高强韧超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金的板材的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强韧超细双相片层结构QAl10‑4‑4铝青铜合金的板材的制备方法，该方法首先进行双相组织调控预热处理。将QAl10‑4‑4铝青铜合金原始材料在热处理炉中850～920℃高温处理2～5小时，之后依次进行强变形非对称连续轧制，对称连续轧制，变形后热处理。得到的组织中面心立方Cu基固溶体α相和体心立方结构的β’相呈片层状分布，片层内与片层群界处弥散分布着大量金属间化合物k相。材料具备不小于900MPa以上的屈服强度，抗拉强度不小于1000MPa，硬度不小于390HV，断裂延伸率不小于8％。与现有的技术相比，本发明专利技术方法不仅能够提高QAl10‑4‑4铝青铜合金的性能，同时工艺简单、易于操作，生产成本低，可以实现制备大尺寸块体QAl10‑4‑4铝青铜合金板材的制备。

Preparation of QAl10-4-4 Aluminum Bronze Alloy with High Strength, Toughness and Ultrafine Dual-Phase Lamellar Structure

The invention relates to a preparation method of QAl10 4 4 aluminum bronze alloy sheet with high strength, toughness and ultra-fine dual-phase lamellar structure. The method first carries out pre-heat treatment with dual-phase structure regulation. QAl10 4 4 Al-bronze alloy was treated in heat treatment furnace at 850-920 C for 2-5 hours, followed by asymmetric continuous rolling, symmetrical continuous rolling and post-deformation heat treatment. The facet-centered cubic solid solution alpha phase and the body-centered cubic structure beta'phase are lamellar in the obtained structure, and a large amount of intermetallic compound K phase is dispersed in the lamella and at the boundary of the lamellar group. The material possesses yield strength of not less than 900 MPa, tensile strength of not less than 1000 MPa, hardness of not less than 390 HV and elongation at break of not less than 8%. Compared with the existing technology, the method of the invention can not only improve the performance of QAl10 4 4 Aluminum Bronze alloy, but also has the advantages of simple process, easy operation and low production cost, and can realize the preparation of large-size bulk QAl10 4 4 aluminum bronze alloy sheet.

