本发明的又一个实施例中，步骤二中取出铝基复材/铝合金后的干燥时间应小于一小时，同时步骤二中取出铝基复材/铝合金后的干燥时间越短越好。这是因为，热处理铝基复材/铝合金中，淬火态的铝基复材/铝合金极易发生时效，试验证明固溶淬火后某些铝基复材/铝合金材料在室温条件下放置超过一小时或材料温度在100℃时保持1min，其硬度便会有显著提升。而铝基复材/铝合金材料的硬度/屈服强度越高，深冷快热循环对材料淬火残余应力的调控效果就越不明显。因此，本发明实施例要求淬火后干燥时间不超过一小时，也就是说水淬与步骤二、步骤三的第一、二次深冷快热之间间隔时间均应小于60min或者说水淬后60min内将已干燥铝基复材/铝合金材料静置在低温环境(一般指2℃以下)以最小化自然时效作用。
具体地，根据本发明的又一个实施例中，干燥后在铝基复材/铝合金材料表面喷涂黑色涂层。干燥后将铝基复材/铝合金材料表面喷涂黑色涂层，比如可以为深色石墨层可以提升铝基复材/铝合金材料表层的热辐射吸收率，便于在随后的快热环节中提高升温速率。但为了避免铝基复材/铝合金发生自然时效，步骤二中的干燥处理和喷涂黑色涂层时间之和应小于一小时，同时步骤二中的干燥处理和喷涂黑色涂层时间之和应尽量缩短。
具体地，根据本发明的又一个实施例，步骤三铝基复材/铝合金在循环高温液体介质中表面与心部的反向淬火瞬时最大温差不小于60℃，加热时间自铝基复材/铝合金放入循环高温液体介质中起70-100s。经试验证明步骤三铝基复材/铝合金在循环高温液体介质快热处理环节中同一时间铝基复材/铝合金材料表层与心部的瞬时温差越大，加热时间在70-100s时铝基复材/铝合金材料内部淬火残余应力越小，工艺效果越佳。
具体地，参阅附图1所示，根据本发明的另一个实施例中，步骤三中铝基复材/铝合金水冷及干燥处理的时间不超过一小时。这是因为，虽经步骤一和步骤二的第一轮深冷快热处理，但此时材料组织仍主要为淬火态组织，铝基复材/铝合金仍易发生自然时效强化。而铝基复材/铝合金材料的硬度/屈服强度越高，深冷快热循环对材料淬火残余应力的调控效果就越不明显。因此，本发明实施例要求循环高温液体介质快热处理后干燥时间不超过一小时，可以将此时仍具有大量淬火组织的铝基复材/铝合金材料的时效强化作用降到最低。同理，如上所述，步骤三中铝基复材/铝合金水冷及干燥处理的时间应尽量缩短。
具体地，参阅附图1所示，根据本发明的另一个实施例中，步骤四中的超低温环境保存时间为5-30min，这样可以避免溶质原子大量析出。如前所述，由于步骤四中第二次深冷快热处理的目的是在第一次深冷快热对材料残余应力的调控基础上进一步调控材料的淬火残余应力，因此，步骤四第二次深冷时需使材料整体缓缓降温，避免因速冷而导致新的残余应力产生，否则步骤四的第二次深冷快热循环后，材料内部残余应力反会大于第一次处理后材料内部残余应力。
具体地，根据本发明的又一个实施例中，所述循环高温液体介质为液态水，水具有比热容高、易获取、成本低、安全性高的优点，使用为液态水作为循环高温液体介质对降低铝基复材/铝合金残余应力具有十分重要的益处。
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将利用附图2所示循环快热装置进行几个实施例，并通过对应的对比例对本发明实施例进行进一步的展示。附图2为循环快热装置的一种简图，利用该装置对本发明实施例所示的调控铝基复材/铝合金残余应力进行快热处理。具体地，循环快热装置包括箱壁以及设置在箱壁内部的电加热装置、铝合金网格托盘、搅拌器、高温液体发生装置以及排液阀门等，短时间的快热处理时，图2中高温液体发生装置产生的高温液体(比如沸水)进入箱内，此时箱内已储存一定量的高温液体，打开箱壁下端的排液阀将高温液体排出(此时仍可以有高温液体流入)，以此动态平衡维持高温箱内的液(水)位，辅助以电加热装置对箱内高温液体进行加热，加上搅拌器搅拌，这确保箱内处处高温液体温度均匀，且时刻快速流动，在此前提下，再将超低温材料放入箱内托盘中后，可使近材料表层液体温度波动最小化，最大化材料与环境的换热效率。
