CN116121672A - 一种压扭复合形变热机械处理铝合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压扭复合形变热机械处理铝合金的方法，属于铝合金材料技术领域。本发明首先通过固溶处理实现固溶强化，使更多溶质元素溶入铝基体中，然后通过预时效处理析出部分强化相，改善第二相的析出形貌，然后通过压扭复合变形提高变形均匀性，减小变形死区，形成高密度位错，并且析出的部分强化相可以提供更多的形核点，从而提高铝合金的强度和韧性；然后进行压扭复合变形后时效处理，形成固溶‑预时效析出‑压扭复合冷变形‑时效工艺。本发明将压扭变形和热处理相结合，可将固溶强化、形变强化与析出强化有效结合起来，打破仅靠析出强化有限提高铝合金强度的桎梏，可以在不损失塑性的基础上大幅度提高铝合金的强韧性，改善其服役性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种压扭复合形变热机械处理铝合金的方法。
背景技术
6xxx系铝合金是车用轻量化材料，铝合金轮毂与钢铁相近，且具有质量轻、散热性好、抗蚀性优异和美观等特点，已经逐步取代钢铁成为轮毂的主要材料。其中，6061铝合金为Al-Mg-Si系可热处理强化型中等强度铝合金，同时也是变形铝合金中最主要的压力加工合金，其焊接性能优异、耐腐蚀性较好、强度适中且成形性好，广泛应用于发动机缸体缸盖、输送管道、各类锻件和模锻件等各个领域，同时是汽车轮毂的主要材料，锻造铝合金轮毂质量好，有致密的金相组织和优异的力学性能，表面质量佳。主要强化元素为Mg和Si，能使6061铝合金发生析出强化，提高其力学性能。在现有工艺中，采取对6xxx系铝合金轴向变形后直接固溶淬火的热处理工艺，其强度来源于固溶处理和淬火形成的过饱和溶质原子在时效过程中析出相的第二相强化作用，但是由于受到合金元素在铝基体中极限固溶度的制约，这种强化效果非常有限。而且，这种在大变形后进行固溶处理的方式易使得晶粒长大，影响细晶强化效果；同时由于铝合金在常规形变热处理工艺中冷变形时易于发生动态回复，导致6xxx系铝合金强度降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压扭复合形变热机械处理铝合金的方法，能够在提高铝合金强度的同时保证塑韧性，且综合性能好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种压扭复合形变热机械处理铝合金的方法，包括以下步骤：
将铝合金对应的坯料进行固溶处理后，淬火，得到第一强化坯料；
将所述第一强化坯料进行预时效处理，得到第二强化坯料；
将所述第二强化坯料进行压扭复合变形，得到第三强化坯料；
将所述第三强化坯料进行时效处理，得到强化后铝合金。
优选的，所述铝合金为6xxx系铝合金。
优选的，所述固溶处理的温度为535～545℃，保温时间为3h。
优选的，所述预时效处理的温度为175～185℃，保温时间为40～80min。
优选的，所述压扭复合变形的变形量为40～80％。
优选的，所述压扭复合变形的条件包括：摆辗的下压速度为2～8mm/s，坯料的转速为30～60r/min，摆辗的倾斜角度为5～8°。
优选的，进行所述压扭复合变形时，坯料高径比≤1.5。
优选的，所述时效处理的温度为175～185℃，保温时间为2.5h。
优选的，所述固溶处理的温度为540℃，保温时间为3h；所述预时效处理的温度为180℃，保温时间为60min。
优选的，所述压扭复合变形的变形量为60％，所述时效处理的温度为180℃。
本发明提供了一种压扭复合形变热机械处理铝合金的方法，本发明首先通过固溶处理实现固溶强化，使更多溶质元素溶入铝基体中，然后通过预时效处理析出部分强化相(细小弥散的第二相)，改善第二相的析出形貌，然后通过压扭复合变形提高变形均匀性，减小变形死区，形成高密度位错，并且析出的部分强化相可以提供更多的形核点，从而提高铝合金的强度和韧性；然后进行压扭复合变形(即压缩扭转同步进行)后时效处理，形成固溶-预时效析出-压扭复合冷变形-时效工艺。本发明将压扭变形和热处理相结合，可将固溶强化、形变强化与析出强化有效结合起来，打破仅靠析出强化有限提高铝合金强度的桎梏，可以在不损失塑性的基础上大幅度提高铝合金的强韧性，改善其服役性能，降低生产成本，综合性能优异，可实现工业级大尺寸6xxx系铝合金盘件的制备。
本发明采用压扭复合变形工艺，变形均匀，避免工艺复杂繁琐。
附图说明
