CN115354251B - 一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，属于金属热处理技术领域，该方法通过对时效强化型合金进行冷轧或冷锻处理；对冷轧或冷锻处理后的时效强化型合金，进行第一次升温处理，并进行第一次热轧或热锻处理；对第一次热轧或热锻处理后的时效强化型合金，进行第二次升温处理，并进行第二次热轧或热锻处理；采用三段连续式时效过程，利用缺陷对析出过程的促进和调控作用，可在较短时间内提高时效强化型合金的析出程度并极大限制第二相的尺寸，从而达到提高时效强化型合金的综合性能水平。解决了现有技术中热处理工艺下，时效强化型合金析出程度和析出相尺寸难以兼顾，导致的时效强化型合金材料性能低的问题。
Description
技术领域
本发明属于金属热处理技术领域，涉及一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法。
背景技术
时效强化型合金是一类可通过热处理析出第二相从而有效提高强度的材料，其中析出相的尺寸和数量是决定析出强化效果的两个关键参量。为充分利用析出强化效应，需要尽可能提高析出程度且使析出相不粗化。
但在实际生产中，提高析出程度一般可通过时效前冷变形或者延长时效时间来实现，但这两种方法均存在一定的局限性：时效前冷变形对析出程度的提高有限，且大冷变形下材料在加工过程中易开裂、表层和芯部变形程度难均匀而使得不同区域热处理状态存在显著梯度差异，在此基础上稍延长时效时间又造成析出相快速粗化而导致材料强度降低；单独增大时效时间亦同样会造成析出相粗化而牺牲强度，导致析出程度较低，除极大限制了时效强化型合金的性能水平外，残留在基体中的固溶元素还会对合金的导电导热等传导性能产生严重不利影响。
因此，急需一种在不粗化析出相尺寸的前提下，提高析出程度的工艺，以不断提高析出强化型合金的综合性能。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中热处理工艺下，时效强化型合金析出程度和析出相尺寸难以兼顾，导致的时效强化型合金材料性能低的问题，提供一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，该方法通过利用缺陷对析出过程的促进和调控作用，合理设计了三段连续式时效过程，实现在较短时间内尽可能提高时效强化型合金的析出程度并极大限制第二相的尺寸，从而达到提高时效强化型合金的综合性能水平。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提供一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，包括以下步骤：
确定时效强化型合金的时效温度区间；
对时效强化型合金进行冷轧或冷锻处理；
根据时效温度区间，对冷轧或冷锻处理后的时效强化型合金进行第一次升温处理，并进行第一次热轧或热锻处理；
根据时效温度区间，对第一次热轧或热锻处理后的时效强化型合金进行第二次升温处理，并进行第二次热轧或热锻处理，完成提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理过程。
优选地，所述效强化型合金为铜合金、铝合金、镁合金、沉淀硬化钢、钛合金或镍基合金。
优选地，冷轧或冷锻处理的时效强化型合金的变形量为30～60％。
优选地，第一次升温处理的升温速率为10～100K/min，保温时间为1～2h。
优选地，第一次升温处理的温度为时效温度区间的70～90％。
优选地，第一次热轧或热锻处理的时效强化型合金的变形量为20～30％，保温时间为1～2h。
优选地，第二次升温处理的升温速率为10～100K/min。
优选地，第二次升温处理的温度为时效温度区间的90～100％。
优选地，第二次热轧或热锻处理的时效强化型合金的变形量为10～30％，保温时间为1～5h。
优选地，冷轧或冷锻、第一次热轧或热锻以及第二次热轧或热锻的时效强化型合金的变形方向均保持一致。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，该方法将合理设计三段析出过程，分别为：对时效强化型合金进行冷轧或冷锻处理，该过程可使时效强化型合金形成高密度析出相；其次，根据时效温度区间，对冷轧或冷锻处理后的时效强化型合金，进行第一次升温处理，并进行第一次热轧或热锻处理，该过程中实现对上一过程中产生的缺陷进行弥补，进一步促进析出相；最后，根据时效温度区间，对第一次热轧或热锻处理后的时效强化型合金，进行第二次升温处理，并进行第二次热轧或热锻处理，通过升高析出温度推动析出相快速、大量形核，提高析出程度且保证第二相尽量不粗化。此三段析出过程充分考虑了升温过程和不同时效阶段时效强化型合金材料的变形能力特点，实现在全时效过程中时效强化型合金材料内部的缺陷密度均维持在较高水平，以保证时效条件利于第二相形核而非仅单向利于粗化；其次，尽可能地提高材料的析出程度并限制第二相粗化，从而使时效强化型合金材料在实现更高强度水平的同时，能获得更好的导电、导热等传导性能。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明的提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法流程图。
图2为本发明的处理方法与传统热处理方法缺陷密度随时间变化对比图。
图3为本发明的处理方法与传统热处理方法析出速度随时间变化对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明提供一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，包括以下步骤：
S1：确定时效强化型合金的时效温度区间；根据《热处理工艺规范数据手册》确定合金时效温度区间。
S2：对时效强化型合金进行冷轧或冷锻处理；其中，冷轧或冷锻处理的时效强化型合金的变形量为30～60％。
S3：根据时效温度区间，对冷轧或冷锻处理后的时效强化型合金进行第一次升温处理，并进行第一次热轧或热锻处理，具体操作为：
以10～100K/min的速率升温至上述温度区间时效温度区间的70～90％范围内，保温1～2h，完成第一次升温处理；
对第一次升温处理后的时效强化型合金进行第一次热轧或热锻处理，时效强化型合金的变形量为20～30％，保温1～2h。
S4：根据时效温度区间，对第一次热轧或热锻处理后的时效强化型合金进行第二次升温处理，并进行第二次热轧或热锻处理，完成提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理过程，具体操作为：以10～100K/min的速率，将第一次热轧或热锻处理后的时效强化型合金，升温至合金时效温度区间的90～100％的范围内，完成第二次升温处理；
