CN115976381B - 一种基于铝合金复合时效的脱溶惯序及脱溶相分布的调控方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于铝合金复合时效的脱溶惯序及脱溶相分布的调控方法，它涉及一种铝合金的调控方法。本发明要解决现有改变铝合金热处理工艺调控析出相组成的方法效果不显著的问题。方法：一、称取；二、制备铸锭；三、均匀化、轧制及固溶；四、拉应力时效。本发明用于基于铝合金复合时效的脱溶惯序及脱溶相分布的调控。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金的调控方法。
背景技术
铝合金因其具有较高的比强度，良好的机械加工性能以及较低的成本等优点，广泛应用于社会诸多领域，铝合金的力学性能主要取决于其内部各种各样的析出相与基体之间的相互作用，因此，要想得到较好的性能，就要对合金内部析出相的产生进行调控。在工业应用方面，为了得到性能满足需求的铝合金，往往会采取调控合金成分以及控制合金热处理参数的手段，来改变合金中析出相的组成，起到调整合金性能的目的，比如改变合金中Cu/Mg的值，可以调控合金中析出相S相与θ相的组成比例；但改变成分则需要重新熔炼，其造成后续热处理工艺的调整，费时及成本较高。
而现有通过改变铝合金热处理工艺来调控析出相组成的方法，其效果并没有直接改变合金成分显著；因此，需要一种不改变合金成分，便能显著改变合金析出相组成的方法。
发明内容
本发明要解决现有改变铝合金热处理工艺调控析出相组成的方法效果不显著的问题，进而提供一种基于铝合金复合时效的脱溶惯序及脱溶相分布的调控方法。
一种基于铝合金复合时效的脱溶惯序及脱溶相分布的调控方法，它是按以下步骤进行：
一、按质量百分数为0.56％～0.81％的Mg、4.48％～8.1％的Cu、0.3％～0.6％的Mn、0.3％～0.6％的Zn和余量Al称取原料，然后称取助剂；
二、将称取的原料熔化，然后加入助剂，最后搅拌静置、除渣及铸造，得到铝合金铸锭；
三、将铝合金铸锭进行均匀化、轧制及固溶，得到固溶合金板材；
四、在金属温度为160℃～200℃及时效拉应力为30MPa～40MPa的条件下，将固溶合金板材时效处理4h～9h，得到复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金。
本发明的有益效果是：
一、本发明提供了一种基于铝合金复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控技术，得到的铝合金基体中析出大量弥散的纳米级金属间化合物析出相，这些纳米级的析出相可以有效钉扎晶界，从而起到细化晶粒、抑制再结晶的作用，大幅提高铝合金的强度，而晶粒细化不仅产生了强化作用，还提高了合金的韧性，从而得到强度与韧性匹配良好的铝合金材料。
二、本发明采用较高Cu/Mg值的合金成分，来促进θ相的析出，以及抑制S相的析出，从而提高合金的力学性能；通过在合金中添加微量Zn元素，可以增大合金基体的晶格畸变，可以降低Al基体的层错能，从而促进强化相的析出。
三、本发明采用外加拉应力的时效工艺，可以促进与Al基体共格或半共格的θ析出相析出，抑制与基体非共格的析出相生成，从而起到调控析出相组成及提高合金性能的目的。
四、本发明制备的铝合金的抗拉强度为492MPa～519MPa，屈服强度为403MPa～412MPa，延伸率为14.3％～15.8％。
附图说明
图1为实施例一制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金的拉伸曲线图；
图2为实施例一制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金中T相的TEM微观照片；
图3为实施例一制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金的TEM图像。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种基于铝合金复合时效的脱溶惯序及脱溶相分布的调控方法，它是按以下步骤进行：
一、按质量百分数为0.56％～0.81％的Mg、4.48％～8.1％的Cu、0.3％～0.6％的Mn、0.3％～0.6％的Zn和余量Al称取原料，然后称取助剂；
二、将称取的原料熔化，然后加入助剂，最后搅拌静置、除渣及铸造，得到铝合金铸锭；
三、将铝合金铸锭进行均匀化、轧制及固溶，得到固溶合金板材；
四、在金属温度为160℃～200℃及时效拉应力为30MPa～40MPa的条件下，将固溶合金板材时效处理4h～9h，得到复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金。
复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金中杂质的总质量百分数＜0.05％。
本实施方式的有益效果是：