图1为本发明压扭复合变形热机械处理铝合金的流程图；
图2为本发明压扭复合变形结构示意图，其中，1-坯料；2-上模；3-下模；
图3为实施例1与对比例1中铝合金试样的析出相SEM形貌对比图；
图4为实施例1、对比例1～2的不同6061铝合金试样的室温拉伸曲线图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种压扭复合形变热机械处理铝合金的方法，包括以下步骤：
将铝合金对应的坯料进行固溶处理后，淬火，得到第一强化坯料；
将所述第一强化坯料进行预时效处理，得到第二强化坯料；
将所述第二强化坯料进行压扭复合变形，得到第三强化坯料；
将所述第三强化坯料进行时效处理，得到强化后铝合金。
在本发明中，若无特殊说明，所需材料或设备均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将铝合金对应的坯料进行固溶处理后，淬火，得到第一强化坯料。
在本发明中，所述铝合金优选为6xxx系铝合金，本发明对所述6xxx系铝合金的具体种类和规格没有特殊的限定，本领域熟知的该系铝合金均可；在本发明的实施例中，具体为6061铝合金。
本发明对所述铝合金对应的坯料没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法获取即可；本发明对所述坯料的尺寸没有特殊的限定，根据实际需求调整即可；在本发明的实施例中，具体为圆柱形试样，直径为60～200mm，高度为60～300mm。
在本发明中，所述固溶处理的温度优选为535～545℃，更优选为540℃；保温时间优选为3h；本发明优选在加热炉进行所述固溶处理，本发明对所述加热炉没有特殊的限定，本领域熟知的相应设备均可。本发明通过固溶处理实现固溶强化，使更多溶质元素溶入铝基体中。
完成所述固溶处理后，本发明优选取出试样进行淬火；本发明对所述淬火没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
得到第一强化坯料后，本发明将所述第一强化坯料进行预时效处理，得到第二强化坯料。
在本发明中，所述预时效处理的温度优选为175～185℃，更优选为180℃；保温时间优选为40～80min，进一步优选为60min。本发明优选将加热炉升温至175～185℃，到温装炉，保温后空冷至室温；本发明对所述升温的速率以及空冷的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
本发明通过预时效处理析出部分强化相，后续压扭复合变形时可形成高密度位错，并且析出的部分强化相可以提供更多的形核位置，从而提高铝合金盘件的强度。
得到第二强化坯料后，本发明将所述第二强化坯料进行压扭复合变形，得到第三强化坯料。
在本发明中，进行所述压扭复合变形前，本发明优选进行变形工具工装及调试：将摆辗的中心点与坯料上表面的中心点对正，将摆辗倾斜，使得摆辗表面与坯料上表面贴合，使坯料绕上表面中心点所在的轴线进行转动，同时摆辗对坯料施加沿轴向向下的压力进行摆辗。
本发明所用变形工具结构示意图见图2，图2中，1-坯料；2-上模；3-下模。本发明优选将坯料转移至下模3上，转运时间为5s，放入下模的凹槽内进行固定，坯料涂抹润滑剂，其中下模与旋转驱动机构连接，坯料与上模和下模的位置固定后，上模开始轴向向下进给，下模开始旋转，进行压扭复合变形。
在本发明中，所述压扭复合变形的变形量优选为40～80％，更优选为60％；所述压扭复合变形的条件优选包括：摆辗的下压速度为2～8mm/s，更优选为5mm/s；坯料的转速为30～60r/min，更优选为40r/min；摆辗的倾斜角度为5～8°，更优选为6°。
在本发明中，进行所述压扭复合变形时，坯料高径比优选≤1.5。
得到第三强化坯料后，本发明将所述第三强化坯料进行时效处理，得到强化后铝合金。
本发明优选将第三强化坯料放置于加热炉内，进行时效处理后，空冷至室温。本发明中，所述时效处理的温度优选为175～185℃，更优选为180℃；保温时间优选为2.5h。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
采用的坯料1是规格为
的圆柱体6061铝合金，华唐铝业提供：
变形工具工装及调试：将上模2的中心点与圆柱体坯料1上表面的中心点对正(即上表面的中心点为圆心)，并将摆辗倾斜，使得摆辗2表面与坯料1上表面贴合，使坯料1绕上表面中心点所在的轴线进行转动，同时摆辗2对坯料1施加沿轴向向下的压力进行摆辗；
