CN115821177B - 一种析出强化型铝合金强韧化的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金强韧化以及相关应用的技术领域，具体涉及一种析出强化型铝合金强韧化的方法及其应用，包括以下步骤：将铝合金片材轧制后热处理后冷却；将热处理后的样品在室温下继续进行轧制；每次轧制至一定变形量后，将样品对半折叠，继续轧制，重复折叠及轧制至一定道次；将完成室温轧制的样品在一定温度下进行热轧，每次热轧至一定变形量后，将样品对半折叠，继续热轧，每次折叠及热轧至一定变形量为一道次，重复折叠及热轧至一定道次，最后得到合金材料。本发明提供的析出强化型铝合金强韧化的方法原理简单，工艺简单，设备需求低，效率高，同时免除了后续多种固溶时效等长时间热处理工艺流程，能得到综合强韧性良好的铝合金材料。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金强韧化以及相关应用的技术领域，具体涉及一种析出强化型铝合金强韧化的方法及其应用。
背景技术
析出强化型铝合金是以第二相析出物为主要强化来源的铝合金，析出强化型铝合金的种类繁多、广泛应用于各个领域。
合金的性能和内部的第二相析出物的形态、分布等密切相关，而第二相析出物大多是通过调整热处理工艺来调整，现有工艺大多是采用固溶时效处理工艺得到弥散分布的析出物从而得到性能优秀的析出强化型铝合金。目前对于提升析出强化型铝合金的方法主要是通过调控改变热处理工艺参数来调控析出相，从而提升材料性能。工艺流程比较复杂且能耗较大、成本较高。
析出强化型铝合金同时也经常作为金属基体用于制备复合材料。以颗粒增强金属基复合材料为例，目前的颗粒增强金属基复合材料大多是通过粉末冶金法和搅拌熔铸法制备，这种制备方法制备出的复合材料难以控制其颗粒增强体在复合材料中的分布均匀性，容易产生偏聚，影响复合材料性能。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种析出强化型铝合金强韧化的方法，工艺简单，无污染性，效率高，成本较低。
本发明的目的之二在于提供一种析出强化型铝合金强韧化的方法的应用，用以制备颗粒增强铝合金基复合材料，利用本发明所采用的热处理与累积叠轧相结合的处理工艺将增强体颗粒加入铝合金基体中，实现复合材料强度与塑性的良好平衡，使材料达到更好的强韧性。
本发明实现目的之一所采用的方案是：一种析出强化型铝合金强韧化的方法，包括以下步骤：
A1、将铝合金片材轧制至一定变形量后在一定温度下热处理后取出冷却；
A2、将热处理后的样品表面清洁后在室温下继续进行轧制；每次轧制至一定变形量后，将样品对半折叠，继续轧制，每次折叠及轧制至一定变形量为一道次，重复折叠及轧制至一定道次；
A3、将步骤A2中完成室温轧制的样品在一定温度下进行热轧，每次热轧至一定变形量后，将样品对半折叠，继续热轧，每次折叠及热轧至一定变形量为一道次，重复折叠及热轧至一定道次，最后得到合金材料。
优选地，所述步骤A1中，铝合金片材为至少一片，轧制至样品厚度方向上的变形量大于或等于50％，热处理的温度为530～650℃，热处理的时间为1～3h。
优选地，所述步骤A2中，每道次轧制控制样品厚度方向上的变形量大于或等于50％，累积叠轧道次为30～70道次。
优选地，所述步骤A3中，热轧温度为530～650℃，每道次热轧控制样品厚度方向上的变形量大于或等于50％，热轧道次为3～5道次。
优选地，所述步骤A1～A3中，轧制速度为100～300mm/min。
本发明实现目的之二所采用的方案是：一种析出强化型铝合金强韧化的方法的应用，应用于制备纳米颗粒碳化硅铝合金基复合材料，包括以下步骤：
B1、将铝合金片材轧制至一定变形量后在一定温度下热处理后取出冷却，得到铝合金基片；
B2、将铝合金基片表面清洁，并在其表面涂覆纳米碳化硅颗粒的分散液；
B3、待分散液中的溶剂挥发后，用铝合金基片将纳米碳化硅颗粒夹在中间进行轧制，每次轧制至一定变形量后，将样品对半折叠，继续轧制，每次折叠及轧制至一定变形量为一道次，重复折叠及轧制至一定道次；
B4、将步骤B3得到的样品在一定温度下进行热轧，每次热轧至一定变形量后，将样品对半折叠，继续热轧，每次折叠及热轧至一定变形量为一道次，重复折叠及热轧至一定道次，得到所述碳化硅颗粒增强铝合金基复合材料。
优选地，所述步骤B1中，铝合金片材为至少一片，轧制至样品厚度方向上的变形量大于或等于50％，热处理温度为530～650℃，热处理时间为1～3h。
