一種提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，包括固溶處理和時(shí)效處理，該方法還包括在時(shí)效處理后的深冷處理和在深冷處理過(guò)程中的超聲場(chǎng)沖擊處理。深冷處理過(guò)程包括從室溫開(kāi)始，冷卻速度1～10oC/min，將鋁合金材料冷卻到－196oC的超低溫下保溫12～30h。超聲場(chǎng)沖擊處理優(yōu)選在深冷處理的后期進(jìn)行，超聲場(chǎng)的強(qiáng)度為1～50Kw/m2，聲場(chǎng)頻率為10～40KHZ，超聲場(chǎng)的處理時(shí)間為60～200S。將深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理后的鋁合金置于溫度為110oC的烘箱中，保溫時(shí)間為2～6h，隨后將烘箱中的鋁合金置于空氣中，自然恢復(fù)到室溫。本發(fā)明可使鋁合金材料組織致密，殘余應(yīng)力小，強(qiáng)韌性得到同步大幅提高。
【專利說(shuō)明】一種提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁合金材料的強(qiáng)化處理方法，特別是涉及一種提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金材料作為最輕的金屬合金材料之一，同時(shí)具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，導(dǎo)熱導(dǎo)電性好，阻尼減振，電磁屏蔽，易于加工成形，所以制備高強(qiáng)韌的鋁合金材料，是材料應(yīng)用與發(fā)展的趨勢(shì)。
[0003]從現(xiàn)有技術(shù)看，通常采用傳統(tǒng)的熱處理或等通道轉(zhuǎn)角擠壓法(ECAP)等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁合金材料進(jìn)行細(xì)晶強(qiáng)化，達(dá)到改善材料的力學(xué)性能?，F(xiàn)有改善鋁合金材料強(qiáng)韌性的中國(guó)專利主要有二個(gè):一是專利號(hào)為200510037105.5，名稱為一種高強(qiáng)韌擠壓鑄造鋁合金材料的發(fā)明專利，其通過(guò)擠壓鑄造、淬火和不完全人工時(shí)效方法制備的鋁合金材料具有強(qiáng)韌性，通過(guò)發(fā)揮細(xì)晶強(qiáng)化使材料具有高強(qiáng)韌性特征；二是專利號(hào)為200410023090.2，名稱為一種改善超高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)韌性的熱處理工藝的發(fā)明專利，其通過(guò)控制鋁合金組織中晶界平衡相發(fā)生球化，在保證鋁合金強(qiáng)度不降低或有所提高的基礎(chǔ)上提高合金韌性，原理在于減少合金晶界處脆性相。以上兩種制備高強(qiáng)韌鋁合金材料的方法，都是通過(guò)傳統(tǒng)熱處理工藝的改善，來(lái)提高材料的力學(xué)性能。傳統(tǒng)熱處理工藝雖然對(duì)材料力學(xué)性能的提高發(fā)揮重要作用，但是繼續(xù)提高材料力學(xué)性能變的愈發(fā)困難，所以對(duì)傳統(tǒng)熱處理工藝不僅僅是改善，而是需要對(duì)傳統(tǒng)熱處理工藝的突破。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提`供一種提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，通過(guò)該方法處理的鋁合金材料不僅具有高強(qiáng)韌性能，而且突破了傳統(tǒng)的熱處理工藝。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用這樣一種提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，該方法包括對(duì)鋁合金材料依次進(jìn)行的固溶處理和時(shí)效處理，該方法還包括在時(shí)效處理后，對(duì)鋁合金材料進(jìn)行的深冷處理和在深冷處理過(guò)程中對(duì)鋁合金材料進(jìn)行的超聲場(chǎng)沖擊處理。
[0006]在本發(fā)明中，所述深冷處理的過(guò)程包括，從室溫開(kāi)始，冷卻速度I~10°C/min，將鋁合金材料冷卻到一 196°C的超低溫下保溫12~30h。
