CN114990397A - 一种基于冷变形和固溶时效的强化zl201铝合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,属于ZL201铝合金强化技术领域。本发明将纯铝锭、Cu、Mn和Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼,铝锭开始融化时,加入覆盖剂,继续升温熔炼至熔体温度达740~750℃,扒渣得到ZL201铝合金熔体,加入精炼剂并恒温熔炼5~8min,扒渣,浇注即得ZL201铝合金;将ZL201铝合金进行冷变形处理得到冷变形ZL201铝合金,冷变形ZL201铝合金经固溶时效处理即得强化ZL201铝合金。本发明通过对ZL201铝合金冷变形处理后进行固溶时效,可以提高ZL201铝合金的再结晶程度,以及ZL201铝合金的硬度,且操作方便工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,属于ZL201铝合金强化技术领域。
背景技术
铝的密度小,是热的良导体,还具有良好的延展性。ZL201是铝铜系铸造铝合金,具有高的热处理效果和热稳定性。但随着铝合金应用领域的不断扩大,对其性能的要求也越来越高。提高铝合金性能的关键是改善合金组织。
目前强化ZL201的方法是在铝合金中添加Sc后,在热处理过程中析出与基体共格的弥散分布的Al3Sc相,Al3Sc是LI2结构的金属间化合物,塑性较好,熔点极高,此外,Sc对铝合金的晶粒细化效果明显,抑制晶粒长大,大幅度提高了合金的强度及塑性。然而,Sc的产量很少,价格昂贵,难以在工业大批量生产中得到实际应用,限制了它的应用。
发明内容
本发明针对现有ZL201合金强化的问题,本发明提供一种基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,即利用冷变形使ZL201铝合金晶格产生畸变,其晶格畸变、位错增多、晶粒被拉长细化以及出现亚结构而提升ZL201铝合金的硬度,再通过固溶和时效处理改善微观组织,提高力学性能。
一种基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,具体步骤如下:
(1)将纯铝锭、Cu、Mn和Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼,铝锭开始融化时,加入覆盖剂,继续升温熔炼至熔体温度达740~750℃,扒渣得到ZL201铝合金熔体,加入精炼剂并恒温熔炼5~8min,扒渣,浇注在预热的模具内即得ZL201铝合金;
(2)将ZL201铝合金进行冷变形处理得到冷变形ZL201铝合金,冷变形ZL201铝合金经固溶时效处理即得强化ZL201铝合金;
以质量百分数计,步骤(1)ZL201铝合金熔体中Cu的含量为4.5~5.3%、Mn的含量为0.6~1.0%、Ti的含量为0.15~0.35%,其余为铝和不可避免的杂质;
所述步骤(1)覆盖剂为NaCl和KCl,NaCl和KCl的质量比为1:1,覆盖剂的添加量为纯铝锭、Cu、Mn和Ti的总质量的1.0%~1.5%;
所述步骤(1)精炼剂为C2Cl6,C2Cl6的添加量为纯铝锭、Cu、Mn和Ti的总质量的1.0%~1.5%;
所述步骤(2)冷变形处理为冷轧制,冷变形处理的冷变形量为70~80%;
所述步骤(2)固溶处理的温度为535~540℃,固溶时间为120~240min;
所述步骤(2)时效处理温度为175~180℃,时效时间为3~6h。
本发明的有益效果是:
(1)本发明利用冷变形使ZL201铝合金晶格产生畸变,其晶格畸变、位错增多、晶粒被拉长细化以及出现亚结构而提升ZL201铝合金的硬度,但是冷变形也导致合金晶粒破碎,位错密度增大,材料各部分变形不均匀,金属内部形成残余应力,通过固溶和时效处理,铝合金晶粒经过变形-恢复-再结晶,改善破碎组织并细化晶粒,使其力学性能得到提高;
(2)本发明ZL201铝合金的显微硬度随着变形量的提高而提高,冷变形有利于强化ZL201。
附图说明
图1为对比例ZL201合金的金相图;