一、本实施方式提供了一种基于铝合金复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控技术，得到的铝合金基体中析出大量弥散的纳米级金属间化合物析出相，这些纳米级的析出相可以有效钉扎晶界，从而起到细化晶粒、抑制再结晶的作用，大幅提高铝合金的强度，而晶粒细化不仅产生了强化作用，还提高了合金的韧性，从而得到强度与韧性匹配良好的铝合金材料。
二、本实施方式采用较高Cu/Mg值的合金成分，来促进θ相的析出，以及抑制S相的析出，从而提高合金的力学性能；通过在合金中添加微量Zn元素，可以增大合金基体的晶格畸变，可以降低Al基体的层错能，从而促进强化相的析出。
三、本实施方式采用外加拉应力的时效工艺，可以促进与Al基体共格或半共格的θ析出相析出，抑制与基体非共格的析出相生成，从而起到调控析出相组成及提高合金性能的目的。
四、本实施方式制备的铝合金的抗拉强度为492MPa～519MPa，屈服强度为403MPa～412MPa，延伸率为14.3％～15.8％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中Cu与Mg的质量比为(8～10):1。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一中所述的原料为高精纯铝锭、纯镁锭、AlCu40合金、AlMn10合金和AlZn20合金；步骤一中所述的助剂为铝钛硼细化剂及2#覆盖剂。其它与具体实施方式一或二相同。
所述的高精纯铝锭的纯度为99.99％；步骤一中所述的纯镁锭的纯度为99.99％。
所述的AlCu40合金中Cu的质量百分数为40％；所述的AlMn10合金中Mn的质量百分数为10％；所述的AlZn20合金中Zn的质量百分数为20％。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的铝钛硼晶粒细化剂的质量与Mg、Cu、Mn、Zn和Al的总质量比为(0.003～0.004):1；所述的2#覆盖剂的质量与Mg、Cu、Mn、Zn和Al的总质量比为(0.004～0.005):1。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中所述的均匀化具体是按以下步骤进行：在铸锭温度为490℃～505℃的条件下，均匀化处理22h～26h，出炉空冷至室温，最后铣面，得到均匀化铸锭。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中所述的轧制具体是按以下步骤进行：将均匀化铸锭进行加热处理，然后在金属温度为400℃～430℃、轧制总变形量为40％～60％、热轧8道次～15道次及每道次下压量为5％～13％的条件下进行轧制，得到合金板材。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述的加热处理具体是在炉温为590℃～610℃的条件下，保温3h～4h。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述的合金板材的厚度为17mm～21mm。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中所述的固溶具体是按以下步骤进行：将合金板材进行切边处理，再加热至金属温度为500℃～515℃，在金属温度为500℃～515℃的条件下，保温1h～1.5h，最后出炉水淬，得到固溶合金板材。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金析出弥散的纳米级金属间化合物析出相，分别为S相、θ相及T相。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种基于铝合金复合时效的脱溶惯序及脱溶相分布的调控方法，它是按以下步骤进行：
一、铸锭制备：
按质量百分数为0.7％的Mg、6％的Cu、0.47％的Mn、0.5％的Zn和余量Al称取高精纯铝锭、纯镁锭、AlCu40合金、AlMn10合金和AlZn20合金，然后称取铝钛硼细化剂及2#覆盖剂；
二、铸造：
将称取的高精纯铝锭、纯镁锭、AlCu40合金、AlMn10合金和AlZn20合金熔化，然后加入铝钛硼细化剂及2#覆盖剂，最后搅拌静置、除渣及铸造，得到铝合金铸锭；
三、均匀化：
在铸锭温度为500℃的条件下，均匀化处理24h，出炉空冷至室温，最后铣面，得到均匀化铸锭；
四、轧制：
将均匀化铸锭进行加热处理，然后在金属温度为400℃～430℃、轧制总变形量为50％、热轧10道次及每道次下压量为5％的条件下进行轧制，得到合金板材；
五、固溶：
将合金板材进行切边处理，再加热至金属温度为515℃，在金属温度为515℃的条件下，保温1.5h，最后出炉水淬，得到固溶合金板材；
六、拉应力时效：
在金属温度为190℃及时效拉应力为35MPa的条件下，将固溶合金板材时效处理8h，得到复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金。
步骤一中所述的铝钛硼晶粒细化剂的质量与Mg、Cu、Mn、Zn和Al的总质量比为0.004:1；步骤一中所述的2#覆盖剂的质量与Mg、Cu、Mn、Zn和Al的总质量比为0.004:1。所述的铝钛硼晶粒细化剂为AlTi5B1；所述的2#覆盖剂为KCl(40％)+MgCl2(45％)+BaCl2(15％)。