坯料加热：将直径为80mm，高度为80mm的圆柱体坯料放置于加热炉中，固溶温度为540℃，保温时间为3h，立即淬火处理；
预时效加热：加热炉升温至180℃，到温装炉，保温1h，空冷至室温；
压扭复合变形：将坯料转移至下模3上，转运时间为5s，并对坯料进行固定，坯料涂抹润滑剂，其中下模与旋转驱动机构连接，坯料与上模和下模的位置固定后，上模开始轴向向下进给，下模开始旋转，摆辗的轴向下压速度为5mm/s，坯料的转速为40r/min，摆辗的倾斜角度为6°，坯料高径比＝1.0，压下量为60％；
压扭复合变形完成后，对坯料进行时效处理：时效温度为180℃，保温时间为2.5h，后空冷至室温，得到强化后铝合金。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：无预时效处理步骤，即仅依次进行固溶-压扭复合变形-时效，其他同实施例1。
对比例2
将实施例1中坯料按照铝合金手册进行T6态标准热处理，得到T6态铝合金。
表征及性能测试
1)图3为实施例1与对比例1中铝合金试样的析出相SEM形貌对比图，其中(a)、(b)为对比例1中固溶-压扭复合变形-时效2.5h后试样的形貌图，(c)、(d)为实施例1中固溶-预时效-压扭复合冷变形-时效2.5h后试样的形貌图；
由图3可知，在相同的时效时间下，对比例1中无预时效试样晶粒内部分布着尺寸较大的第二相，而实施例1中经过预时效的试样，晶粒内分布较少且尺寸较小的第二相。
2)将实施例1、对比例1～2的不同6061铝合金试样进行拉伸性能测试，室温拉伸实验在Instron3382万能电子材料试验机上进行，按照《金属拉伸实验方法》标准进行拉伸力学性能测试，所得室温拉伸曲线见图4。
由图4可知，经过预时效后，6061铝合金盘件的屈服强度可达到338MPa，抗拉强度369MPa，延伸率8％，其相对于常规形变热处理工艺(对比例1)抗拉强度由344MPa提高到369MPa，提高了25MPa，屈服强度由322MPa提高到338MPa，提高了16MPa，延伸率几乎不发生明显变化。相对于T6态铝合金屈服强度由290MPa提高到338MPa，提高48MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种压扭复合形变热机械处理铝合金的方法，包括以下步骤：
将铝合金对应的坯料进行固溶处理后，淬火，得到第一强化坯料；
将所述第一强化坯料进行预时效处理，得到第二强化坯料；
将所述第二强化坯料进行压扭复合变形，得到第三强化坯料；
将所述第三强化坯料进行时效处理，得到强化后铝合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金为6xxx系铝合金。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为535～545℃，保温时间为3h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预时效处理的温度为175～185℃，保温时间为40～80min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压扭复合变形的变形量为40～80％。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述压扭复合变形的条件包括：摆辗的下压速度为2～8mm/s，坯料的转速为30～60r/min，摆辗的倾斜角度为5～8°。
7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，进行所述压扭复合变形时，坯料高径比≤1.5。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时效处理的温度为175～185℃，保温时间为2.5h。
9.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为540℃；所述预时效处理的温度为180℃，保温时间为60min。
10.根据权利要求5或8所述的方法，其特征在于，所述压扭复合变形的变形量为60％，所述时效处理的温度为180℃。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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