一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，包括将铝合金粉末压制成形、烧结、退火、冷轧、中间退火、精整和热处理；所述烧结是在真空热压炉中进行；所述冷轧之前先对烧结坯进行坯料退火；所述冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％。当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧(每道次压下量小于3％)+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止。所述热处理是将所需厚度的板材在热处理炉中进行固溶+时效处理，以满足最终的使用要求。采用此热处理工艺获得的粉末冶金2A12铝合金的抗拉强度达到540MPa左右。本发明专利技术的粉末冶金2A12铝合金冷轧板材的热处理工艺，实用性强、且使用范围广，可显著提高粉末冶金铝合金冷轧板材的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺
本专利技术涉及一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，属于铝合金

技术介绍
本专利技术是在前期的工作基础上(一种铝合金薄板材生产方法CN109317679B)，进行的工艺优化和深化研究。铝合金板是一种工业建材，根据材质的不同用于各个行业，如航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等行业。目前，铝合金板材是铝合金型材中较为主要的一种，也是工业用量最大的一种，其生产方法是通过铝合金或者直接冷铸成锭块，或者连续浇铸成厚带材，接着热轧成预定厚度的板材，再用一道单独的工序将板材冷轧至最终厚度后，进行热处理工艺。然而，上述这种方法生产的铝合金板材有其本身的缺陷，如板材内部组织均匀性差，在浇铸过程中存在成分偏析、夹杂等缺陷，残余应力不均匀，加工成形性差，这使得应用过程中铝合金板材加工零件时容易变形，从而影响加工的零件的质量和精度。此外，浇铸法生产过程中材料的利用率较低，其生产工序较长，因而铝合金板材生产成本较高。而本专利技术中所提供的铝合金板材生产方法可以消除上述方法所存在的缺陷。即粉末烧结坯冷轧法，该方法是制取包括双金属在内的金属板、带材的一种方法，与粉末直接轧制方法比较，工艺简便，应用更灵活、经济，不会出现断带或者孔洞等影响生产效率和产品质量的缺陷，且带材质量高，强度、致密度高。而与铸轧法相比，粉末烧结坯轧制生产的铝合金板材不存在如成分偏析、夹杂等影响产品质量的缺陷，且轧制后板材的密度基本接近或等于铸态材料的密度，强度较高。然而，经过冷轧后的材料存在内应力，不适于工业化应用。为了消除冷变形材料的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等，工业上通常对材料采用后处理来达到这一目的。其中，以时效处理最为普遍。时效处理是指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度或室温放置，其性能、形状、尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理。若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。第三种方式是振动时效，从80年代初起逐步进入使用阶段，振动时效处理在不加热也不像自然时效那样费时的情况下，给工件施加一定频率的振动使其内应力得以释放，从而达到时效的目的。相比之下，人工时效处理周期短，效率高，且易于实现。所以，为了消除粉末冶金铝合金冷轧板的内应力，稳定其组织和尺寸，并提高机械性能，达到工业化应用的标准，本专利技术在前期工作的基础上，对粉末冶金铝合金的冷轧工艺进行优化，同时开展了冷轧板的热处理工艺研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的提供一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，能够有效消除冷轧材料的内应力，稳定其组织和尺寸，并提高机械性能，从而获得满足工业化应用的高性能粉末冶金铝合金材料。其热处理工艺简便，应用更灵活、经济，且使用范围广，能显著改善冷轧板材的综合性能，并能快速批量生产高质量铝合金板材。本专利技术在前期研究的基础上，提出一种能同步提升成产品硬度、强度、延伸率的方法(相对于轧制态)。在本专利技术的研发过程中，对前期工作中的冷轧工艺进行了优化，从而进一步提高了粉末冶金铝合金材料的冷轧质量和效率，其冷轧板材基本无边裂等问题。但在热处理过程中遇到了难以解决的问题为如何避免板材在固溶过程中出现过烧，以及如何获得最优的性能。本专利技术一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，包括下述步骤；将铝合金粉末压制成形、烧结、退火、冷轧、中间退火、精整和热处理；所述压制成形是将铝合金粉末装入定制的钢模具中，并在单柱或四柱液压机下进行；所述烧结是在真空热压炉中进行；所述冷轧之前先对烧结坯进行坯料退火；所述冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，第二阶段采用3道次冷轧+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止，第二阶段冷轧时，每道次压下量小于3％；冷轧后铝合金板材的总变形量为61-90％；所述热处理是将所需厚度的板材在热处理炉中进行固溶-时效处理，以满足最终的使用要求；所述固溶处理温度为465-495℃，固溶时间为40～160min，随后从炉中取出试样并在淬火油或水中快速进行淬火；淬火后进行实效处理；所述时效处理温度为160～230℃，时效时间为6～36小时。本专利技术提供如下技术方案(如图2所示)，在前期研究基础上，对冷轧工艺进行了优化：将冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧(每道次压下量小于3％)+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止，冷轧后铝合金板材的总变形量为20-90％；随后，我们对冷轧变形量为80％的试样进行了热处理。本专利技术提供如下热处理方案(如图3所示)，首先将板材在热处理炉中以10℃/min加热至465-495℃，优选485℃-495℃(此阶段要严格控制温度、其次就是升温速率，防止出现过烧)，并保温40-160min，优选60-120min，随后快速取出在淬火油或水中淬火，优选淬火油；淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至160～230℃，优选170-200℃，保温6-36小时，优选8-16小时，最后空冷至室温。本专利技术一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，所述的粉末压制成形采用单柱液压机或四柱液压机进行成形；所述烧结采用真空热压炉进行；所述的冷轧采用二辊或四辊轧机完成；所述的热处理为人工时效处理，采用热处理炉进行。本专利技术一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，所述冷轧用的铝合金薄板材原料采用铝合金粉末压制成形制备成生坯，随后在真空热压炉中烧结制成烧结坯，并对烧结坯进行坯料退火以消除内应力和缺陷，然后按照优化工艺对其进行冷轧，从而获得热处理原料。本专利技术一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，粉末冶金铝合金冷轧板的热处理工艺为人工时效处理，首先将板材在热处理炉中以10℃/min加热至475-495℃，优选485℃-495℃(此阶段要严格控制温度和升温速率，防止出现过烧)，并保温40-160min，优选60-120min，随后快速取出在淬火油或水中淬火，优选淬火油；淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至160～230℃，优选170-200℃，保温6-36小时，优选8-16小时，最后空冷至室温。在实验室中，所述坯料退火和中间退火均在管式炉中进行。管式炉中通高纯氩气(99.999％)保护。在工业上应用时，所有的气氛炉均可以用于本专利技术。本专利技术一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，铝合金粉末压制成形的压力为20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，其特征在于包括下述步骤；将铝合金粉末压制成形、烧结、退火、冷轧、中间退火、精整和热处理；所述压制成形是将铝合金粉末装入定制的钢模具中，并在单柱或四柱液压机下进行；所述烧结是在真空热压炉中进行；所述冷轧之前先对烧结坯进行坯料退火；所述冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，第二阶段采用3道次冷轧+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止，第二阶段冷轧时，每道次压下量小于3％；冷轧后铝合金板材的总变形量为61-90％；所述热处理是将所需厚度的板材在热处理炉中进行固溶-时效处理，以满足最终的使用要求；/n所述固溶处理温度为465-495℃，固溶时间为40～160min，随后从炉中取出试样并在淬火油或水中快速进行淬火；淬火后进行实效处理；/n所述时效处理温度为120～230℃，时效时间为6～36小时。/n