将第二次升温处理后的时效强化型合金进行第二次热轧或热锻处理，时效强化型合金的变形量为10～30％，保温时间为1～5h。
其中，所述效强化型合金为铜合金、铝合金、镁合金、沉淀硬化钢、钛合金或镍基合金；冷轧或冷锻、第一次热轧或热锻以及第二次热轧或热锻的时效强化型合金的变形方向均保持一致。
以下实施例以Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金为例，经对比《热处理工艺规范数据手册》，确定该合金时效温度区间为：450～540℃；该合金时效温度区间的70～90％为315～486℃，该合金时效温度区间90～100％的范围为405～540℃。
实施例1
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为30％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为10K/min的速度进行第一次升温处理，升温至315℃，保温2h；并进行第一次热轧处理，变形量为30％，保温1h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为10K/min的速度升温至405℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为30％，保温5h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例2
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为50％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为15K/min的速度进行第一次升温处理，升温至320℃，保温1.5h；并进行第一次热轧处理，变形量为20％，保温1.5h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为15K/min的速度升温至430℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为10％，保温3h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例3
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为35％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为18K/min的速度进行第一次升温处理，升温至332℃，保温1.3h；并进行第一次热轧处理，变形量为25％，保温1h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为20K/min的速度升温至410℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为25％，保温3h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例4
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为60％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为100K/min的速度进行第一次升温处理，升温至486℃，保温1.5h；并进行第一次热轧处理，变形量为20％，保温1.5h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为100K/min的速度升温至540℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为10％，保温1h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例5
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为40％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为30K/min的速度进行第一次升温处理，升温至475℃，保温1.4h；并进行第一次热轧处理，变形量为23％，保温1.5h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为30K/min的速度升温至475℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为15％，保温4h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例6
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为38％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为40K/min的速度进行第一次升温处理，升温至480℃，保温1.5h；并进行第一次热轧处理，变形量为25％，保温1.5h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为38K/min的速度升温至520℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为20％，保温3h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例7
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为45％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为70K/min的速度进行第一次升温处理，升温至450℃，保温1.6h；并进行第一次热轧处理，变形量为28％，保温1.5h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为70K/min的速度升温至530℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为10％，保温5h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例8
