一种均质微米细晶铝合金材料的制备方法技术

一种均质微米细晶铝合金材料的制备方法，包括：(1)近固溶线高温多向锻造；(2)中间高温强化固溶；(3)超低温多向压缩；(4)重复步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的操作；(5)高温固溶；(6)超低温多向压缩；(7)低温时效热处理，获得均质微米细晶组织的铝合金材料。本发明专利技术在超低温多向压缩后，增加近固溶线高温多向锻造，通过循环超低温多向压缩

【技术实现步骤摘要】
一种均质微米细晶铝合金材料的制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料领域，尤其涉及一种均质微米细晶铝合金材料的制备方法。

技术介绍

[0002]光学反射镜是机载作战、卫星探测、导弹导引等国防战略装备获取信息的核心部件。现代国防装备大视场、多光谱、高精度探测要求反射镜镜面为自由曲面，加工精度达到纳米/亚纳米尺度。与传统玻璃、碳化硅等反射镜材料相比，6061铝合金在红外到紫外光谱段范围内都有较高反射率，具有加工性优良、密度小与制造成本低等优点，可实现自由曲面反射镜与支撑结构同材质制造，降低热膨胀差异，提高探测精度和稳定性，成为自由曲面光学反射镜制造新一代材料。
[0003]铝合金材料微米尺度组织是影响光学反射镜镜面加工精度的关键因素，因镜体晶粒间以及硬质相与基体间物理特性差异影响，镜面纳米/亚纳米加工精度要求镜体材料组织为均质微米细晶(1～5μm)、近零残余应力，但目前的铝合金塑性加工技术很难达到该加工精度。荷兰是国际上最先进的光学反射镜铝合金材料制造国，其采用甩带快速凝固和热等静压的方式制备光学微晶铝，平均晶粒尺寸可低至1～2μm，粗大相平均尺寸小于1μm、且均匀弥散分布，单点金刚石超精加工后表面粗糙度可达到1～2nm，但其核心技术严格保密，且大口径光学微晶铝禁止向我国出口。
[0004]目前，国内高端光学铝合金制造技术尚属空白，常规工艺制备的6061铝合金易产生局域化形变，成形后存在晶粒粗大、杂质相多且分布不均等问题，反射镜镜面加工精度不高、表面粗糙度Ra普遍大于5nm，局部形成加工缺陷，难以满足高端光学反射镜镜面纳米/亚纳米加工精度的制造需求。
[0005]申请号为202110390652.0的专利申请“一种均质细晶Al
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Mg
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Si合金镜面材料的制备方法”中提出了一种深冷变形结合固溶处理使Al
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Mg
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Si合金晶粒细化至10μm，来提高铝合金材料加工性能。但该方法用于高端光学反射镜还存在以下几个问题：(1)该方法在超低温变形后进行固溶淬火、1～5％冷变形和时效处理，1～5％的冷变形为航空航天承力构件的常用残余应力消减方法，其残余应力虽然能满足毫米级加工精度承力构件的制造要求，但难以满足铝合金镜面纳米级面形精度制造需求；(2)该方法通过超低温变形形成致密位错，通过固溶淬火使位错诱导再结晶晶粒细化，但在固溶过程高温条件下位错回复效应显著、再结晶晶粒长大趋势明显，在工业条件下晶粒细化极限约为10μm，难以达到1～5μm的光学微晶铝制造需求；(3)该方法仅通过高温固溶处理使破碎的粗大相高温作用下回溶扩散，实现粗大相的充分回溶与溶质原子充分扩散和元素均匀分布，仍存在局部粗大相富集与尺寸偏大等问题；(4)该方法制备的光学铝铝合金加工后表面粗糙度≥2.5nm，考虑到尺寸效应、加工误差等因素影响，仅能满足红外探测光学铝合金反射镜的应用需求，难以满足红外
‑
可见光的多光谱探测铝合金反射镜的应用需求。
[0006]因此，开发一种均质微米细晶铝合金材料制备方法，实现铝合金粗大相细化与弥散分布、晶粒组织达到微米/亚微米尺度，将光学铝合金反射镜镜面加工精度提升至纳米/
亚纳米尺度，以实现高端光学反射镜铝合金材料国产化，这将具有重要的军事、社会和经济效应。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种均质微米细晶铝合金材料的制备方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0009]一种均质微米细晶铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)近固溶线高温多向锻造：将均匀化后的铝合金坯料随炉升温至固溶线以下10～40℃，金属表面达到炉温后保温4～8h，同时加模具加热至400～500℃，采用多向镦拔工艺对铝合金坯料进行大塑性变形，消除铸造组织缺陷，破碎与分散坯料中粗大第二相，促进溶质元素扩散，制备得到均质坯料；
[0011](2)中间高温强化固溶：将步骤(1)得到的均质坯料置于高温固溶炉中进行高温固溶，水淬；通过极端高温使破碎后粗大相充分回溶扩散，高温固溶后立即水淬，抑制第二相析出，提高后续变形过程中材料塑性；
[0012](3)超低温多向压缩：将步骤(2)得到的坯料降温至
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150～
