一种铝合金的制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料技术领域，尤其是涉及一种结合金属强烈塑性变形和金属热处理的铝合金的制备方法；包括以下步骤：（1）制备棒状材料；（2）固溶处理；（3）淬火；（4）变形；同时在变形过程中可以通过加热模具，使得变形可在不同温度下进行；（5）变形结束后，降温，进行时效处理；通过以上技术方案，采用等径角变形工艺，在变形过程中对模具进行加热，进而改变材料的变形温度，同时将该变形温度作为后续时效温度对材料进行人工时效处理。此法结合细晶强化和时效强化两种强化机制，为Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金找到了一种模板式的加工工艺，能够大幅提高该合金的耐腐蚀性能，使得该合金能够得到更为广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金的制备方法
本专利技术属于金属材料
，尤其是涉及一种结合金属强烈塑性变形和金属热处理的铝合金的制备方法。
技术介绍
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金又被称为7XXX系铝合金，该合金具有强度高、比重小、可加工性能好以及具有良好的热处理效果，被广泛的应用于航空航天工业及各种民用产品中。随着该合金被越来越多的运用于不同的环境之中，工作环境的复杂变化对该合金综合性能的要求也越发苛刻，特别需要弥补该合金在耐腐蚀性能上的不足。在现有的生产工艺中将该合金的时效强化作用更多的是为了提高该合金的抗拉强度，使得该合金在氯离子富集的环境中，该合金表面的强化相与环境中的氯离子相互作用从而发生局部腐蚀，进一步腐蚀则会直接影响该合金的力学性能导致失效或断裂。使得该合金的应用受到了很大的限制。如何能够保持Al-Zn-Mg-Cu系铝合金原有的力学性能的情况下，有效的改善该合金的耐腐蚀性能，对于该合金的广泛使用具有重要意义。近年来，剧烈塑性变形（SPD）技术由于能够制备超细晶乃至纳米晶体结构，通过降低材料的晶粒尺寸以细晶强化的方式来改善材料性能引起了众多学者的广泛关注。典型的剧烈塑性变形技术包括等径角变形（ECAP）、高压扭转（HPT）和累积叠轧（ARB）等。其中等径角变形可以在不改变材料形状、截面积不变的同时向材料中引入大量的剪切应变，由此使得材料的组织得到细化、强化相分布均匀，改善材料的力学性能和耐腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术中不足，提供一种结合金属强烈塑性变形和金属热处理的铝合金的制备方法，该制备方法制得的合金既保证原有力学性能，同时提高该合金的耐腐蚀性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种铝合金的制备方法，所述铝合金为Al-Zn-Mg-Cu铝合金，其中各元素的质量百分含量如下：Zn:6.10%~6.67%、Mg:2.69%~2.93%、Cu:1.81%~1.88%、Cr:0.22%~0.23%、Fe:0.15%~0.16%，余量为Al的配比；所述制备方法包括以下步骤：（1）将铝合金胚料机械加工成为满足变形尺寸的棒状材料；（2）将加工好的棒状材料置于电阻炉中进行固溶处理；（3）固溶处理结束后将该材料从电阻炉中取出，并将该材料浸入自来水中进行淬火；（4）淬火后将材料放入等径角变形的模具中进行变形；同时在变形过程中可以通过加热模具，使得变形可在不同温度下进行；（5）变形结束后，将材料浸入自来水中进行降温，随后对该材料进行时效处理。进一步的，所述步骤（1）中棒状材料的尺寸为11.4㎜×11.4㎜×100㎜3。进一步的，所述步骤（2）中的固溶处理温度为470℃，固溶处理时间为4h。进一步的，所述步骤（3）中材料从电阻炉中取出到进行淬火过程的间隔时间为10s以内，淬火所使用的自来水的温度为室温(23±2)℃。进一步的，步骤（4）中变形的道次为1~8道次。进一步的，步骤（4）中当变形的道次为2道次以上时，选择变形路径为Bc方式（每两次变形之间样品相对模具出口方向顺时针旋转90°）。进一步的，步骤（4）中变形的温度为室温(23±2)℃至400℃之间。进一步的，步骤（5）中降温所使用的自来水的温度为室温(23±2)℃。进一步的，步骤（5）中的时效处理方式包括自然时效或人工时效处理。采用本专利技术的技术方案的有益效果是：1、通过以上技术方案，采用在等径角变形过程中对模具的加热，改变了材料在不同温度环境中进行变形，同时将该变形温度作为该合金的人工时效温度进行使用，即同时结合了对合金材料综合性能产生直接影响的细晶强化和时效强化两种强化效果，并对于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金找到了一种模板式的加工工艺，能够大幅提高该合金的耐腐蚀性能，使得该合金能够得到更为广泛的应用。2、基于以上阐述，本申请技术方案首先解决了传统实验方案中Al-Zn-Mg-Cu系铝合金在引入大量变形时容易产生碎裂的情况。通过改变材料变形时的温度，使得该系铝合金的变形得以进行。其次，通过多次变形的铝合金其内部晶粒得到细化，同时时效产物或未能溶解的粗大第二相也通过变形而被碾碎细化并在材料内部分布均匀。