步骤二中所述的熔化具体是在炉温为800℃的条件下熔炼0.5h；步骤二中所述的搅拌静置、除渣及铸造，具体是按以下步骤进行：在金属液温度为750℃及转速为100rpm的条件下搅拌3min，搅拌后静置15min，然后重复搅拌及静置1次，搅拌及静置后停止加热，在金属液温度为700℃～720℃的条件下除渣，最后浇铸成型，得到铝合金铸锭。
步骤三中所述的铣面是铣面至表面无明显缺陷为止。
步骤四中所述的加热处理具体是在炉温为610℃的条件下，保温3h。
步骤四中所述的合金板材的厚度为20mm。
步骤六中制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金析出弥散的纳米级金属间化合物析出相，分别为S相、θ相及T相。
步骤六中制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金中杂质的总质量百分数＜0.05％。
对实施例一制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金进行室温拉伸测试，拉伸速率5mm/min，直到拉断为止，试样尺寸为国标GBT 228.1-2010，测得实施例一制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金的抗拉强度为497MPa，屈服强度为405MPa，延伸率为15.1％。
图1为实施例一制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金的拉伸曲线图；由图可知，合金的拉强度为497MPa，屈服强度为405MPa，延伸率为15.1％。
图2为实施例一制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金中T相的TEM微观照片；通过图可观察到合金组织中呈棒状的T相。
图3为实施例一制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金的TEM图像；可以看出在人工拉应力时效的条件下，合金基体中分布着不同种类的微观析出相，其中θ相占绝大部分，并且具有很强的取向性，θ相沿着拉应力加载的方向析出。合金中的微观析出相均匀分布，大小为纳米级，从而对合金产生强化作用。析出相的析出惯序为α-Al→GPB→S'→S以及为α-Al→GP→θ'→θ，T相则是在均匀化过程中析出。
Claims (1)
1.一种基于铝合金复合时效的脱溶惯序及脱溶相分布的调控方法，其特征在于它是按以下步骤进行：
一、按质量百分数为0.56%~0.81%的Mg、6%~8.1%的Cu、0.47%的Mn、0.3%~0.6%的Zn 和余量Al称取原料，然后称取助剂；
步骤一中Cu与Mg的质量比为(8~10):1；
二、将称取的原料熔化，然后加入助剂，最后搅拌静置、除渣及铸造，得到铝合金铸锭；
三、将铝合金铸锭进行均匀化、轧制及固溶，得到固溶合金板材；
四、在金属温度为160℃~200℃及时效拉应力为30MPa~40MPa的条件下，将固溶合金板材时效处理4h~9h，得到复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金；
步骤一中所述的原料为高精纯铝锭、纯镁锭、AlCu40合金、AlMn10合金和AlZn20合金；步骤一中所述的助剂为铝钛硼晶粒细化剂及2#覆盖剂；所述的铝钛硼晶粒细化剂为AlTi5B1；所述的2#覆盖剂由40%的KCl、45%的MgCl2和15%的BaCl2组成；
所述的铝钛硼晶粒细化剂的质量与Mg、Cu、Mn、Zn 和Al的总质量比为(0.003~0.004):1；所述的2#覆盖剂的质量与Mg、Cu、Mn、Zn 和Al的总质量比为(0.004~0.005):1；
步骤三中所述的均匀化具体是按以下步骤进行：在铸锭温度为500℃的条件下，均匀化处理24h，出炉空冷至室温，最后铣面，得到均匀化铸锭；
步骤三中所述的轧制具体是按以下步骤进行：将均匀化铸锭进行加热处理，然后在金属温度为400℃~430℃、轧制总变形量为40%~60%、热轧8道次~15道次及每道次下压量为5%的条件下进行轧制，得到合金板材；
所述的加热处理具体是在炉温为590℃~610℃的条件下，保温3h~4h；
所述的合金板材的厚度为17mm~21mm；
步骤三中所述的固溶具体是按以下步骤进行：将合金板材进行切边处理，再加热至金属温度为515℃，在金属温度为515℃的条件下，保温1h~1.5h，最后出炉水淬，得到固溶合金板材；
步骤四制备的复合时效的脱溶贯序及脱溶相分布调控的铝合金析出弥散的纳米级金属间化合物析出相，分别为S相、θ相及T相。
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| GR01 | Patent grant | ||
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