本发明专利技术涉及一种用于加强慢速淬火/冷却铸铝部件的方法，具体地，提供了一种最大化铝合金的老化响应和机械性能的方法和技术。在一种实施方式中，慢速淬火的铝合金的老化过程包括但不限于，至少一个两阶段固溶处理和一个两阶段老化硬化。在固溶处理中，所述部件首先在初始固溶处理温度下加热处理，随后逐级加热到高于材料的初始固溶处理温度大约5℃至大约30℃。对于老化处理，铸件/部件首先在较低温度老化，接下来在较高温度进行随后的老化阶段。在固溶处理和/或老化期间的温度增加能够分步地、以连续的方式、或它们的组合。另一种实施方式包括两阶段老化过程，其中存在非等温老化步骤。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及改进铝合金的拉伸性能的方法和技术，特别是涉及可热处理的铸铝合 金在固化和/或固溶处理之后的慢速冷却/淬火以最小化残余应力和变形的方法和技术。
技术介绍
热淬火在金属物体的热处理过程中很重要。对于老化可硬化材料，如许多铸铝合 金，热淬火帮助逐渐形成过饱和固溶体用于随后的沉淀硬化。通过随后的老化/沉淀硬化 过程，较高的过饱和通常导致更好的机械性能(特别是屈服强度)。在淬火后，固溶体中的加 强元素的过饱和程度强烈取决于淬火率。快速淬火/冷却通常导致高的溶质过饱和。因此， 将材料频繁地淬火到冷水或温水以最大化固溶(soIution)过饱和。许多金属零件，例如发动机气缸体和气缸盖具有复杂的形状和不同的壁厚度。即 使当金属零件在热水或沸水中淬火时，也能够在它们中逐渐形成大量的残余应力和变形。 当需要紧密度公差以制造零件时，得到的变形是浪费的并且难以纠正。尽管使用性能是减 少残余应力的重要因素，但另一个动机是为了在加工期间减少变形。一种减少零件的不同部分之间冷却率的差别的方法是使用软淬火介质，例如热/ 沸水、水-聚合体或聚合体溶液或甚至是强制空气淬火。尽管空气淬火是减少残余应力和 形变的最有效的方式之一，但是它会显著地降低成品的机械性能。图1示出了采用空气淬 火与采用水淬火的显著减少气缸盖中的残余应力的实施例。图2示出了采用空气淬火减少 拉伸性能的实施例。因此，存在对固溶热处理和/或固化后慢速淬火/冷却的铸铝部件的机械性能改 进的方法的需求。
技术实现思路
本专利技术满足了这个需求。提供了一种最大化铝合金的老化响应和机械性能的方法 和技术。这些方法可应用于所有老化硬化铝合金，包括锻铝合金和铸铝合金。在一种实施方式中，该改进的用于慢速淬火/冷却铝合金的加强过程包括但不限 于，至少两阶段固溶处理和两阶段老化硬化。在固溶处理中，部件首先在合金的初始固溶处 理温度(大约低于固相线5至10°C )下热处理，随后逐渐加热至高于该材料的该初始固溶处 理温度大约5°C至大约30°C。在固溶处理期间的该温度增加能够是分步的、以连续的方式 或它们的组合。可以基于热力学和动力学确定和优化该温度变化轮廓。对于老化处理，铸 件/部件首先在与随后的老化步骤相比较低的温度下老化，该温度通常在大约室温和大约 100°C之间。该优选的预老化温度在大约65°C至大约95°C之间。该预老化时间随预老化温3度变化，并且当该零件在室温初始自然老化时，其能够长至若干天或若干周。随后的老化步 骤通常在高于大约100°C的温度下进行，例如，在大约140°C和大约240°C之间，优选的温度 在大约165°C和大约200°C之间。在随后的老化过程中的温度变化能够是分步的、以连续的 方式或它们的组合。能够基于热力学和动力学确定和优化温度变化轮廓。随后的在每个步 骤的老化时间从大约1小时变化至大约10小时，优选的总的随后老化时间在大约4至大约 8小时。在另一种实施方式中，提供了一种改进可热处理的铝合金的机械性能的方法。该 方法包括至少两阶段老化过程。存在预老化阶段，其中铝合金在大约室温至大约100°C范围 的温度下预老化，并且存在在高于预老化温度的老化温度下的非恒温老化阶段。本专利技术还提供了以下方案1. 一种方法，其用于改进可热处理铝合金的机械性能，所述方法包括 在所述铝合金的固溶处理温度对所述铝合金进行热处理并持续第一段时间； 加热所述热处理铝合金至高于所述固溶处理温度大约5°c至大约30°C的温度； 冷却加热的铝合金；在大约室温至大约100°C范围的温度下预老化所述冷却的铝合金；以及 在高于预老化温度的老化温度下老化所述预老化的铝合金。2.