【技术实现步骤摘要】
高强韧超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金的板材的制备方法
本专利技术属于铜合金材料加工
，具体涉及到一种高强韧超细双相片层状组织QAl10-4-4铝青铜合金的制备方法。
技术介绍
QAl10-4-4铝青铜合金具有良好的铸造性能、力学性能和耐腐蚀性,是一种在工业领域被广泛应用的重要结构材料。该合金价格相对便宜，从20世纪50年代开始即投入大规模工业化生产。现今已广泛应用于家电、机械等民用工业和炮弹、船舶、飞机、舰艇等军用工业高应力下工作的耐磨零件。另外，QAl10-4-4铝青铜合金在焊接、防爆器、形状记忆合金及海水淡化方面也具有广泛的应用前景。提高强度并保留一定的塑性，一直是镍铝青铜合金等结构材料性能优化的方向，另外所选用制备方法的大规模工业化生产成本也是需要考虑的重要因素。铸态QAl10-4-4铝青铜合金的硬度、屈服强度、抗拉强度通常分别在240HV、320MPa、700MPa上下，断裂延伸率在18％左右。而经过各种物理作用特殊处理的材料，通常高塑性和高强度难以兼得。例如，专利CN104313365A公布了一种依托搅拌摩擦加工方法获得了一种具有表层细晶且具有梯度组织结构的镍铝青铜合金，其断裂延伸率为7.0％，屈服强度为仅为413MPa。专利CN104862522A中公开了一种硬度可达460HV的镍铝青铜制备方法，但几乎无塑性。专利技术专利CN104388749A公开的一种锰铝青铜合金及其制备方法中，且由于添加元素较多，熔炼过程较为复杂。该专利技术方法主要针对提高耐磨性能，抗拉强度不超过650MPa。细晶强化是同时提升材料强度和塑性的有效手段。传统的强烈塑性变形方式(SeverePlasticDeformation：SPD)可以实现材料组织结构的细化，但是由于设备的限制，难以投入大规模工业生产。因此通过如叠轧或等通道转角挤压(Equal-channelAngularPressing：ECAP)等传统手段很难获得具有超细晶(有效晶粒尺寸小于1微米)或者纳米晶(有效晶粒尺寸小于100纳米)的大尺寸块体材料，然而非对称(异步)轧制不受此限制。然而，当材料达到纳米晶或者亚微米尺度后，尽管材料的硬度、强度显著提升，但是其塑性及应变硬化能力显著降低。近来，X.L.Wu等学者发现通过变形和热处理组织调控，可以实现钢中和钛中的组织具有均匀的超细片层结构，进而获得兼具高强度和高塑韧性材料。(参见文献ActaMaterialia,2016,109:213-222；MaterialsResearchLetters,2014,2(4):185-191.)。由于力学的各向异性，具有片层状组织结构会有效促进微观应力应变分配，在材料相界或晶界处产生背应力强化的同时，可以延迟材料的颈缩，提高材料的塑性。这为制备良好的综合力学性能的大尺寸块体材料提供了理论依据。目前采用SPD工艺技术制备超细晶和纳米晶纯铜、或者铜合金方面已有报道，但是由于所制备的材料受尺寸和制备设备的局限，并没有广泛应用。而目前采用强变形异步轧制或者异步同步混合轧制的方法制备兼具高强度和高塑韧型的大尺寸片层结构块体铜合金鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种依托大变形温轧及后续热处理，得到具有高硬度、高强度同时具备较高塑性的高强韧超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金的板材的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种高强韧超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金的板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)双相组织调控预热处理：QAl10-4-4铝青铜合金原料置于850℃～920℃的热处理炉中保温2～5h，获得均匀的双相组织的第一半成品板材；(2)强变形非对称中温连续轧制：经步骤(1)处理后得到的第一半成品板材立即进行大变形非对称轧制处理，轧辊初始温度为室温，板材上下表面的轧辊的线速度比为1.2～2.5：1，非对称轧制的轧总压下量不低于60％，终轧温度不低于700℃，得到第二半成品板材；(3)对称中温连续轧制：经步骤(2)非对称轧制处理后得到的第二半成品板材立即进行对称轧制处理，轧辊初始温度为室温，轧辊的直径和转速均相同，对称轧制的轧下量不低于20％，终轧温度不低于550℃，得到第三半成品板材；(4)变形后热处理：经步骤(3)处理后的第三半成品板材进行淬火处理至室温后，再次进行低温时效处理，时效温度为200℃～400℃，保温时间为1h～3h，获得超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金板材；或者将经步骤(3)处理后的第三半成品板材直接放入热处理炉中进行低温时效处理，时效温度为300℃～400℃，保温时间1h～2h，获得超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金板材。步骤(1)中所述的第一半成品板材组织包括比例相当的等轴状α相与β’相两相混合组织，或比例相当的等轴状α、β’相以及弥散分布的k相三相混合组织。步骤(1)中QAl10-4-4铝青铜合金原料的状态为热锻态、热轧态、退火态或固溶时效处理态。步骤(2)所述的大变形非对称轧制采用2道次大压下量，其中第一道次下压量为40％，第二道次下压量为20％。步骤(2)所述的大变形非对称轧制所用板材的初始温度为850℃～920℃，终轧温度为700～750℃。步骤(3)所述的对称轧制所用板材初始温度为700～750℃，终轧温度为550℃。步骤(4)所得超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金板材组织为片层状分布的(α+β’)相混合物，片层内与片层间界处弥散分布着细小的金属间化合物k相。步骤(4)所得超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金板材的屈服强度不小于900MPa，硬度不小于390HV，断裂延伸率不小于8％。本专利技术以普通QAl10-4-4铝青铜合金为原料，采用固溶热处理、不对称轧制处理、对称轧制、低温时效热处理等方法，利用轧制过程中产生的剪切作用使组织细化，同时将等轴晶双相组织改造成片层结构双相组织，利用双相之间力学性能的差异产生背应力强化。再利用低温热处理使材料内部组织发生复及部分再结晶增加其韧性及塑性。该种板材除具备一般大变形轧制后带来的细晶强化及位错强化优势外，另有双相片层状结构带来的背应力强化，故综合力学性能优异。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.相对于现有技术，本专利技术方法制备的QAl10-4-4铝青铜合金板材晶粒尺寸细小，结构为双相片层状组织，具有优异的综合力学性能，制备的合金板材的屈服强度不小于1000MPa，抗拉强度不小于1070MPa，硬度不小于390HV，断后延伸率不小于8％。2.本专利技术制备方法中采用的中温段大变形轧制，相对于高温变形轧制，一方面，中温可以显著降低能耗，节约成本；另外一方面，中温段强变形轧制可以抑制晶粒快速再结晶长大，实现铝青铜合金的组织结构超细化，提高材料的强度和塑韧性。此外，相对于低温轧制，材料易于变形，确保轧制效果，更重要的是利用中温变形过程中的动态回复和再结晶可以诱发大量的k相析出，达到了析出相弥散强化的效果，从而节省了常规QAl10-4-4铝青铜合金后续长时间时效处理使k相析出完全的步骤，提高了生产效率并节约能源和降低了成本。3.相对于传统的强烈塑性变形SPD技术所制备的超细晶或者纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧超细双相片层结构QAl10‑4‑4铝青铜合金的板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)双相组织调控预热处理：QAl10‑4‑4铝青铜合金原料置于850℃～920℃的热处理炉中保温2～5h，获得均匀的双相组织的第一半成品板材；(2)强变形非对称中温连续轧制：经步骤(1)处理后得到的第一半成品板材立即进行大变形非对称轧制处理，轧辊初始温度为室温，板材上下表面的轧辊的线速度比为1.2～2.5：1，非对称轧制的轧总压下量不低于60％，终轧温度不低于700℃，得到第二半成品板材；(3)对称中温连续轧制：经步骤(2)非对称轧制处理后得到的第二半成品板材立即进行对称轧制处理，轧辊初始温度为室温，轧辊的直径和转速均相同，对称轧制的轧下量不低于20％，终轧温度不低于550℃，得到第三半成品板材；(4)变形后热处理：经步骤(3)处理后的第三半成品板材进行淬火处理至室温后，再次进行低温时效处理，时效温度为200℃～400℃，保温时间为1h～3h，获得超细双相片层结构QAl10‑4‑4铝青铜合金板材；或者将经步骤(3)处理后的第三半成品板材直接放入热处理炉中进行低温时效处理，时效温度为300℃～400℃，保温时间1h～2h，获得超细双相片层结构QAl10‑4‑4铝青铜合金板材。...

