一种铝合金新型室温应力循环强化工艺制造技术

本发明专利技术提供一种铝合金新型室温应力循环强化工艺，将铝合金熔炼并循环降温，并通过应力循环强化装置对铝合金施加轴向上的循环应力，使得铝合金组织中的原子在室温下扩散，控制超细溶质团动态析出，阻碍铝合金原子的位错运动，得到室温应力循环强化的铝合金，本发明专利技术通过应用周期性变化的应力控制铝合金型材的微尺度变化，在组织中产生大量空位，帮助铝合金组织中的原子在室温下扩散，调控超细溶质团的动态析出，大量的超细原子团的析出可强烈阻碍位错的运动，达到强化合金的目的，可代替工人时效处理，且耗时短，能耗小，这种异构的溶质分布对位错运动有强烈的影响，可以大幅提高合金强度，降低了合金中的应力值。降低了合金中的应力值。降低了合金中的应力值。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金新型室温应力循环强化工艺


[0001]本专利技术涉及铝合金加工
，具体涉及一种铝合金新型室温应力循环强化工艺。

技术介绍

[0002]铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。
[0003]铝合金及其加工材料具有一系列优良特性，如密度小、比强度和比钢度高、弹性好、抗冲击性能优良、耐腐蚀、高导电和导热性、加工成形性良好以及可回收利用等，因此成为轻量化首选的金属材料。铝材已经成为航空航天和现代交通运输轻量化、高速化的关键材料，已部分代替钢铁而成为工业和社会的基础材料。
[0004]2xxx系(Al
‑
Cu基)铝合金经热处理后可生成弥散分布的时效强化相，对基体产生强化作用，属于可热处理强化型铝合金，该系列铝合金主要靠时效过程中从过饱和固溶体中析出沉淀相来达到强化。其热处理制度主要包括400
‑
500℃固溶处理、淬火至室温、100
‑
200℃人工时效7
‑
24h并空冷至室温，Al2Cu是主要强化相，使合金强化。
[0005]由于人工时效热处理时间较长，能耗较大；且时效热处理过程会在组织的晶界附近形成“无沉淀析出区”，此区域处溶质原子贫瘠，且强度较晶内基体弱，可对铝合金的疲劳、拉伸和腐蚀性能造成不良影响。