根据方案1所述的方法，其中所述铝合金在高于所述固溶处理温度大约5°C至 大约30°C的温度下保持第二段时间，以及其中第二段时间大约与第一段时间相同。3.根据方案1所述的方法，其中加热所述铝合金至高于所述固溶处理温度大约 5°C至大约30°C的温度是非等温加热。4.根据方案1所述的方法，其中老化所述预老化的铝合金是非等温老化。5.根据方案1所述的方法，其中所述预老化温度在大约65°C至大约95°C的范围 内。6.根据方案1所述的方法，还包括在第二老化温度老化所述铝合金，其中所述第 二老化温度高于所述老化温度。7.根据方案1所述的方法，其中所述老化温度在大约140°C至大约240°C的范围 内。8.根据方案1所述的方法，其中所述铝合金包含Mg、Cu、Si或Si中的至少一种。9.根据方案1所述的方法，其中所述铝合金包含多于大约0. 2wt%的Mg ；多于大约 0. 5wt%的Cu ；多于大约0. 5wt%的Si或多于大约0. 3wt%的Zn中的至少一种。10. 一种方法，其用于改进可热处理铝合金的机械性能，所述方法包括 在所述铝合金的固溶处理温度对所述铝合金进行热处理并持续第一段时间； 加热所述热处理铝合金至高于所述固溶处理温度大约5°C至大约30°C的温度； 冷却加热的铝合金至大约室温；在大约室温至大约100°C范围的温度下预老化所述冷却的铝合金；以及 在大约140°C至大约240°C范围内的老化温度下老化所述预老化的铝合金。11.根据方案10所述的方法，其中所述铝合金在高于所述固溶处理温度大约5°C 至大约30°C的温度下保持第二段时间，以及其中第二段时间大约与第一段时间相同。12.根据方案10所述的方法，其中加热所述铝合金至高于所述固溶处理温度大约5°C至大约30°C的温度是非等温加热。13.根据方案10所述的方法，其中老化所述预老化的铝合金是非等温老化。14.根据方案10所述的方法，其中所述预老化温度在大约65°C至大约95°C的范围 内。15.根据方案10所述的方法，其中所述老化温度在大约165°C至大约200°C的范围 内。16.根据方案10所述的方法，还包括在第二老化温度老化所述铝合金，其中所述 第二老化温度高于所述老化温度。17.根据方案10所述的方法，其中所述铝合金包含多于大约0.2wt% 多于大 约0. 5wt%的Cu ；多于大约0. 5wt%的Si和多于大约0. 3wt%的Zn中的至少一种。18. 一种方法，其用于改进可热处理铝合金的机械性能，所述方法包括 在大约室温至大约100°C范围的温度下预老化所述铝合金；以及在高于所述预老化温度的老化温度下非等温老化预老化的铝合金。19.根据方案18所述的方法，其中所述预老化温度在大约65°C至大约95°C的范围 内。20.根据方案18所述的方法，其中所述老化温度在大约165°C至大约200°C的范围 内。附图说明图1是气缸盖中残余应力分布的比较。图2在水和空气中淬火的铸铝合金的拉伸性能的比较。图3是用于慢速淬火铸铝部件的多步骤固溶和老化过程的一种实施方式的示意 图。图4是多步骤固溶处理的一种实施方式的示意图。图5是多步骤固溶处理的另一种实施方式的示意图。图6是用于慢速淬火铸铝部件的非等温固溶和分步老化过程的另一种实施方式 的示意图。图7是多步骤老化方案的一种实施方式的示意图。图8是在水淬火和空气冷却条件下的HPDC合金(A380)的预老化响应的比较。图9示意了使用该多步骤固溶和老化过程的不同实施方式的空气淬火的 A356+l%Cu合金的屈服强度改进的曲线图本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种方法，其用于改进可热处理铝合金的机械性能，所述方法包括：在所述铝合金的固溶处理温度对所述铝合金进行热处理并持续第一段时间；加热所述热处理铝合金至高于所述固溶处理温度大约５℃至大约３０℃的温度；冷却加热的铝合金；在大约室温至大约１００℃范围的温度下预老化所述冷却的铝合金；以及在高于预老化温度的老化温度下老化所述预老化的铝合金。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：Q·王，D·A·杰拉尔德，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US
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