專(zhuān)利名稱：半固態(tài)變形合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半固態(tài)變形合金。
背景技術(shù)：
半固態(tài)合金的成形具有高質(zhì)量、高性能，易于實(shí)現(xiàn)近終成形，模具壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高，節(jié)約能源等特點(diǎn)，更符合面向新世紀(jì)的先進(jìn)制造技術(shù)的要求，是21世紀(jì)最具潛力的先進(jìn)制造技術(shù)之一。半固態(tài)合金成形方法在應(yīng)用中，最重要最關(guān)鍵的就是制備具有非枝晶組織結(jié)構(gòu)的半固態(tài)材料。
文獻(xiàn)[K.P.Young，C.P.Kyonka and J.A.Courtois，“Fine grained metal composition”，U.S.Patent，4415374，1038(1983)]介紹了制備半固態(tài)合金的應(yīng)變誘發(fā)熔化激活方法。首先將常規(guī)金屬的鑄錠經(jīng)過(guò)熱變形，如進(jìn)行擠壓、滾壓等熱加工制成半成品棒料，這時(shí)金屬棒料的顯微組織具有強(qiáng)烈的變形拉長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，然后加熱到固液兩相區(qū)使得合金含有體積分?jǐn)?shù)至少為5％的液相，半固態(tài)等溫處理一定時(shí)間后，被拉長(zhǎng)的晶粒變成了細(xì)小的顆粒，隨后快速冷卻獲得非枝晶組織的半固態(tài)金屬材料。應(yīng)變誘發(fā)熔化激活技術(shù)的工藝效果主要取決于熱變形和半固態(tài)等溫處理兩個(gè)階段，或者兩者之間再加一個(gè)冷變形階段。目前，應(yīng)變誘發(fā)熔化激活技術(shù)只是成功地應(yīng)用于鑄造合金，對(duì)變形合金的制備還處于探索階段。
文獻(xiàn)[S.J.Luo，W.T.Tian and G.A.Zhang，“Structural evolution of LC4 alloy in makingthixotropic billet by SIMA method”，Trans.Nonferrous.Met.Soc.China，11(4)，547(2001)]對(duì)變形LC4合金的熱擠壓棒材進(jìn)行預(yù)變形后再進(jìn)行半固態(tài)等溫處理，研究了微觀組織的演化情況。然而，在半固態(tài)等溫處理前對(duì)變形合金施加單一的冷變形并不一定能擴(kuò)充到其它高熔點(diǎn)合金，到目前為止還沒(méi)有關(guān)于變形合金半固態(tài)材料更詳細(xì)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)只應(yīng)用于鑄造合金以及預(yù)變形方式單一的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種半固態(tài)變形合金。本發(fā)明在應(yīng)變誘發(fā)熔化激活方法的熱變形和半固態(tài)等溫處理之間增加了一道冷變形或熱變形工序，通過(guò)控制變形量、等溫溫度和保溫時(shí)間等工藝參數(shù)制備半固態(tài)變形合金。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種半固態(tài)變形合金，其特征在于采用下述方法制備1)將供應(yīng)狀態(tài)合金加熱到250～350℃進(jìn)行熱變形處理，變形量為20～40％，變形速度為1毫米/分鐘，保溫20～40分鐘；
2)再在電阻爐中將經(jīng)過(guò)方法1)變形處理的合金加熱到580～600℃進(jìn)行半固態(tài)等溫處理，溫差控制在±1℃之內(nèi)，保溫時(shí)間為2～5分鐘；3)半固態(tài)等溫處理結(jié)束后立即取出進(jìn)行水淬。
還可將上述方法1)中的熱變形處理用冷變形處理替換，其變形量、變形速度、保溫時(shí)間及后續(xù)處理方法不變。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于由于采用了熱變形或者冷變形和半固態(tài)等溫處理相結(jié)合的處理方法，使供應(yīng)狀態(tài)變形合金的變形組織轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于半固態(tài)成形的近球狀組織。這種半固態(tài)合金的室溫屈服強(qiáng)度、強(qiáng)度極限會(huì)比供應(yīng)狀態(tài)合金的室溫屈服強(qiáng)度、強(qiáng)度極限降低7％～5％，塑性指標(biāo)中的最大斷面縮減率由供應(yīng)狀態(tài)合金的40％左右提高到半固態(tài)合金的60％左右，提高了近20％。半固態(tài)合金在半固態(tài)狀態(tài)下成形時(shí)的變形力與供應(yīng)狀態(tài)材料相比降低了20～40％。而且采用這種方法制備的半固態(tài)合金，綜合力學(xué)性能高，微觀組織小、均勻且呈近球狀，采用這種方法還可制備高熔點(diǎn)的變形合金。