技术实现思路

[0006]针对现有技术不足，本专利技术提供一种铝合金新型室温应力循环强化工艺，通过应用周期性变化的应力控制铝合金型材的微尺度变化，在组织中产生大量空位，帮助铝合金组织中的原子在室温下扩散，调控超细(1至2nm)溶质团的动态析出，大量的超细原子团的析出可强烈阻碍位错的运动，达到强化合金的目的，可代替工人时效处理，且耗时短，能耗小。
[0007]本专利技术通过如下方案解决上述技术问题：
[0008]一种铝合金新型室温应力循环强化工艺，循环强化工艺包括以下步骤：
[0009]1).升温熔融：将铝合金投入到熔炼炉中，再将熔炼炉抽真空，并充入足够量的氩气，采用交变的涡流电磁场梯度升温，温度梯度首尾温差相差为20～80℃，将熔炼炉温度升至750～850℃，铝合金熔融；
[0010]2).循环降温：在氩气气氛下，将铝合金熔体采用水冷的方式梯度冷却至150～300℃，至铝合金熔体完全结晶析出，再恒温2～3h，再用涡流电磁场梯度升温至铝合金刚好完全熔融，恒温2～5h，温度梯度首尾温差相差为40～80℃；
[0011]采用风冷的方式将铝合金梯度降温至150～200℃，将铝合金完全结晶析出，再将结晶析出的铝合金进行固溶处理，恒温2～8h，再继续缓慢风冷至室温；
[0012]3).应力强化：将风冷至室温的铝合金转移至伺服液压控制的应力循环强化装置上，对铝合金施加轴向上的循环应力，使得铝合金组织中的原子在室温下扩散，控制超细溶质团动态析出，阻碍铝合金原子的位错运动，得到室温应力循环强化的铝合金。
[0013]作为优选的，应力循环强化装置施加的应力大小从铝合金固溶状态的屈服强度经循环加载增加至峰时效状态铝合金的屈服强度。
[0014]作为优选的，应力循环强化装置施加应力的大小设置为0～600MPa。
[0015]作为优选的，应力循环强化装置施加应力的频率设置为0.002Hz～20Hz。
[0016]作为优选的，应力循环强化装置施加应力的周期为100～1500周。
[0017]作为优选的，固溶处理的温度设置为350～380℃，时间为2～5h。
[0018]作为优选的，固溶处理所使用的加热炉为熔炼炉、盐浴炉或管式炉，采用涡流电磁场加热。
[0019]本专利技术能够实现的有益技术效果至少包括：本专利技术设计的铝合金新型室温应力循环强化工艺，通过应用周期性变化的应力控制铝合金型材的微尺度变化，在组织中产生大量空位，帮助铝合金组织中的原子在室温下扩散，调控超细(1至2nm)溶质团的动态析出，大量的超细原子团的析出可强烈阻碍位错的运动，达到强化合金的目的，可代替工人时效处理，且耗时短，能耗小，这种异构的溶质分布对位错运动有强烈的影响，可以大幅提高合金强度，降低了合金中的应力值。
附图说明
[0020]图1为传统固溶处理与循环应力强化处理的比较示意图；
[0021]图中：
[0022]A
‑
显示高温为α相、低温为α+β的双相的热力学相图；
[0023]C
eq
‑
平衡溶质浓度；
[0024]C
b
‑
溶质浓度；
[0025]B
‑
β相的成核速率和生长速率随温度变化的函数示意图；
[0026]dN/dt
‑
成和速率；
[0027]dR/dt
‑
生长速率；
[0028]exp(
‑
ΔG*/kT)
‑
克服成核势垒的概率；
[0029]D
‑
溶质扩散系数；
[0030]C
‑
循环强化加载过程图。
[0031]图2为热处理和循环强化后合金的显微组织的原子团簇透射电镜图；
[0032]图中：
[0033]A
‑
AA2024型号铝合金的时效显微组织的低角度环形暗场扫描透射电子显微镜(LAADF
‑
STEM)图像；
[0034]B
‑
AA6061型号铝合金的时效显微组织的低角度环形暗场扫描透射电子显微镜(LAADF
‑
STEM)图像；
[0035]C
‑
AA7075型号铝合金的时效显微组织的低角度环形暗场扫描透射电子显微镜(LAADF
‑
STEM)图像；
[0036]D
‑
AA2024型号铝合金的循环强化显微组织的低角度环形暗场扫描透射电子显微
镜(LAADF
‑
STEM)图像；
[0037]E
‑
AA6061型号铝合金的循环强化显微组织的低角度环形暗场扫描透射电子显微镜(LAADF
‑
STEM)图像；
[0038]F
‑
AA7075型号铝合金的循环强化显微组织的低角度环形暗场扫描透射电子显微镜(LAADF
‑
STEM)图像；
[0039]在A、B、D、E中的电子束平行于(001)
Al
，在C、F中的电子束平行于(010)
Al
。
[0040]图3为AA2024型号铝合金循环强化前后的溶质团簇；
[0041]图中：A
‑
沿着(001)
Al
观察到的循环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金新型室温应力循环强化工艺，其特征在于，所述循环强化工艺包括以下步骤：1).升温熔融：将铝合金投入到熔炼炉中，再将熔炼炉抽真空，并充入足够量的氩气，采用交变的涡流电磁场梯度升温，温度梯度首尾温差相差为20～80℃，将熔炼炉温度升至750～850℃，铝合金熔融；2).循环降温：在氩气气氛下，将铝合金熔体采用水冷的方式梯度冷却至150～300℃，至铝合金熔体完全结晶析出，再恒温2～3h，再用涡流电磁场梯度升温至铝合金刚好完全熔融，恒温2～5h，温度梯度首尾温差相差为40～80℃；采用风冷的方式将铝合金梯度降温至150～200℃，将铝合金完全结晶析出，再将结晶析出的铝合金进行固溶处理，恒温2～8h，再继续缓慢风冷至室温；3).应力强化：将风冷至室温的铝合金转移至伺服液压控制的应力循环强化装置上，对铝合金施加轴向上的循环应力，使得铝合金组织中的原子在室温下扩散，控制超细溶质团动态析出，阻碍铝合金原子的位错运动，得到室温应力循环强化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小蕴，刘沛峰，汪科林，黄进，项泽元，黄中月，吴炜，周建峰，
申请(专利权)人：池州市安安新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：