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196℃，进行超低温多向压缩，抑制铝合金动态回复，形成强剪切作用，充分破碎细化与粗大第二相组织；
[0013](4)将步骤(3)得到的坯料重复步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的操作，通过极端变形破碎细化与热力作用使溶质元素充分溶解扩散，获得超均质坯料；
[0014](5)高温固溶：将步骤(4)得到的坯料置于高温固溶炉中进行高温固溶，高温固溶后立即水淬，抑制第二相析出，提高后续变形过程中材料塑性；
[0015](6)超低温多向压缩：将步骤(5)得到的坯料降温至
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150～
‑
196℃，模具降温至
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80℃～
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196℃，进行超低温多向压缩，抑制铝合金动态回复，形成致密位错，充分细化晶粒与粗大第二相组织；
[0016](7)低温时效热处理：将步骤(6)得到的坯料置于时效炉中进行低温时效热处理，抑制高温过程晶粒长大粗化与不均匀温度变化所导致的残余应力形成，保留超低温多向压缩后细晶组织，消减宏观残余应力，获得均质微米细晶组织的铝合金材料。
[0017]上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述多向镦拔工艺是指将坯料沿X、Y、Z三个正交方向各进行一次镦粗和拔长。
[0018]上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述多向镦拔工艺中镦拔次数为3次或6次，单次变形量55～65％，坯料终锻温度≥400℃，多向镦拔后将坯料在空气中冷却至室温。
[0019]上述的制备方法，优选的，步骤(2)和步骤(5)中，所述高温固溶是指将坯料升温至固溶线以下5～25℃，保温4～8h后，立即水淬。
[0020]上述的制备方法，优选的，步骤(3)和步骤(6)中，所述超低温多向压缩是将长方体结构的坯料三向依次压缩各一次为一道次，如此循环压缩1～9道次，压缩时坯料温度保持在
‑
50℃以下，单次变形量10～50％，多向压缩后将坯料在空气中恢复至室温。
[0021]上述的制备方法，优选的，步骤(7)中，所述低温时效热处理是指将炉温升至150～180℃，保温8～30h。
[0022]上述的制备方法，优选的，所述铝合金材料为Al
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Mg
‑
Si光学铝合金材料或Al
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Cu合
金材料。
[0023]上述的制备方法，优选的，所述均质微米细晶铝合金材料的平均晶粒尺寸≤5um，粗大相平均尺寸≤1um，残余应力≤30MPa，经加工后表面粗糙度Ra≤2nm。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种均质微米细晶铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将均匀化后的铝合金坯料随炉升温至固溶线以下10～40℃，金属表面达到炉温后保温4～8h，采用多向镦拔工艺制备得到均质坯料；(2)将步骤(1)得到的均质坯料置于高温固溶炉中进行高温固溶，水淬；(3)将步骤(2)得到的坯料降温至
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150～
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196℃，进行超低温多向压缩；(4)将步骤(3)得到的坯料重复步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)的操作；(5)将步骤(4)得到的坯料置于高温固溶炉中进行高温固溶，水淬；(6)将步骤(5)得到的坯料降温至
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150～
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196℃，进行超低温多向压缩；(7)将步骤(6)得到的坯料置于时效炉中进行低温时效热处理，获得均质微米细晶组织的铝合金材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多向镦拔工艺是指将坯料沿X、Y、Z三个正交方向各进行一次镦粗和拔长。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多向镦拔工艺中镦拔次数为3次或6次，单次变形量55～65％，坯料终锻温...

【专利技术属性】
技术研发人员：易幼平，黄始全，何海林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：