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的工藝流程2是變形速度為1mm/min、變形溫度為280℃、變形量為30％、等溫溫度為600℃、保溫時(shí)間為5min條件下半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片圖3是變形速度為1mm/min、變形溫度為280℃、變形量為40％、等溫溫度為600℃、保溫時(shí)間為5min條件下半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片圖4是變形速度為1mm/min、變形溫度為280℃、變形量為40％、等溫溫度為590℃、保溫時(shí)間為5min條件下半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片圖5是變形速度為1mm/min、變形溫度為280℃、變形量為40％、等溫溫度為600℃、保溫時(shí)間為2min條件下半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片圖6是變形速度為1mm/min、變形量為20％、等溫溫度為600℃、保溫時(shí)間為5min條件下半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片圖7是變形速度為1mm/min、變形量為30％、等溫溫度為600℃、保溫時(shí)間為5min條件下半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片圖8是變形速度為1mm/min、變形量為30％、等溫溫度為580℃、保溫時(shí)間為5min條件下半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片圖9是變形速度為1mm/min、變形量為30％、等溫溫度為600℃、保溫時(shí)間為2min條件下半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1。將供應(yīng)狀態(tài)變形合金通過(guò)熱變形或者冷變形和半固態(tài)等溫處理相結(jié)合的處理方法，經(jīng)過(guò)水淬，成為半固態(tài)成形合金。以供應(yīng)狀態(tài)Al-4Cu-Mg合金為例，具體過(guò)程如下。
實(shí)施例1將熱擠壓后經(jīng)固溶處理+自然時(shí)效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸為Φ15×25mm的試樣，在變形溫度為280℃和變形速度為1.0mm/min的條件下，對(duì)試樣進(jìn)行熱變形，控制變形量為30％。再對(duì)熱變形后的試樣進(jìn)行半固態(tài)等溫?zé)崽幚砉に嚕刂频葴販囟葹?00℃和保溫時(shí)間為5min。半固態(tài)等溫?zé)崽幚斫Y(jié)束后，將試樣進(jìn)行水淬。圖2給出了半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片，可以看出微觀組織為近球狀的晶粒，晶粒尺寸為56.2μm。
實(shí)施例2將熱擠壓后經(jīng)固溶處理+自然時(shí)效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸為Φ15×25mm的試樣，在變形溫度為280℃和變形速度為1.0mm/min的條件下，對(duì)試樣進(jìn)行熱變形，控制變形量為40％。再對(duì)熱變形后的試樣進(jìn)行半固態(tài)等溫?zé)崽幚砉に?，控制等溫溫度?00℃和保溫時(shí)間為5min。半固態(tài)等溫?zé)崽幚斫Y(jié)束后，將試樣進(jìn)行水淬。圖3給出了半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片，可以看出微觀組織為近球狀的晶粒，晶粒尺寸為49.7μm。
實(shí)施例3將熱擠壓后經(jīng)固溶處理+自然時(shí)效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸為Φ15×25mm的試樣，在變形溫度為280℃和變形速度為1.0mm/min的條件下，對(duì)試樣進(jìn)行熱變形，控制變形量為40％。再對(duì)熱變形后的試樣進(jìn)行半固態(tài)等溫?zé)崽幚砉に?，控制等溫溫度?90℃和保溫時(shí)間為5min。半固態(tài)等溫?zé)崽幚斫Y(jié)束后，將試樣進(jìn)行水淬。圖4給出了半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片，可以看出微觀組織為等軸狀的晶粒，晶界不光滑，晶粒尺寸為47.9μm。
實(shí)施例4將熱擠壓后經(jīng)固溶處理+自然時(shí)效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸為Φ15×25mm的試樣，在變形溫度為280℃和變形速度為1.0mm/min的條件下，對(duì)試樣進(jìn)行熱變形，控制變形量為40％。再對(duì)熱變形后的試樣進(jìn)行半固態(tài)等溫?zé)崽幚砉に?，控制等溫溫度?00℃和保溫時(shí)間為2min。半固態(tài)等溫?zé)崽幚斫Y(jié)束后，將試樣進(jìn)行水淬。圖5給出了半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片，可以看出微觀組織為等軸狀的晶粒，晶界不光滑，晶粒尺寸為46.1μm。
實(shí)施例5將熱擠壓后經(jīng)固溶處理+自然時(shí)效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸為Φ15×25mm的試樣，在室溫和變形速度為1.0mm/min的條件下，對(duì)試樣進(jìn)行冷變形，并控制變形量為20％。再對(duì)冷變形后的試樣進(jìn)行半固態(tài)等溫?zé)崽幚砉に嚕刂频葴販囟葹?00℃和保溫時(shí)間為5min。半固態(tài)等溫?zé)崽幚斫Y(jié)束后，將試樣進(jìn)行水淬。圖6給出了半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片，可以看出微觀組織為近球狀的晶粒，晶粒尺寸為49.6μm。