图2为实施例1冷变形70%后进行固溶时效处理的ZL201合金的金相图;
图3为实施例2冷变形75%后进行固溶时效处理的ZL201合金的金相图;
图4为实施例3冷变形80%后进行固溶时效处理的ZL201合金的金相图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于所述内容。
对比例:ZL201铝合金的制备方法,具体步骤如下:
(1)将95g铝锭、5g的Cu、0.8g的Mn和0.3g的Ti放入经预热干燥过的氧化铝坩埚中在井式电阻炉中加热升温熔炼,待铝锭软化时加入覆盖剂(NaCl和KCl)继续升温至温度为750℃并恒温熔炼30min得到ZL201铝合金熔体;其中覆盖剂中NaCl和KCl的质量比为1:1,覆盖剂(NaCl和KCl)的加入量为纯铝、Cu、Mn、Ti的总质量的1.0%,覆盖剂可防止合金熔体氧化和吸氢;
(2)将精炼剂(C2Cl6)加入到ZL201铝合金熔体内恒温熔炼5min,进行扒渣,浇注至温度为250℃的预热模具中即得ZL201铝合金;其中精炼剂(C2Cl6)的加入量为纯铝、Cu、Mn、Ti的总质量的1.0%;
本对比例ZL201铝合金的金相图见图1,从图1可知,铸态晶粒形状不规则,晶粒大小较为规则;
本对比例ZL201铝合金的显微硬度为88HV。
实施例1:一种冷变形处理后固溶时效强化ZL201铝合金的方法,具体步骤如下:
(1)将95g铝锭、5g的Cu、0.8g的Mn和0.3g的Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼,待铝锭开始融化时,加入覆盖剂(NaCl和KCl),继续升温熔炼至熔体温度为750℃进行扒渣得到ZL201铝合金熔体;其中覆盖剂中NaCl和KCl的质量比为1:1,覆盖剂(NaCl和KCl)的加入量为0.1g,覆盖剂可防止合金熔体氧化和吸氢;
(2)将精炼剂(C2Cl6)加入到ZL201铝合金熔体内恒温熔炼5min,进行扒渣,浇注至温度为250℃的预热模具中即得ZL201铝合金;其中精炼剂(C2Cl6)的加入量为0.1g;
(3)将浇铸得到的ZL201切割得到3.93mm的板状试样,将其进行冷轧制,在室温下挤压速度为0.2mm·s-1,经过5道次轧制,下压量为2.35mm,得到变形量为70%的变形ZL201;
(4)将变形量为70%的变形ZL201在温度540℃下固溶处理120min,再在温度180℃下时效处理6h后即得强化ZL201;
本实施例强化ZL201铝合金经过显微硬度测试可知:显微硬度值为103HV,比对比例ZL201铝合金硬度提高了18.75%;
本实施例强化ZL201铝合金的金相图见图2,从图1和图2可知,本实施例强化ZL201铝合金经过冷变形后固溶时效处理,晶粒发生再结晶,但有部分黑色θ(Al2Cu)未完全固溶进去,再结晶程度弱。
实施例2:一种冷变形处理后固溶时效强化ZL201铝合金的方法,具体步骤如下:
(1)将95g铝锭、5g的Cu、0.8g的Mn和0.3g的Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼,待铝锭开始融化时,加入覆盖剂(NaCl和KCl),继续升温熔炼至熔体温度为750℃进行扒渣得到ZL201铝合金熔体;其中覆盖剂中NaCl和KCl的质量比为1:1,覆盖剂(NaCl和KCl)的加入量为0.1g,覆盖剂可防止合金熔体氧化和吸氢;
(2)将精炼剂(C2Cl6)加入到ZL201铝合金熔体内恒温熔炼6min,进行扒渣,浇注至温度为260℃的预热模具中即得ZL201铝合金;其中精炼剂(C2Cl6)的加入量为0.1g;
(3)将浇铸得到的ZL201切割得到3.93mm的板状试样,将其进行冷轧制,在室温下挤压速度为0.2mm·s-1,经过6道次轧制,下压量为2.6mm,得到变形量为75%的变形ZL201;
(4)将变形量为75%的变形ZL201在温度540℃下固溶处理120min,再在温度180℃下时效处理6h后即得强化ZL201;
本实施例强化ZL201铝合金经过显微硬度测试可知:显微硬度值为111HV,比对比例ZL201铝合金硬度提高了26.14%;
