一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种铝合金的热处理工艺，特别是指一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺；属于有色金属热处理工艺技术领域。本发明专利技术将铝镁硅合金进行固溶水淬处理后，进行轧制；得到轧制后的铝镁硅合金；接着对所材料依次进行固溶水淬处理、预时效处理、特种变形处理、二次时效处理；得到综合性能优越的成品；所述特种变形处理为非对称轧制。本发明专利技术方法简单，操作安全方便，所的产品性能优越，易于工业化生产和应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铝合金的热处理工艺，特别是指一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺；属于有色金属热处理工艺

技术介绍
提高材料强度一直是材料研究的核心问题。材料强化的同时往往伴随着塑性或韧性的急剧下降，而高塑韧性材料的强度往往又很低。长期以来这种材料的强韧性“倒置关系”成为制约材料发展的瓶颈。为了使铝合金能进一步满足更高综合性能的要求，近年来对铝合金综合性能的改善提升已成了铝合金界关注的热点。就当前的铝合金发展现状而言，不仅要求其有较高的静强度，还要求材料具有良好服役性能。其性能不仅取决于析出相种类、形貌、尺寸、数量、形态，以及晶界组态，而且取决于材料在服役时的微结构演变。因此通过热处理来调控铝合金组织结构，以满足航空航天等高技术对铝合金高性能的要求，是材料科学与工程领域的重大课题之一，具有巨大的实际应用价值。为了满足高性能铝合金综合性能的要求，近年来国际上出现了一些新型加工处理方法，其中大塑性变形法(SPD,severeplasticdeformation)最为显著，如等径角挤压(ECAP,equalchannelangularpressing)、高压扭转(HPT,highpressuretorsion)、摩擦搅拌(FSP,frictionstirprocessing)和熔体轧制等。这些方法主要是通过细化组织来获得优异的强塑性配合，但是目前只有极少数文献实现了真正意义上的高强度高塑。G.Nurislamova等人对6061合金进行了HPT处理，随后进行人工时效，使合金屈服强度达到565MPa，抗拉强度达到585MPa，并保持了13.5％的延伸率。S.K.Panigrahi等对Al-0.45％Si-0.3％Mg合金进行液氮温度深冷轧制，随后进行100℃-48h低温人工时效，使合金屈服强度达到259.5MPa，抗拉强度达到277MPa，并保持了11％的延伸率。但这些方法只局限于对小尺寸试样的加工且工序复杂、设备要求高，无法实现以大构件应用的铝合金大构件的生产需求，或者在液氮温度环境下进行极危险生产操作，对生产设备的损伤较大，同时生产成本也会进一步增大。总而言之，这些方法在实际工业应用的可操作性较差，且其技术路线远不能满足铝合金大结构件的要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决现有技术条件下存在的铝合金材料热处理后强韧性“倒置关系”的难题，提供一种工艺方法简单、操作方便、既可显著提升铝镁硅合金强塑性配合、成型性能等综合性能，又能降低板材各向异性，并对该类型合金的耐腐蚀性能、疲劳性能有一定改善作用的显著提升铝镁硅合金综合性能的热处理工艺。本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，包括下述步骤：步骤一以铝镁硅合金为原料，对原料进行固溶水淬处理后，进行轧制，得到一定厚度的铝镁硅合金板材；步骤二步骤一所得轧制后的铝镁硅合金依次经固溶水淬处理、预时效处理、特种变形处理、二次时效处理；得到成品；所述特种变形处理为非对称轧制。本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，步骤一中所述原料为冷轧态的铝镁硅合金。其他状态的铝镁硅合金以及铝合金也可采用本专利技术。本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，步骤一中所述的起始轧制温度为200～350℃，总变形量为50～90％。本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，步骤一中所述轧制是进行温轧后直接进行连续轧制处理；所述温轧的温度为200～350℃，变形量为30～70％、优选为40～60％、进一步优选为45～55％；所述连续轧制的变形量为40％～80％、优选为50～70％、进一步优选为55～65％。本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，步骤一中所述固溶水淬处理是固溶处理后，出炉水淬；所述固溶处理的温度为490～560℃、优选为500～560℃、进一步优选为520～530℃，保温时间为15分钟～4小时、优选为30分钟～3小时、进一步优选为1～2小时。