[0007]在本發(fā)明中，所述對(duì)鋁合金材料進(jìn)行的超聲場(chǎng)沖擊處理優(yōu)選在深冷處理的后期進(jìn)行，所述超聲場(chǎng)的強(qiáng)度優(yōu)選為I~50Kw/m2，聲場(chǎng)頻率優(yōu)選為10~40KHZ，超聲場(chǎng)的處理時(shí)間優(yōu)選為60~200S。
[0008]在本發(fā)明中，所述深冷處理的后期是深冷處理離設(shè)定結(jié)束時(shí)間t < 0.5h。
[0009]在本發(fā)明中，可將深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理后的鋁合金材料置于溫度為110°C的烘箱中，保溫時(shí)間為2~6h，隨后將烘箱中的鋁合金材料置于空氣中，自然恢復(fù)到室溫。
[0010]本發(fā)明的方法還包括在固溶處理后、時(shí)效處理前進(jìn)行的淬火處理，所述淬火處理的過(guò)程包括將固溶處理后的鋁合金材料放入18~22°C的水中進(jìn)行淬火，然后冷卻至室溫。
[0011]在本發(fā)明中，所述固溶處理的過(guò)程包括將鋁合金材料在450~540°C的溫度下保溫2~4h。
[0012]在本發(fā)明中，所述時(shí)效處理的過(guò)程包括將鋁合金材料在100~150°C的溫度下保溫12~30h。
[0013]采用上述處理方法后，本發(fā)明具有以下有益效果:
從組織特征上看，當(dāng)鋁合金材料進(jìn)行深冷處理時(shí)，因超低溫作用，鋁合金材料會(huì)發(fā)生收縮從而產(chǎn)生微塑性變形，塑性變形導(dǎo)致鋁合金材料內(nèi)部產(chǎn)生大量位錯(cuò)，這樣在深冷處理時(shí)產(chǎn)生位錯(cuò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)施加一定強(qiáng)度的超聲場(chǎng)沖擊效應(yīng)，利用超聲場(chǎng)的空化效應(yīng)和聲流沖擊效應(yīng)，可促使鋁合金材料中高密度位錯(cuò)實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)的快速運(yùn)動(dòng)可在鋁合金材料內(nèi)部誘發(fā)產(chǎn)生納米孿晶，納米孿晶的產(chǎn)生使鋁合金材料具有納米尺度共格晶面的組織特征，從而使鋁合金材料同時(shí)具備高強(qiáng)度和高韌性的力學(xué)性能。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述超聲場(chǎng)的強(qiáng)度為I~50Kw/m2，聲場(chǎng)頻率為10~40KHZ，超聲場(chǎng)的處理時(shí)間為60~200S，并且在深冷處理的后期對(duì)鋁合金材料進(jìn)行超聲場(chǎng)沖擊處理，所述的深冷處理后期優(yōu)選為深冷處理離設(shè)定結(jié)束時(shí)間t < 0.5h的時(shí)間范圍內(nèi)，即在深冷處理結(jié)束前的半小時(shí)內(nèi)。采用這種技術(shù)方案后，由于超聲場(chǎng)產(chǎn)生的高速瞬間沖擊能量使鋁合金材料表面的溫度急劇升高又急劇冷卻，這種高頻能量從鋁合金材料表面導(dǎo)入材料內(nèi)部，因而引起材料組織不均勻的塑性變形和彈性應(yīng)變，并促使鋁合金材料中高密度位錯(cuò)的快速運(yùn)動(dòng)，使鋁合金材料中產(chǎn)生大量的納米孿晶，從而使鋁合金材料的強(qiáng)韌性得到了大幅度提高。而且，當(dāng)在深冷處理的后期對(duì)鋁合金材料進(jìn)行超聲場(chǎng)沖擊處理時(shí)，由于在深冷處理的后期，鋁合金材料內(nèi)部產(chǎn)生的位錯(cuò)更多，因此在鋁合金材料內(nèi)部能誘發(fā)產(chǎn)生更多的納米孿晶，從而使鋁合金材料具有更高的強(qiáng)韌性。
`[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明將深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理后的鋁合金材料置于溫度為110°C的烘箱中，保溫時(shí)間為2~6h，隨后將烘箱中的鋁合金材料置于空氣中，自然恢復(fù)到室溫。采用這種技術(shù)方案后，利用高低溫處理方法，可使鋁合金材料的力學(xué)性能更佳。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]一種提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，該方法包括對(duì)鋁合金材料依次進(jìn)行的固溶處理和時(shí)效處理，該方法還包括在時(shí)效處理后，對(duì)鋁合金材料進(jìn)行的深冷處理和在深冷處理過(guò)程中對(duì)鋁合金材料進(jìn)行的超聲場(chǎng)沖擊處理。