實(shí)施例6將熱擠壓后經(jīng)固溶處理+自然時(shí)效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸為Φ15×25mm的試樣，在室溫和變形速度為1.0mm/min的條件下，對(duì)試樣進(jìn)行冷變形，并控制變形量為30％。再對(duì)冷變形后的試樣進(jìn)行半固態(tài)等溫?zé)崽幚砉に嚕刂频葴販囟葹?00℃和保溫時(shí)間為5min。半固態(tài)等溫?zé)崽幚斫Y(jié)束后，將試樣進(jìn)行水淬。圖7給出了半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片，可以看出微觀組織為近球狀的晶粒，晶粒尺寸為45.4μm。
實(shí)施例7將熱擠壓后經(jīng)固溶處理+自然時(shí)效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸為Φ15×25mm的試樣，在室溫和變形速度為1.0mm/min的條件下，對(duì)試樣進(jìn)行冷變形，并控制變形量為30％。再對(duì)冷變形后的試樣進(jìn)行半固態(tài)等溫?zé)崽幚砉に?，控制等溫溫度?80℃和保溫時(shí)間為5min。半固態(tài)等溫?zé)崽幚斫Y(jié)束后，將試樣進(jìn)行水淬。圖8給出了半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片，可以看出微觀組織為近球狀的晶粒，晶粒尺寸為36.3μm。
實(shí)施例8將熱擠壓后經(jīng)固溶處理+自然時(shí)效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸為Φ15×25mm的試樣，在室溫和變形速度為1.0mm/min的條件下，對(duì)試樣進(jìn)行冷變形，并控制變形量為30％。再對(duì)冷變形后的試樣進(jìn)行半固態(tài)等溫?zé)崽幚砉に?，控制等溫溫度?00℃和保溫時(shí)間為2min。半固態(tài)等溫?zé)崽幚斫Y(jié)束后，將試樣進(jìn)行水淬。圖9給出了半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的顯微照片，可以看出微觀組織為近球狀的晶粒，晶粒尺寸為40.3μm。
對(duì)于供應(yīng)狀態(tài)的Al-4Cu-Mg合金在室溫下經(jīng)過(guò)20％的塑性變形后再進(jìn)行等溫溫度為580℃和保溫時(shí)間為6min的半固態(tài)等溫處理后可獲得性能優(yōu)良的半固態(tài)材料。由本專(zhuān)利技術(shù)獲得的半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的室溫屈服強(qiáng)度(265.2MPa)、強(qiáng)度極限(386.7MPa)分別為比供應(yīng)狀態(tài)Al-4Cu-Mg合金的室溫屈服強(qiáng)度(279.2MPa)、強(qiáng)度極限(416.5MPa)分別降低了7％和5％，塑性指標(biāo)中的最大斷面縮減率由供應(yīng)狀態(tài)Al-4Cu-Mg合金的43.6％提高到半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金的56.5％，提高了29.6％。半固態(tài)Al-4Cu-Mg合金在半固態(tài)狀態(tài)下成形時(shí)的變形力與供應(yīng)狀態(tài)材料相比降低了20～40％；在變形溫度為490℃的固態(tài)成形時(shí)的變形力與供應(yīng)狀態(tài)材料相比降低了27％。
權(quán)利要求
1.一種半固態(tài)變形合金，其特征在于采用下述方法制備1)將供應(yīng)狀態(tài)合金加熱到250～350℃進(jìn)行熱變形處理，變形量為20～40％，變形速度為1毫米/分鐘，保溫20～40分鐘；2)再在電阻爐中將經(jīng)過(guò)方法1)變形處理的合金加熱到580～600℃進(jìn)行半固態(tài)等溫處理，溫差控制在±1℃之內(nèi)，保溫時(shí)間為2～5分鐘；3)半固態(tài)等溫處理結(jié)束后立即取出進(jìn)行水淬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半固態(tài)變形合金，其特征在于還可將上述方法1)中的熱變形處理用冷變形處理替換，其變形量、變形速度為、保溫時(shí)間及后續(xù)處理方法不變。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半固態(tài)變形合金，采用下述方法制備(1)將供應(yīng)狀態(tài)合金加熱到250～350℃進(jìn)行熱變形處理或者在室溫下進(jìn)行冷變形處理，變形量為20～40％，變形速度為1毫米/分鐘，保溫20～40分鐘；(2)再在電阻爐中將經(jīng)過(guò)方法(1)變形處理的合金加熱到580～600℃進(jìn)行半固態(tài)等溫處理，溫差控制在±1℃之內(nèi)，保溫時(shí)間為2～5分鐘；(3)半固態(tài)等溫處理結(jié)束后立即取出進(jìn)行水淬。這種半固態(tài)合金與供應(yīng)狀態(tài)合金相比，其室溫屈服強(qiáng)度、強(qiáng)度極限降低了7％～5％，最大斷面縮減率提高了20％左右。半固態(tài)合金在半固態(tài)狀態(tài)下成形時(shí)的變形力與供應(yīng)狀態(tài)材料相比降低了20～40％。其綜合力學(xué)性能高，組織細(xì)小、均勻且呈近球狀，采用這種方法還可制備高熔點(diǎn)的變形合金。
文檔編號(hào)C22F1/00GK1560312SQ20041002593
公開(kāi)日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月12日
發(fā)明者李淼泉, 江海濤 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)