CN114457297A - 一种降低喷射成形铝合金的热塑性变形抗力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种降低喷射成形铝合金的热塑性变形抗力的方法，属于铝合金加工技术领域。在变形前对致密化喷射成形的铝合金试样进行高温短时保温；然后进行热塑性变形；高温保温温度为420℃，保温时间为0～4h，且不为0；保温后水淬。可以有效控制合金的微观组织，提高热加工性能。该方法利用铝合金再热变形过程中的合金变形抗力及动态再结晶行为制定热加工制度，适用性广，易于实现工业化规模生产，适用于各系铝合金材料。操作简单，考虑全面，实用性强。

Description

一种降低喷射成形铝合金的热塑性变形抗力的方法
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及降低铝合金热塑性变形抗力的方法。
背景技术
铝合金由于密度小，比强度比刚度小，耐腐蚀易成形等优点，在和航空航天、造船和汽车领域有广泛的应用。Al-Zn-Mg-Cu具有高强耐腐蚀性的优点，广泛应用于飞机的机身框架、机翼结构和高强度结构零件，在航空航天领域有着不可或缺的作用。喷射成形工艺作为一种成型方法，与传统铸造合金相比合金具有较高的致密度，更好的焊接性和耐腐蚀性能。喷射成型技术具有较高的凝固速率，合金化程度高，可有效消除宏观偏析，并获得细小均匀的微观组织，在制备大尺寸、高合金化锭坯上具有较大的优势。但是喷射成形Al-Zn-Mg-Cu铝合金铸锭存在大量缺陷，因此将合金进行致密化处理。致密化后合金存在大量的析出相沿挤压方向分布，将会影响进一步热加工变形，影响合金变形抗力和再结晶，最终影响铝合金的性能。此外，合金正向挤压比与变形抗力大，难成型，并且材料经历大变形同时发生动态再结晶，由于塑性变形的不均匀性，局部动态再结晶组织在固溶处理时易产生粗晶缺陷，导致组织性能不均。荣莉等人(专利CN113234974A)通过调控合金预析出，使合金预析出第二相，从而降低合金变形抗力。喷射成形合金本身就析出大量微米级颗粒，热加工过程中加热会使析出相发生回溶，因此，有必要研究不同热加工时间对合金析出情况影响，进而发挥析出相的作用，降低合金固溶强化作用，从而降低合金变形抗力。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种降低喷射成形铝合金变形抗力的方法，此方法充分考虑了变形保温时间对析出相与变形机制的影响。该方法结合流变行为与动态再结晶，使其在较短时间下保温后热变形，进一步改善喷射成形铝合金的塑性成形能力，获得组织均匀细小、综合力学性能优良的热变形铝合金。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种降低铝合金变形抗力的方法，包括以下步骤：
(1)在变形前对致密化喷射成形的铝合金试样进行高温短时保温；
(2)然后进行热塑性变形。
其中步骤(1)为从喷射成形铝合金铸锭中取样，铝合金试样为Al-Zn-Mg-Cu系合金，进一步所述合金为Al-(7.6-8.4)Zn-(1.8-2.3)Mg-(2.0-2.6)Cu铝合金。
步骤(1)高温保温温度为420℃，保温时间为0～4h，且不为0。保温后水淬。
步骤(2)热塑性变形为热压缩，选取应变速率和应变量，获取热塑性变形数据。将样品以10℃/s-1的速率升温到420℃，保温1min后按照试验方案进行等温热压缩实验。根据选取的热变形参数范围，设计试验方案，变形温度为420℃，应变速率为0.01，0.1，1和10s-1，应变量为0.6，热变形后放入水中淬火；根据热模拟实验数据，绘制真应力-真应变曲线，可以得到合金变形抗力。
本发明的有益效果
(1)本发明充分考虑了变形加热保温时间对合金析出相与热变行为的影响，确保合金具有较低的塑性变形抗力和稳定的变形机制。
(2)本发明可获得良好加工性能铝合金加工产品，加工效率高，实用性强，易于推广。
附图说明
图1为加热保温不同时间的背散射电子图像。(a)加热420℃/0h，(b)加热420℃/2h，(c)加热420℃/4h。
图2为不同应变速率下的真应力-真应变曲线图，其中(a)为10s-1，(b)为1s-1，(c)为0.1s-1，(d)为0.01s-1。
图3为实施例1的EBSD示意图，(a)为再结晶百分比变化图，(b)为晶粒取向变化。
具体实施方式：