本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，步骤二中所述固溶水淬处理是固溶处理后，出炉水淬；所述固溶处理的温度为490～560℃、优选为500～560℃、进一步优选为520～530℃，保温时间为15分钟～4小时。本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，步骤二中所述预时效处理的温度为60℃～150℃、优选为80～120℃、时间为2小时～120小时、优选为10小时～100小时。本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，步骤二中所述非对称轧制时，控制异速比为1.05～2.0、优选为1.1～1.8，轧制温度为室温～250℃、优选为室温～200℃，变形量为3％～25％、优选为5％～20％。本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，步骤二中所述二次时效处理为自然时效处理或低温人工时效处理，所述自然时效处理的时间为5～20天；所述低温人工时效处理的温度为50℃～150℃，时效时间为2小时～80小时。作为优选方案，本专利技术一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，所述铝合金为铝镁硅合金，主要合金元素为Mg、Si元素；Mg元素含量范围：质量分数0.5～2.0％；Si元素含量范围：质量分数0.2～1.7％。作为优选方案，当所述铝合金为铝镁硅合金时，按照本专利技术的处理工艺，所得产品的屈服强度大于等于261.1MPa、抗拉强度大于等357.5MPa、延伸率可达24.4％。原理和优势由于本专利技术采用上述工艺方法，可以通过固溶水淬——温轧——连续轧制——二次固溶水淬处理使合金晶粒显著细化，这是由于在固溶后进行温轧及连续轧制可以获得大量位错与空位等缺陷，为后续再结晶过程提供变形储能。当所述铝合金为镁铝硅合金时，通过本专利技术所设计的工艺，尤其是通过温轧过程中变形促进粒子析出的效应，可以获得大量MgSi2粒子，这些粒子在二次固溶过程中可以提供大量形核质点，从而促进再结晶过程中形成大量细小的等轴晶，而较为粗大MgSi2粒子本身在二次固溶过程中将充分溶解，以便在后续时效过程中重新偏聚析出。得到细化的晶粒后，针对铝镁硅合金时效初期并不直接形成Mg-Si共同团簇，而是发生复杂的时效过程(过饱和固溶体→Si-空位对，Mg-空位对及Mg原子团簇→Mg原子团簇溶解，Si原子团簇形成→游离的Mg原子扩散到Si原子团簇中→Mg-Si共同团簇)这一特点，对二次固溶处理得到的过饱和固溶体进行人工时效处理。在后续的特殊变形过程中，位错运动受到原子团簇的阻碍，形成网状的位错胞，当变形量增加时则形成亚晶界，在更大的变形下亚晶界则会转化为大角度晶界使晶粒细化；同时预时效过程中未析出的溶质原子，在后续特殊变形高剪切应力应变作用下，获得了空位/原子团簇复合体、GP区、微织构、特殊剪切织构(主要由{111本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，其特征在于包括下述步骤：步骤一以铝镁硅合金为原料，对原料进行固溶水淬处理后，进行轧制，得到一定厚度的铝镁硅合金板材；步骤二步骤一所得轧制后的铝镁硅合金依次经固溶水淬处理、预时效处理、特种变形处理、二次时效处理；得到成品；所述特种变形处理为非对称轧制。

【技术特征摘要】
1.一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，其特征在于包括下述步骤：步骤一以铝镁硅合金为原料，对原料进行固溶水淬处理后，进行轧制，得到一定厚度的铝镁硅合金板材；步骤二步骤一所得轧制后的铝镁硅合金依次经固溶水淬处理、预时效处理、特种变形处理、二次时效处理；得到成品；所述特种变形处理为非对称轧制。2.根据权利要求1所述的一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，其特征在于：步骤一中所述原料为冷轧态的铝镁硅合金。3.根据权利要求1所述的一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，其特征在于：步骤一中所述的起始轧制温度为200～350℃，总变形量为50～90％。4.根据权利要求1所述的一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，其特征在于：步骤一中所述轧制是进行温轧后直接进行连续轧制处理；所述温轧的温度为200～350℃，变形量为30～70％；所述连续轧制的变形量为40％～80％。5.根据权利要求1所述的一种提高铝合金综合性能的热机械处理工艺，其特征在于：步骤一中与步骤二中所述固溶水淬处理是固溶处理后出炉水淬；所述固溶处理的温度为490～560℃，在每一步中所述固溶处理的时间为15分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志国，任杰克，
申请(专利权)人：湖南人文科技学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43