本实施例强化ZL201铝合金的金相图见图3,从图1和图3可知,本实施例强化ZL201铝合金经过冷变形后固溶时效处理,晶粒发生再结晶,但有部分黑色θ(Al2Cu)未完全固溶进去,再结晶程度较于变形量为70%有所提高。
实施例3:一种冷变形处理后固溶时效强化ZL201铝合金的方法,具体步骤如下:
(1)将95g铝锭、5g的Cu、0.8g的Mn和0.3g的Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼,待铝锭开始融化时,加入覆盖剂(NaCl和KCl),继续升温熔炼至熔体温度为750℃进行扒渣得到ZL201铝合金熔体;其中覆盖剂中NaCl和KCl的质量比为1:1,覆盖剂(NaCl和KCl)的加入量为0.1g,覆盖剂可防止合金熔体氧化和吸氢;
(2)将精炼剂(C2Cl6)加入到ZL201铝合金熔体内恒温熔炼8min,进行扒渣,浇注至温度为245℃的预热模具中即得ZL201铝合金;其中精炼剂(C2Cl6)的加入量为0.1g;
(3)将浇铸得到的ZL201切割得到3.93mm的板状试样,将其进行冷轧制,在室温下挤压速度为0.2mm·s-1,经过7道次轧制,下压量为3.13mm,得到变形量为80%的变形ZL201;
(4)将变形量为80%的变形ZL201在温度540℃下固溶处理120min,再在温度180℃下时效处理6h后即得强化ZL201;
本实施例强化ZL201铝合金经过显微硬度测试可知:显微硬度值为120HV,比对比例ZL201铝合金硬度提高了36.36%;
本实施例强化ZL201铝合金的金相图见图4,从图1和图4可知,本实施例强化ZL201铝合金经过冷变形后固溶时效处理,晶粒发生再结晶,黑色θ(Al2Cu)基本固溶进去,再结晶程度高。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,其特征在于:具体步骤如下:
(1)将纯铝锭、Cu、Mn和Ti加入到熔炼炉内进行升温熔炼,铝锭开始融化时,加入覆盖剂,继续升温熔炼至熔体温度达740~750℃,扒渣得到ZL201铝合金熔体,加入精炼剂并恒温熔炼5~8min,扒渣,浇注即得ZL201铝合金;
(2)将ZL201铝合金进行冷变形处理得到冷变形ZL201铝合金,冷变形ZL201铝合金经固溶时效处理即得强化ZL201铝合金。
2.根据权利要求1所述基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,其特征在于:以质量百分数计,步骤(1)ZL201铝合金熔体中Cu的含量为4.5~5.3%、Mn的含量为0.6~1.0%、Ti的含量为0.15~0.35%,其余为铝和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,其特征在于:步骤(1)覆盖剂为NaCl和KCl,NaCl和KCl的质量比为1:1,覆盖剂的添加量为纯铝锭、Cu、Mn和Ti的总质量的1.0%~1.5%。
4.根据权利要求1所述基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,其特征在于:步骤(1)精炼剂为C2Cl6,C2Cl6的添加量为纯铝锭、Cu、Mn和Ti的总质量的1.0%~1.5%。
5.根据权利要求1所述基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,其特征在于:步骤(2)冷变形处理为冷轧制,冷变形处理的冷变形量为70~80%。
6.根据权利要求5所述基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,其特征在于:步骤(2)固溶处理的温度为535~540℃,固溶时间为120~240min。
7.根据权利要求1所述基于冷变形和固溶时效的强化ZL201铝合金的方法,其特征在于:步骤(2)时效处理温度为175~180℃,时效时间为3~5h。
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