一种铝合金的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种铝合金的制备方法及应用，该制备方法包括以下步骤：将铝合金原料进行第一次晶粒细化处理和第二次晶粒细化处理；所述第一次晶粒细化处理为

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及材料加工
，具体涉及一种铝合金的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]航空航天工业、汽车工业、轨道交通工业和电子通信工业等领域在对大规格和轻质量工件需求增长的同时，人们对材料性能(例如高强度的金属材料)的要求也越来越高。为了制备高强度金属材料，开发了很多大塑性变形方法，如等通道挤压、高压扭转、累积叠轧和深冷轧制等方法。这些方法中，等通道挤压和高压扭转技术利用大的纯剪切应变实现材料的晶粒细化，通过晶粒细化从而提高金属材料的强度；但是这两项技术不能够用来制备大规格超细晶板带产品。而相关技术中还利用累积叠轧技术来制备板带材料，该技术通过控制叠轧过程中轧制压下率保持50％，重复叠合后轧件厚度不变，且随着轧制道次增加材料累积应变量增大来实现材料晶粒的细化，用来制备超细晶板带材料，但是该工艺过程中材料界面结合强度低、材料边部易产生裂纹，制约了该技术的推广应用。
[0003]相关技术中，加工变形(如热/冷轧制、锻造、挤压等)过程中存在的变形和温度不均匀性，以及回复和再结晶等，会导致如亚晶转变(导致晶粒长大、晶界能量增加，对性能不利。)、晶粒长大和相析出(相析出不利于晶粒的细化，同时也会造成性能恶化。)等组织演变或转变。因而，采用传统加工变形手段很难实现铝及其合金晶粒结构的超微细化(如晶粒尺寸≤1μm)，而且还存在坯件内组织和性能不均匀问题。
[0004]因此，需要开发一种铝合金的制备方法，该方法制得的铝合金的晶粒尺寸小且强度大。

技术实现思路
r/>[0005]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种铝合金的制备方法，该方法制得的铝合金的晶粒尺寸小且强度大。
[0006]本专利技术还提供了一种铝合金，该铝合金由上述方法制备得到。
[0007]本专利技术还提供了上述铝合金在制备高强度铝合金中的应用。
[0008]具体如下，本专利技术第一方面提供了一种铝合金的制备方法，所述制备方法为：将铝合金原料进行第一次晶粒细化处理和第二次晶粒细化处理；
[0009]所述第一次晶粒细化处理为
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200℃～30℃条件下的搅拌摩擦处理；
[0010]所述第二次晶粒细化处理为变形处理或
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200℃～
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100℃条件下的搅拌摩擦处理。
[0011]根据本专利技术铝合金的制备方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
[0012]在第一次晶粒细化处理过程中(即在
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200℃～30℃条件下的摩擦搅拌处理(friction stir processing，缩写为FSP)过程中)，金属同时受到热和机械搅拌作用，并最终实现晶粒的细化。其中，搅拌作用由搅拌头提供，而热作用主要由搅拌头和挤压铝合金间的摩擦产热及金属本身的变形产热两部分组成。由于搅拌头的尺寸有限，加工时被加工金
属会存在变形和热量梯度，这将导致加工后的材料在微观组织上存在差异。同时控制摩擦搅拌处理过程中的温度在
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200℃～30℃，有利于控制提升晶粒细化的效果。
[0013]在第二次晶粒细化处理过程中，本专利技术利用(在超低温(
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100℃～
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200℃)环境下进行摩擦搅拌处理)或变形处理对晶粒进行进一步细化，其中第二次摩擦搅拌处理利用搅拌头所造成加工区材料的剧烈塑性变形、混合、晶粒破碎，同时为了防止在高速的摩擦搅拌加工过程中，产生大量的热，导致晶粒长大粗化，采用在超低温的环境中进行摩擦搅拌加工，实现材料微观组织的致密化、均匀化和细化，将铝合金材料的晶粒尺寸进一步细化。
[0014]在变形处理过程中通过抑制变形过程中晶粒的位错运动及动态再结晶来促使晶粒细化。变形处理制备铝合金时的主要强化机制为位错和小角度晶界机制。变形过程中，材料内部形成高的位错密度，这些高密度的位错演变为晶界，实现了材料晶粒细化。
[0015]搅拌摩擦加工(FSP)是一种新型的固相加工技术，FSP技术搅拌头的高速旋转和移动实现，搅拌头由轴肩和搅拌针组成。在加工过程中在一定垂直压力的作用下，搅拌头高速旋转并缓慢挤入工件的待加工部位，使搅拌头肩部与材料表面紧密接触后高速旋转摩擦搅，拌针伸进材料内部进行摩擦和搅拌，在旋转过程中，由库仑摩擦和剪切摩擦产生大量的摩擦热将搅拌针周围的金属基体材料表面加热到热塑性软化状态，使加工部位的材料产生塑性流变。