下面结合具体实例进一步阐述本发明，但本发明并不限于以下实施例。
1.以喷射成形Al-Zn-(8.40)Mg-(2.00)Cu-(2.36)铝合金为例。从致密化挤压板中取料，车加工成热模拟实验所需的圆柱体小试样，试样尺寸为Φ8×12mm。对试样在420℃下加热0h、2h、4h后水淬，立即利用Gleeble-3500热模拟试验机对圆柱试样进行热模拟实验。变形温度为420℃，应变速率选取0.01-10s-1。样品以10℃/s-1的速率升温到420℃，保温1min后按照试验方案进行等温热压缩实验，变形量达到60％时停止压缩，将试样迅速放入水中淬火。
2.试样加热保温后析出相出现回溶，如图1所示。
3.根据热模拟实验得到的数据，绘制合金不同变形条件下的真应力-真应变曲线，如图2所示。
实施例1
对图2的合金流变应力曲线进行分析，下表1为应变速率为10S-1的峰值应力和峰值应力降低百分率，结果表明：在应变速率为10S-1时，降低合金变形前加热时间可以降低合金变形抗力，降低百分率可达7.6％。
表1应变速率为10S-1的峰值应力和峰值应力降低百分率
Figure BDA0003471819340000041
实施例2
对图2的合金流变应力曲线进行分析，下表2为应变速率为1S-1的峰值应力和峰值应力降低百分率，结果表明：在应变速率为1S-1时，降低合金变形前加热时间可以降低合金变形抗力，降低百分率可达20.68％。
表2应变速率为1S-1的峰值应力和峰值应力降低百分率
Figure BDA0003471819340000051
实施例3
对图2的合金流变应力曲线进行分析，下表3为应变速率为0.1S-1的峰值应力，结果表明：在应变速率为0.1S-1时，降低合金变形前加热时间可以降低合金变形抗力，降低百分率可达12.47％。
表3应变速率为0.1S-1的峰值应力和峰值应力降低百分率
Figure BDA0003471819340000052
并且在图2“合金不同条件下的真应力应变曲线”内选择应变速率0.1℃/s-1不同加热保温时间热变形后的试样进行电子背散射衍射(EBSD)分析(如图3)。保温时间2h，再结晶分数降低，为41.78％，亚结构增加占44.68％。保温时间进一步增加到4h，再结晶分数进一步降低为39.81％，亚结构进一步增加到46.00％。随着变形前保温时间的增加，合金由小角度晶界更多的转向大角度晶界，并且再结晶分数降低，亚结构分数增加。
实例3说明，缩短变形过程中的加热保温时间，合金再结晶增多，可以显著降低合金变形抗力。
实施例4
对图2的合金流变应力曲线进行分析，下表4为应变速率为0.01S-1的峰值应力，结果表明：在应变速率为0.01S-1时，降低合金变形前加热时间可以降低合金变形抗力，降低百分率可达10.01％。
表4应变速率为0.01S-1的峰值应力和峰值应力降低百分率
Figure BDA0003471819340000061
因此，本发明通过考虑热加工过程加热保温时间来确定适宜的热加工工艺参数，并且充分考虑合金的再结晶过程，有利于降低喷射成形铝合金的变形抗力。

Claims (4)

1.一种降低铝合金变形抗力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在变形前对致密化喷射成形的铝合金试样进行高温短时保温；
(2)然后进行热塑性变形；
步骤(1)高温保温温度为420℃，保温时间为0～4h，且不为0；保温后水淬。
2.按照权利要求1所述的一种降低铝合金变形抗力的方法，其特征在于，步骤(1)为从喷射成形铝合金铸锭中取样，铝合金试样为Al-Zn-Mg-Cu系合金，所述合金为Al-(7.6-8.4)Zn-(1.8-2.3)Mg-(2.0-2.6)Cu铝合金。
3.按照权利要求1所述的一种降低铝合金变形抗力的方法，其特征在于，步骤(2)热塑性变形为热压缩，选取应变速率和应变量，获取热塑性变形数据，变形温度范围为250-500℃，应变速率为0.01-10s-1，应变量为0.6，热变形后放入水中淬火。
4.按照权利要求3所述的一种降低铝合金变形抗力的方法，其特征在于，热塑性变形为：将样品以10℃/s-1的速率升温到420℃，保温1min后按照试验方案进行等温热压缩实验，变形量达到60％时停止压缩，将试样迅速放入水中淬火。
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