【技术特征摘要】
1.一种高强韧超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金的板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)双相组织调控预热处理：QAl10-4-4铝青铜合金原料置于850℃～920℃的热处理炉中保温2～5h，获得均匀的双相组织的第一半成品板材；(2)强变形非对称中温连续轧制：经步骤(1)处理后得到的第一半成品板材立即进行大变形非对称轧制处理，轧辊初始温度为室温，板材上下表面的轧辊的线速度比为1.2～2.5：1，非对称轧制的轧总压下量不低于60％，终轧温度不低于700℃，得到第二半成品板材；(3)对称中温连续轧制：经步骤(2)非对称轧制处理后得到的第二半成品板材立即进行对称轧制处理，轧辊初始温度为室温，轧辊的直径和转速均相同，对称轧制的轧下量不低于20％，终轧温度不低于550℃，得到第三半成品板材；(4)变形后热处理：经步骤(3)处理后的第三半成品板材进行淬火处理至室温后，再次进行低温时效处理，时效温度为200℃～400℃，保温时间为1h～3h，获得超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金板材；或者将经步骤(3)处理后的第三半成品板材直接放入热处理炉中进行低温时效处理，时效温度为300℃～400℃，保温时间1h～2h，获得超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金板材。2.根据权利要求1所述的一种高强韧超细双相片层结构QAl10-4-4铝青铜合金的板材的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的第一半成品板材组织包括比例相当的等轴状α相与β’相两相混合组织，或比例相当的等轴状α、β’相以及弥散分布的k...

【专利技术属性】
技术研发人员：马硕，付立铭，单爱党，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31