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为55％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为80K/min的速度进行第一次升温处理，升温至380℃，保温1.6h；并进行第一次热轧处理，变形量为28％，保温1h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为80K/min的速度升温至460℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为15％，保温5h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例9
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为60％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为55K/min的速度进行第一次升温处理，升温至400℃，保温2h；并进行第一次热轧处理，变形量为28％，保温1.5h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为55K/min的速度升温至500℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为15％，保温5h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例10
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为55％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为60K/min的速度进行第一次升温处理，升温至400℃，保温2h；并进行第一次热轧处理，变形量为30％，保温2h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为60K/min的速度升温至480℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为25％，保温4h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
实施例11
将Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金进行冷轧处理，变形量为48％；
将冷轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为90K/min的速度进行第一次升温处理，升温至420℃，保温1h；并进行第一次热轧处理，变形量为20％，保温1h；
将第一次热轧处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金，以升温速率为90K/min的速度升温至500℃，完成第二次升温处理；并进行第二次热轧处理，变形量为15％，保温2h，得到提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理后的Cu-2.69Ni-1.14Si-0.45Cr(at.％)合金。
参见图2和图3，实线表示传统的热处理方法曲线，虚线表示新方法热处理曲线，即本发明提供的提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法曲线；可见，传统热处理条件下的缺陷密度和析出速度均随时间的推移呈现出下降的趋势，限制了合金材料的强度、硬度等综合性能；本发明的处理方法结合初始材料变形能力强并同时考虑到升温过程对缺陷的消除效应以及缺陷对促进析出速度、降低析出温度的作用，设计了大冷变形配合较低温度的预析出过程以形成高密度的析出相；在前一过程中，缺陷促进析出后其含量会显著降低，通过合理的热变形动态补充缺陷密度，进一步促进析出相形核而非粗化；在前两段形成较高含量、大密度析出相的条件下，升高析出温度，进一步为不同时效阶段材料的变形能力制定合理热变形以回补缺陷密度，推动析出相快速、大量形核，提高析出程度且保证第二相尽量不粗化，从而材料的密度缺陷及析出速度随时间呈现波动变化，始终维持在一定的区间内，保证了时效强化型合金维持更高综合性能水平。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定时效强化型合金的时效温度区间；
对时效强化型合金进行冷轧或冷锻处理，冷轧或冷锻处理的时效强化型合金的变形量为30～60%；
根据时效温度区间，对冷轧或冷锻处理后的时效强化型合金进行第一次升温处理，并进行第一次热轧或热锻处理；其中，第一次升温处理的升温速率为10～100K/min，第一次升温处理的温度为时效温度区间的70～90%；第一次热轧或热锻处理的时效强化型合金的变形量为20～30%；
根据时效温度区间，对第一次热轧或热锻处理后的时效强化型合金进行第二次升温处理，并进行第二次热轧或热锻处理，完成提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理过程；其中，第二次升温处理的升温速率为10～100K/min，第二次升温处理的温度为时效温度区间的90～100%；第二次热轧或热锻处理的时效强化型合金的变形量为10～30%。
2.根据权利要求1所述的一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，其特征在于，所述效强化型合金为铜合金、铝合金、镁合金、沉淀硬化钢、钛合金或镍基合金。
3.根据权利要求1所述的一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，其特征在于，第一次升温处理的保温时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，其特征在于，第一次热轧或热锻处理的保温时间为1～2h。
5.根据权利要求1所述的一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，其特征在于，第二次热轧或热锻处理的保温时间为1～5h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种提高析出程度且抑制析出相粗化的热处理方法，其特征在于，冷轧或冷锻、第一次热轧或热锻以及第二次热轧或热锻的时效强化型合金的变形方向均保持一致。
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