合金中晶粒的细化以及强化相的细化、均匀分布均有利于提高该合金材料的耐腐蚀性能。最后，由于变形时的温度，以及变形时间会使得该合金材料在变形过程的同时发生时效，进而影响该合金的力学性能和耐腐蚀性能，为此本专利技术既是提供了这样一种制备方法，得以制备既保证原有力学性能，同时提高该合金的耐腐蚀性能。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是实施例1中变形过程示意图；图2是实施例1中材料加工后的拉伸曲线图；图3是实施例1中材料加工后的电化学极化曲线图；图4是实施例1中材料加工后在晶间腐蚀测试中的结果图；图5是实施例2中材料加工后在晶间腐蚀测试中的结果图。具体实施方式下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本专利技术，但是这些实施例不是对本专利技术保护范围的限制。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。变形过程如图1中所示，变形过程主要由1模具以及2压头参与，将3样品放入模具中后，利用压头的压力推动样品通过模具中含有一定角度的通道，使得样品在通过模具通道弯折处时受到大量的剪切应力，从而将大量剪切应变引入样品内部。实施例1合金的化学成分（质量百分比）为：Zn:6.10%、Mg:2.69%、Cu:1.81%，同时含有Fe、Si、Cr、Mn等杂质总量小于0.5%，余量为Al。利用机械加工将合金加工为11.4㎜×11.4㎜×100㎜3的棒状样品，将加工好的样品置于电阻炉中进行固溶处理，处理温度为470℃，处理时间为4h。固溶处理结束后将该材料从电阻炉中取出，并在10s内将该材料浸入室温(23±2)℃的自来水中进行淬火。淬火后将样品放入已经加热到150℃的等径角变形的模具中进行变形，变形路径为Bc方式（每两次变形之间样品相对模具出口方向顺时针旋转90°），共进行4道次变形，在变形过程中利用一套温控系统将模具（即变形环境）保持在150±5℃的温度。最后一道次变形完成后及时将样品浸入室温(23±2)℃的自来水中进行冷却。最终得到高强耐蚀的Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，经过该加工路线后该合金室温下抗拉强度为448.7MPa，其拉伸曲线如附图2所示。动电位极化曲线测试中腐蚀电流密度为-6.891±0.034(A/cm2)，其动电位极化曲线图如附图3所示。根据国家标准GB/T7998—2005进行晶间腐蚀测试后该铝合金的最大腐蚀深度为15μm，其晶间腐蚀图片如附图4所示，晶间腐蚀等级为2。实施例2合金的化学成分（质量百分比）为：6.10%、Mg:2.69%、Cu:1.81%，同时含有Fe、Si、Cr、Mn等杂质总量小于0.5%，余量为Al。利用机械加工将合金加工为11.4㎜×11.4㎜×100㎜3的棒状样品，将加工好的样品置于电阻炉中进行固溶处理，处理温度为470℃，处理时间为4h。固溶处理结束后将该材料从电阻炉中取出，并在10s内将该材料浸入室温(23±2)℃的自来水中进行淬火。淬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金为Al‑Zn‑Mg‑Cu铝合金，其中各元素的质量百分含量如下：Zn:6.10%~6.67%、Mg:2.69%~2.93%、Cu:1.81%~1.88%、Cr:0.22%~0.23%、Fe:0.15%~0.16%，余量为Al的配比；所述制备方法包括以下步骤：（1）将铝合金坯料机械加工成为满足变形尺寸的棒状材料；（2）将加工好的棒状材料置于电阻炉中进行固溶处理；（3）固溶处理结束后将该材料从电阻炉中取出，并将该材料浸入自来水中进行淬火；（4）淬火后将材料放入等径角变形的模具中进行变形；同时在变形过程中可以通过加热模具，使得变形可在不同温度下进行；（5）变形结束后，将材料浸入自来水中进行降温，随后对该材料进行时效处理。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金的制备方法，其特征在于：所述铝合金为Al-Zn-Mg-Cu铝合金，其中各元素的质量百分含量如下：Zn:6.10%~6.67%、Mg:2.69%~2.93%、Cu:1.81%~1.88%、Cr:0.22%~0.23%、Fe:0.15%~0.16%，余量为Al的配比；所述制备方法包括以下步骤：（1）将铝合金坯料机械加工成为满足变形尺寸的棒状材料；（2）将加工好的棒状材料置于电阻炉中进行固溶处理；（3）固溶处理结束后将该材料从电阻炉中取出，并将该材料浸入自来水中进行淬火；（4）淬火后将材料放入等径角变形的模具中进行变形；同时在变形过程中可以通过加热模具，使得变形可在不同温度下进行；（5）变形结束后，将材料浸入自来水中进行降温，随后对该材料进行时效处理。2.根据权利要求1所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中棒状材料的尺寸为11.4㎜×11.4㎜×100㎜3。3.根据权利要求1所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑛，王经涛，杨庆，汪顺，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32