优选地，所述步骤B2中，碳化硅占铝合金的体积比小于等于20％，纳米碳化硅颗粒的粒径为20nm～10μm。
优选地，所述步骤B3中，铝合金基片为至少两片，当铝合金基片大于两片时至少在一片铝合金基片表面涂覆碳化硅颗粒，每道次轧制控制样品厚度方向上的变形量大于或等于50％，累积叠轧道次为30～70道次。
优选地，所述步骤B4中，热轧温度为530～650℃，每道次热轧控制样品厚度方向上的变形量大于或等于50％，热轧道次为3～5道次。
本发明的原理如下：在本发明中，首先对铝合金进行轧制以加入部分位错密度，对铝合金进行固溶点温度以上进行热处理使铝合金中析出物完全固溶后空冷以模拟出铸造铝合金状态，然后，在轧制过程中，在轧制力的作用下，铝合金发生塑性变形，产生大量的位错。随着轧制道次增加，位错密度逐渐增大，高密度位错可以促进析出相形核。在累积叠轧的过程中，轧制产生的热量以及大量位错诱导析出相大量析出，且多道次累积叠轧有利于析出相的弥散分布以及细化，经过后续热轧成型后，获得强韧性良好的铝合金。再对其进行时效处理，强度并未出现提升，侧面说明铝合金中的析出物在累积叠轧过程中基本析出完毕。
同时在累积叠轧的过程中加入纳米碳化硅颗粒后，随着轧制道次的增加，增强体颗粒逐渐分散在合金基体中，进一步提升了材料的强度，在热轧处理后，得到强韧性优秀的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明提供的析出强化型铝合金强韧化的方法原理简单，工艺简单，设备需求低，效率高，同时免除了后续多种固溶时效等长时间热处理工艺流程，能得到综合强韧性良好的铝合金材料，适合工业化生产。
2.本发明提供纳米碳化硅颗粒增强铝合金基复合材料的制备方法，利用本发明提出的析出强化型铝合金强韧性提升处理工艺同时制备复合材料，实现复合材料强度与塑性的良好平衡，使材料达到更高的强度，制备的碳化硅颗粒增强铝合金基复合材料的强度最高可达400MPa，同时延展性可达10％，具备良好的强塑性。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明实施例中所描述的轧制道次均是代表铝合金被轧制的道次。本发明实施例中所采用的6061铝合金固溶点温度为530℃，在其他实施例中采用其他铝合金，保证热处理温度在其固溶点温度以上即可。室温轧制道次为30～70道次，根据需要选择合适道次即可，热轧制道次为3～5道次，根据需要选择合适道次即可。热轧温度控制在铝合金熔点之下的较高温度，本实施例中6061铝合金采用的热轧温度为600℃，在其他实施例中采用其他铝合金，根据实际需要设置热轧温度即可。碳化硅占铝合金的体积比小于等于20％，本发明实施例中选择碳化硅占铝合金的体积比为10％，在其他实施例中可以根据需要选择即可。
实施例1
(1)将6061铝合金片材裁剪为300mm×150mm×0.8mm的片材，采用工业轧机将其厚度减薄至50％，将减薄后的片材放入马弗炉中，在550℃温度下保温2小时后取出空冷至室温，铝合金片材为至少一片。
(2)将热处理后的片材采用5％-50％氯化钠溶液电解除锈去除氧化层后，放入酒精中用超声波清洗机震荡清洗干净。
(3)在室温无润滑条件下，在室温无润滑条件下，将铝合金放入轧制速度为187mm/min的工业轧机中进行轧制，轧制至样品厚度方向变形量大于或等于50％后，将样品对半折叠，继续轧制，每次折叠及轧制至样品厚度方向变形量大于或等于50％为一道次，重复对折、轧制至70道次。每道次轧制控制样品厚度方向变形量大于或等于50％。
(4)将完成室温轧制的样品放入马弗炉中，600℃温度下保温5分钟后进行热轧，每次热轧至样品厚度方向变形量大于或等于50％后，将样品对半折叠，继续热轧，每次折叠及热轧至样品厚度方向变形量大于或等于50％为一道次，总计热轧3次，最后得到合金材料。
在经过本发明中强韧化工艺处理后，铝合金的强度由初始的320MPa降低至300MPa，延伸率从11％提升至18.5％，延伸率提升了约68.2％，整体强韧性有了较大提升。
实施例2
(1)将6061铝合金片材裁剪为300mm×150mm×0.8mm的片材，采用工业轧机将其厚度减薄至50％，将减薄后的片材放入马弗炉中，在550℃温度下保温2小时后取出空冷至室温，得到铝合金基片，铝合金片材为至少一片。
(2)将铝合金基片采用5％-50％氯化钠溶液电解除锈去除氧化层后，放入酒精中用超声波清洗机震荡清洗干净。
(3)室温下，将占铝合金10vol％纳米碳化硅颗粒在溶剂中进行分散，并将其分散液涂敷在洁净的铝合金基片表面。