[0018]本發(fā)明的深冷處理過(guò)程包括，從室溫開(kāi)始，冷卻速度I~10°C/min，將鋁合金材料冷卻到一 196°C的超低溫下保溫12~30h。
[0019]本發(fā)明對(duì)鋁合金材料進(jìn)行的超聲場(chǎng)沖擊處理優(yōu)選在深冷處理的后期進(jìn)行，所述超聲場(chǎng)的強(qiáng)度優(yōu)選為I~50Kw/m2，聲場(chǎng)頻率優(yōu)選為10~40KHZ，超聲場(chǎng)的處理時(shí)間優(yōu)選為60 ~200S。
[0020]在本發(fā)明中，所述深冷處理的后期是深冷處理離設(shè)定結(jié)束時(shí)間t ( 0.5h，即在深冷處理結(jié)束前的半小時(shí)內(nèi)。[0021]本發(fā)明優(yōu)選將深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理后的鋁合金材料置于溫度為110°C的烘箱中，保溫時(shí)間為2~6h，隨后將烘箱中的鋁合金材料置于空氣中，自然恢復(fù)到室溫。
[0022]本發(fā)明的方法還包括在固溶處理后、時(shí)效處理前進(jìn)行的淬火處理，所述淬火處理的過(guò)程包括將固溶處理后的鋁合金材料放入18~22°C的水中進(jìn)行淬火，然后冷卻至室溫。
[0023]在本發(fā)明中，所述固溶處理的過(guò)程包括將鋁合金材料在450~540°C的溫度下保溫2~4h。
[0024]在本發(fā)明中，所述時(shí)效處理的過(guò)程包括將鋁合金材料在100~150°C的溫度下保溫12~30h。
[0025]在本發(fā)明中，實(shí)施深冷處理的裝置可采用市售的具有隔熱保溫、不屏蔽超聲場(chǎng)的深冷柜或箱，采用的冷源是液氮。實(shí)施超聲場(chǎng)沖擊處理的裝置可采用市售的超聲波發(fā)生器，所述超聲波發(fā)生器能產(chǎn)生頻率大于IOkHz的振蕩電信號(hào)，通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換為同頻率的縱波機(jī)械振動(dòng)能量，再通過(guò)變幅桿將換能器微小振幅(一般為4 μ m)變換到20~80 μ m,然后借助各種形式的工具頭將振動(dòng)能量傳遞到鋁合金材料上。
[0026]在本發(fā)明中，優(yōu)選將所述深冷處理和深冷處理后期的超聲場(chǎng)沖擊處理，以及深冷處理后的所述烘箱保溫處理，重復(fù)循環(huán)操作2~3次。
[0027]實(shí)施例1:
采用6061鋁合金棒材作為樣品進(jìn)行強(qiáng)化處理，該鋁合金各成分的重量百分含量為Mg:
0.8% ~1.2%, S1:0.4% ~0.8%, Cu:0.15% ~0.4%, Cr:0.15% ~0.35%, Mn:0.15%, Fe:0.7%,Zn:0.25%, Ti:0.15%，余量為 Al。
`[0028]固溶處理；將所述鋁合金棒材放置在熱處理爐中，在450°C的溫度下保溫3h。
[0029]淬火處理；將固溶處理后的鋁合金棒材放入18°C的水中進(jìn)行淬火，然后冷卻至室溫。
[0030]時(shí)效處理；將淬火處理后的鋁合金棒材放置在熱處理爐中，在100°C的溫度下保溫30h，然后將鋁合金棒材自然冷卻到室溫。
[0031]深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理；將時(shí)效處理后的鋁合金棒材放置在深冷箱中，從室溫開(kāi)始，冷卻速度10°C/min，將鋁合金棒材冷卻到一 196°C的超低溫下保溫30h，在對(duì)鋁合金棒材保溫了 29.5~30h時(shí)，對(duì)鋁合金棒材施加超聲場(chǎng)沖擊處理，超聲場(chǎng)強(qiáng)度50Kw/m2，聲場(chǎng)頻率40KHZ，超聲處理時(shí)間60S。
[0032]將經(jīng)過(guò)深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理后的鋁合金棒材置于溫度為110°C的烘箱中，保溫時(shí)間為6h，隨后將烘箱中的鋁合金棒材置于空氣中，自然恢復(fù)到室溫。
[0033]對(duì)經(jīng)過(guò)處理后的鋁合金棒材進(jìn)行性能檢試，鋁合金棒材的抗拉強(qiáng)度(Sb)為456Mpa，屈服強(qiáng)度(δ。2)為388Mpa，伸長(zhǎng)率(Φ )為20%。從檢測(cè)報(bào)告中可以得出:鋁合金材料的強(qiáng)韌性得到了同步大幅提高。
[0034]實(shí)施例2:
采用7055鋁合金棒材作為樣品進(jìn)行強(qiáng)化處理，該鋁合金各成分的重量百分含量為Zn:8%，Mg:2.2%, Cu:2.2%, Zr:0.2%, Mn ( 0.05%, Fe ( 0.1%，Si ( 0.15%, Ti ( 0.06%,Cr ^ 0.04%,余量為 Al。