实施例1
本实施例采用碳化硅颗粒增强铝基复材(15％SiCp/2009Al)作为样品进行本发明上述实施例的固溶水火+深冷快热循环处理，具体步骤为：
1)将厚度为80mm的碳化硅颗粒增强铝基复材(15％SiCp/2009Al)升至515±5℃进行固溶处理，平均升温速率为5℃/min，保温4小时后，水淬。
2)吹风擦拭干燥后对材料均匀喷涂深色石墨，干燥+喷涂过程约20min，后放入低温冷冻装置(约0℃)保存并转移。
3)将材料从冷冻装置取出并直接放入液氮罐中，保存5min后取出并迅速放入上述循环快热装置的高温循环沸水中，快热全过程中循环快热装置内沸水不断更新，循环快热装置的容积为材料体积20倍，将材料放入沸水后计时约100s后取出，放入室温水中冷却至室温。
4)吹风擦拭干燥材料后放入深冷箱以1℃/min冷却至液氮温度，保存5min后取出并迅速放入相同装置中的沸水中，计时100s后取出，放入室温水中冷却至室温。
参阅附图3所示，为本发明实施例中碳化硅颗粒增强铝基复材(15％SiCp/2009Al)材料心部与近表层的单次深冷快热时间与温度曲线，可见本发明实施例中碳化硅颗粒增强铝基复材(15％SiCp/2009Al)材料心部与近表层温度瞬时最大值约为81℃。参阅附图5所示，本实施例处理得到的碳化硅颗粒增强铝基复材(15％SiCp/2009Al)与未经深冷快热处理的碳化硅颗粒增强铝基复材相比，经XRD表面残余应力检测在T4态、单次深冷快热处理以后以及两次深冷快热处理以后均可至少有效降低材料表面残余应力，且经过两次深冷快热处理以后材料表面残余应力会降低到最低值。同时，参阅附图6、附图7(a)和附图7(b)所示，根据DSC实验与TEM透射结果显示，本发明实施例的碳化硅颗粒增强铝基复材在深冷快热处理后，淬火组织未发生明显二次相析出。
实施例2
本实施例采用2024铝合金作为样品进行固溶水淬+深冷快热循环处理，具体步骤为：
1)将厚度为80mm的2024铝合金升至495±5℃进行固溶处理，平均升温速率为20℃/min，保温4小时后，水淬。
2)吹风擦拭干燥后对材料均匀喷涂深色石墨，干燥+喷涂过程约20min，后放入低温冷冻装置(约-20℃)，保存并转移。
3)将材料从冷冻装置取出并直接放入液氮罐中，保存30min后取出并迅速放入上述循环快热装置的高温循环沸水中，装有高温循环沸水的上述循环快热装置与实施例1中相同，容积为材料体积60倍，将材料放入沸水后计时约100s后取出，放入室温水中冷却至室温。
4)吹风擦拭干燥后放入深冷箱以20℃/min冷却至液氮温度，保存30min后取出并迅速放入相同装置中的沸水中，计时约100s后取出，放入室温水中冷却至室温。
参阅附图4所示，为本发明实施例中2024铝合金材料心部与近表层的单次深冷快热时间与温度曲线，可见本发明实施例中2024铝合金材料心部与近表层温度差距瞬时最大值约为83℃。参阅附图8所示，图8为本发明实施例2热处理前后的残余应力幅值对比图，本发明实施例处理得到的2024铝合金与未经深冷快热处理的2024铝合金相比，在T4态、单次深冷快热处理以后以及两次深冷快热处理以后都可有效降低材料表面残余应力，且经过两次深冷快热处理以后材料表面残余应力会降低到最低值。
对比例1
本对比例相对于上述实施例1的碳化硅颗粒增强铝基复材(15％SiCp/2009Al)，固溶条件一致，未经深冷快热循环处理，经XRD表面残余应力检测技术检测T4状态下材料表面残余压应力幅值为231MPa。