(4)待溶剂挥发后，在室温无润滑条件下，用铝合金基片将纳米碳化硅颗粒夹在中间放入轧制速度为187mm/min的工业轧机中进行轧制，每次轧制至样品厚度方向变形量大于或等于50％后，将样品对半折叠，继续轧制，每次折叠及轧制至样品厚度方向变形量大于或等于50％为一道次，重复折叠及轧制至70道次；每道次轧制控制样品厚度方向变形量大于或等于50％。铝合金基片为至少两片，当铝合金基片大于两片时至少在一片铝合金基片表面涂覆碳化硅颗粒。
(5)将完成室温轧制的样品放入马弗炉中，600℃温度下保温5分钟后进行热轧，每次热轧至样品厚度方向变形量大于或等于50％后，将样品对半折叠，继续热轧，每次折叠及热轧至样品厚度方向变形量大于或等于50％为一道次，总计热轧3次。
本实施例得到的碳化硅/铝合金复合材料强度为390MPa，延伸率为10.8％。相较于初始6061铝合金，在延伸率保持不变的情况下，强度提升了约22％，强韧性得到了一定的提升。
对比本发明实施例1、实施例2可以发现，通过热处理与多道次累积叠轧复合工艺，铝合金内部析出强化相在累积叠轧过程中逐渐从合金中析出且减细均匀分散在合金中，使合金达到了良好的强韧性。同时在加入了纳米增强体颗粒后，增强体颗粒在累积叠轧过程中逐渐分散在合金基体中，最后经过热轧成型后，获得了强韧性较好的铝合金复合材料，提升了原本铝合金的强韧性。本发明采取累积叠轧工艺，利用位错诱导析出相析出的原理制备了析出相均匀弥散的铝合金，区别于传统的固溶时效热处理工艺，极具创新性，工艺能耗小，流程简单高效。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种析出强化型铝合金强韧化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、将铝合金片材轧制至一定变形量后在一定温度下热处理后取出冷却；
A2、将热处理后的样品表面清洁后在室温下继续进行轧制；每次轧制至一定变形量后，将样品对半折叠，继续轧制，每次折叠及轧制至一定变形量为一道次，重复折叠及轧制至一定道次；
A3、将步骤A2中完成室温轧制的样品在一定温度下进行热轧，每次热轧至一定变形量后，将样品对半折叠，继续热轧，每次折叠及热轧至一定变形量为一道次，重复折叠及热轧至一定道次，最后得到合金材料；
所述步骤A1中，铝合金片材为至少一片，轧制至样品厚度方向上的变形量大于或等于50%，热处理的温度为530~650℃，热处理的时间为1~3h；
所述步骤A2中，每道次轧制控制样品厚度方向上的变形量大于或等于50%，累积叠轧道次为30~70道次；
所述步骤A3中，热轧温度为530~650℃，每道次热轧控制样品厚度方向上的变形量大于或等于50%，热轧道次为3~5道次。
2. 根据权利要求1所述的析出强化型铝合金强韧化的方法，其特征在于：所述步骤A1~A3中，轧制速度为100~300 mm/min。
3.一种析出强化型铝合金强韧化的方法的应用，其特征在于：应用于制备纳米颗粒碳化硅铝合金基复合材料，包括以下步骤：
B1、将铝合金片材轧制至一定变形量后在一定温度下热处理后取出冷却，得到铝合金基片；
B2、将铝合金基片表面清洁，并在其表面涂覆纳米碳化硅颗粒的分散液；
B3、待分散液中的溶剂挥发后，用铝合金基片将纳米碳化硅颗粒夹在中间进行轧制，每次轧制至一定变形量后，将样品对半折叠，继续轧制，每次折叠及轧制至一定变形量为一道次，重复折叠及轧制至一定道次；
B4、将步骤B3得到的样品在一定温度下进行热轧，每次热轧至一定变形量后，将样品对半折叠，继续热轧，每次折叠及热轧至一定变形量为一道次，重复折叠及热轧至一定道次，得到所述碳化硅颗粒增强铝合金基复合材料；
所述步骤B1中，铝合金片材为至少一片，轧制至样品厚度方向上的变形量大于或等于50%，热处理温度为530~650℃，热处理时间为1~3h；
所述步骤B3中，铝合金基片为至少两片，当铝合金基片大于两片时至少在一片铝合金基片表面涂覆碳化硅颗粒，每道次轧制控制样品厚度方向上的变形量大于或等于50%，累积叠轧道次为30~70道次；
所述步骤B4中，热轧温度为530~650℃，每道次热轧控制样品厚度方向上的变形量大于或等于50%，热轧道次为3~5道次。
4.根据权利要3所述的析出强化型铝合金强韧化的方法的应用，其特征在于：所述步骤B2中，碳化硅占铝合金的体积比小于等于20%，纳米碳化硅颗粒的粒径为20nm~10μm。
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