【技术特征摘要】
1.一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，其特征在于包括下述步骤；将铝合金粉末压制成形、烧结、退火、冷轧、中间退火、精整和热处理；所述压制成形是将铝合金粉末装入定制的钢模具中，并在单柱或四柱液压机下进行；所述烧结是在真空热压炉中进行；所述冷轧之前先对烧结坯进行坯料退火；所述冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，第二阶段采用3道次冷轧+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止，第二阶段冷轧时，每道次压下量小于3％；冷轧后铝合金板材的总变形量为61-90％；所述热处理是将所需厚度的板材在热处理炉中进行固溶-时效处理，以满足最终的使用要求；
所述固溶处理温度为465-495℃，固溶时间为40～160min，随后从炉中取出试样并在淬火油或水中快速进行淬火；淬火后进行实效处理；
所述时效处理温度为120～230℃，时效时间为6～36小时。


2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，其特征在于：铝合金粉末的粒度为10-150微米。


3.根据权利要求1所述的一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，其特征在于：
铝合金粉末压制成形的压力为200-600MPa；保压时间为6-20s；
铝合金粉末压制成形所得压坯的厚度为2-15mm；
铝合金粉末压制成形所得压坯形状为正方形或者长方形。


4.根据权利要求1所述的一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，其特征在于：
压坯烧结温度为535-625℃；
压坯烧结时间为60～180分钟；
压坯烧结压力为2-12MPa。


5.根据权利要求1所述的一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，其特征在于；
轧制前先对烧结坯进行坯料退火，退火的温度为350-450℃；保温时间为20-180min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却。


6.根据权利要求1所述的一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，其特征在于；
2A12铝合金烧结坯的冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止，第二阶段冷轧时每道次压下量小于3％；冷轧后铝合金板材的总变形量为61-90％；
中间退火温度为330-450℃；保温时间为20-150min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；
所述的板材经轧制后最终的成品厚度为0.2～4.0mm。


7.根据权利要求1所述的一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，其特征在于：当铝合金粉末为2A12铝合金粉末时，
以200-600MPa的压制压力压制成形得到厚度为2-15mm的正方形或长方形压坯；然后在真空条件下，于535-625℃进行加压烧结60-180min；加压烧结后，对烧结坯进行坯料退火，退火的温度为350-450℃；保温时间为20-180min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；退火后的烧结坯在两辊或者四辊轧机上进行冷轧，冷轧过程分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这种冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；中间退火温度为330-450℃；保温时间为20-150min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧+中间退火，第二阶段中按3道次冷轧后辅助1次中间退火的工艺交替进行，直到板带材达到目标厚度为止，第二阶段冷轧时每道次压下量小于3％；
中间退火工...

【专利技术属性】
技术研发人员：马运柱，王涛，杨伦，黄宇峰，刘文胜，刘超，伍镭，颜焕元，赵心阅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43