对比例2
本对比例相对于上述实施例2的2024铝合金，固溶条件一致，未经深冷快热循环处理，经XRD表面残余应力检测技术检测T4状态下表面残余压应力幅值为242MPa。
最后，参阅附图9所示，为本发明实施例1、实施例2、对比例1和对比例2得到的材料进行力学性能检测和试块切口夹紧测量的比对结果图。由附图9可知，本发明实施例1所得材料的力学性能(抗拉强度、屈服强度、延伸率)优于对比例1，本发明实施例2所得材料的力学性能(抗拉强度、屈服强度、延伸率)优于对比例2，经试块切口夹紧测量实验，本发明实施例1也优于对比例1，本发明实施例2也优于对比例2。
需要注意的是，本发明实施例上述力学性能测试、切口夹紧测试等对试验样品和对比样品在试验前均自然时效4天以上。
综上所述，本发明实施例所述铝基复材/铝合金的深冷快热处理方法与传统残余应力调控技术相比具有工艺简单，效率高，无毒无污染，对材料无腐蚀的优点。同时与传统深冷慢热技术相比，效率更高，最大程度保存材料淬火组织，基本无二次相析出，对其它机械性能，如韧性、抗腐蚀能力，无负面影响，为后续可能的时效处理留下选择空间，对材料的淬火残余应力可以有效调控。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将厚度不小于10mm的铝基复材/铝合金均匀加热至固溶温度，待溶质元素完全溶入铝基体以后，进行水淬处理；
步骤二：待铝基复材/铝合金在水淬处理后将其冷却至水温，取出干燥，干燥时间不多于一小时，干燥后置于超低温环境，待其完全冷却至低于-190℃的超低温环境温度后继续保温短暂时间；
步骤三：将铝基复材/铝合金取出并快速投入循环高温液体介质，随后将铝基复材/铝合金取出并进行室温水冷处理，冷却至水温后取出干燥，干燥时间不长于60min，循环高温液体介质的温度不超过190℃；
步骤四：将铝基复材/铝合金放入深冷箱中缓慢冷却至超低温介质温度，待材料完全冷却至目标温度后保存短暂时间后取出并立即再次进行步骤三处理，完成铝基复材/铝合金材料的残余应力消除；
所述水淬处理时的水温不高于70℃；
步骤三铝基复材/铝合金在循环高温液体介质中表面与心部的反向淬火瞬时最大温差不小于60℃，加热时间自铝基复材/铝合金放入循环高温液体介质中起70-100s。
2.根据权利要求1所述的一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，其特征在于，所述固溶温度范围为470℃-520℃。
3.根据权利要求1所述的一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，其特征在于，步骤二中干燥后在铝基复材/铝合金材料表面喷涂黑色涂层。
4.根据权利要求1所述的一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，其特征在于，步骤二铝基复材/铝合金应在超低温环境中完全冷却至环境温度后保温5-30min。
5.根据权利要求1所述的一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，其特征在于，步骤三中铝基复材/铝合金水冷及干燥处理的时间不超过一小时。
6.根据权利要求1所述的一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，其特征在于，步骤四中的保存时间为5-30min。
7.根据权利要求1所述的一种调控铝基复材/铝合金残余应力的热处理方法，其特征在于，所述循环高温液体介质为液态水。
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