[0016]FSP技术具有以下优点：
[0017]1)FSP技术工艺中的热源于摩擦热、变形热，是一种无有害气体、无辐射的绿色、节能加工技术；
[0018]2)FSP技术是一种可实现组织细化、致密化、均匀化的短程、单步固相加工技术；
[0019]3)通过优化设计被处理区的深度组织与性能可被精细控制；
[0020]4)FSP技术不改变加工工件的形状与尺寸。
[0021]搅拌摩擦加工技术基本原理为：搅拌摩擦加工主要通过搅拌头的高速旋转和移动实现，搅拌头由轴肩和搅拌针组成。搅拌针伸进材料内部进行摩擦和搅拌，其旋转产生的剪切摩擦热将搅拌针周围的金属变软进而热塑化，使加工部位的材料产生塑性流变，搅拌头高速旋转的同时沿加工方向与工件相对移动，热塑化的材料由搅拌头的前部向后部转移，并且在搅拌头轴肩的锻造作用下产生强塑性变形。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一次晶粒细化处理中，搅拌摩擦处理的轴肩下压量为0.5mm～3mm。
[0023]轴肩下压量的控制为了调控搅拌过程中金属的塑性流动，破损原始大晶粒，获得细小晶粒，下压量太小，金属塑性变形不均匀，晶粒细化效果不好，下压量太大，搅拌过程中温升太快，也会导致晶粒粗化。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一次晶粒细化处理中，搅拌摩擦处理的温度为20℃～30℃时；搅拌摩擦处理的轴肩下压量0.5mm～2mm。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一次晶粒细化处理中，搅拌摩擦处理的温度为20℃～30℃时，冷却介质为空气。
[0026]轴肩下压量的控制为了调控搅拌过程中金属的塑性流动，破损原始大晶粒，获得细小晶粒，下压量太小，金属塑性变形不均匀，晶粒细化效果不好，下压量太大，搅拌过程中温升太快，也会导致晶粒粗化。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一次晶粒细化处理中，搅拌摩擦处理的温度为
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100℃～
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200℃时；搅拌摩擦处理的轴肩下压量1mm～3mm。
[0028]轴肩下压量的控制为了调控搅拌过程中金属的塑性流动，破损原始大晶粒，获得细小晶粒，下压量太小，金属塑性变形不均匀，晶粒细化效果不好，下压量太大，搅拌过程中温升太快，也会导致晶粒粗化。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一次晶粒细化处理中，搅拌摩擦处理的温度为
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100℃～
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200℃时，冷却介质为液氮。
[0030]根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：将铝合金原料进行第一次晶粒细化处理和第二次晶粒细化处理；所述第一次晶粒细化处理为
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200℃～30℃条件下的搅拌摩擦处理；所述第二次晶粒细化处理为变形处理或
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200℃～
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100℃条件下的搅拌摩擦处理。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一次晶粒细化处理中，搅拌摩擦处理的轴肩下压量为0.5mm～3mm。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述第一次晶粒细化处理的温度为20℃～30℃时，搅拌摩擦处理的轴肩下压量为0.5mm～2mm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述第一次晶粒细化处理的温度为
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200℃～
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100℃时，搅拌摩擦处理的轴肩下压量为1mm～3mm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第二次晶粒细化处理为变形处理时，变形量为20％～50％。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李承波，郑学军，刘胜胆，刘洋，朱戴博，肖博，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：