[0035]固溶處理；將所述鋁合金棒材放置在熱處理爐中，在475°C的溫度下保溫2h。
[0036]淬火處理；將固溶處理后的鋁合金棒材放入20°C的水中進(jìn)行淬火，然后冷卻至室溫。
[0037]時(shí)效處理；將淬火處理后的鋁合金棒材放置在熱處理爐中，在120°C的溫度下保溫24h，然后將鋁合金棒材自然冷卻到室溫。
[0038]深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理；將時(shí)效處理后的鋁合金棒材放置在深冷箱中，從室溫開(kāi)始，冷卻速度l°C/min，將鋁合金棒材冷卻到一 196°C的超低溫下保溫24h，在對(duì)鋁合金棒材保溫了 23.5~24h時(shí)，對(duì)鋁合金棒材施加超聲場(chǎng)沖擊處理，超聲場(chǎng)強(qiáng)度30Kw/m2，聲場(chǎng)頻率20KHZ，超聲處理時(shí)間150S。
[0039]將經(jīng)過(guò)深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理后的鋁合金棒材置于溫度為110°C的烘箱中，保溫時(shí)間為4h，隨后將烘箱中的鋁合金棒材置于空氣中，自然恢復(fù)到室溫。
[0040]對(duì)經(jīng)過(guò)處理后的鋁合金棒材進(jìn)行性能檢試，鋁合金棒材的抗拉強(qiáng)度(Sb)為688Mpa，屈服強(qiáng)度(δ。2)為652Mpa，伸長(zhǎng)率(Φ )為18.5%。從檢測(cè)報(bào)告中可以得出:鋁合金材料的強(qiáng)韌性得到了同步大幅提高。
[0041]實(shí)施例3:
采用6高硅(Si)鋁合金棒材作為樣品進(jìn)行強(qiáng)化處理，該鋁合金各成分的重量百分含量為 Si:20%, Fe:2.0%, Sr:0.12%，余量為 Al。
[0042]固溶處理；將所述鋁合金棒材放置在熱處理爐中，在540°C的溫度下保溫4h。
[0043]淬火處理；將固溶處理后的鋁合金棒材放入22°C的水中進(jìn)行淬火，然后冷卻至室溫。
`[0044]時(shí)效處理；將淬火處理后的鋁合金棒材放置在熱處理爐中，在150°C的溫度下保溫12h，然后將鋁合金棒材自然冷卻到室溫。
[0045]深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理；將時(shí)效處理后的鋁合金棒材放置在深冷箱中，從室溫開(kāi)始，冷卻速度5°C/min，將鋁合金棒材冷卻到一 196°C的超低溫下保溫12h，在對(duì)鋁合金棒材保溫了 11.5~12h時(shí),對(duì)招合金棒材施加超聲場(chǎng)沖擊處理,超聲場(chǎng)強(qiáng)度lKw/m2,聲場(chǎng)頻率10KHZ，超聲處理時(shí)間200S。
[0046]將經(jīng)過(guò)深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理后的鋁合金棒材置于溫度為110°C的烘箱中，保溫時(shí)間為2h，隨后將烘箱中的鋁合金棒材置于空氣中，自然恢復(fù)到室溫。
[0047]對(duì)經(jīng)過(guò)處理后的鋁合金棒材進(jìn)行性能檢試，鋁合金棒材的抗拉強(qiáng)度(Sb)為182Mpa，屈服強(qiáng)度(δ 0 2)為156Mpa，伸長(zhǎng)率(Φ)為21%。從檢測(cè)報(bào)告中可以得出:鋁合金材料的強(qiáng)韌性得到了同步大幅提高。
[0048]綜上，采用本發(fā)明的方法后，可使鋁合金材料組織致密，殘余應(yīng)力小，強(qiáng)韌性得到同步大幅提高，本發(fā)明將傳統(tǒng)熱處理進(jìn)行了一種新的延伸和突破。
【權(quán)利要求】
1.一種提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，該方法包括對(duì)鋁合金材料依次進(jìn)行的固溶處理和時(shí)效處理，其特征在于:該方法還包括在時(shí)效處理后，對(duì)鋁合金材料進(jìn)行的深冷處理和在深冷處理過(guò)程中對(duì)鋁合金材料進(jìn)行的超聲場(chǎng)沖擊處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，其特征在于:所述深冷處理的過(guò)程包括，從室溫開(kāi)始，冷卻速度I~10°C/min，將鋁合金材料冷卻到一 196°C的超低溫下保溫12~30h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，其特征在于:所述對(duì)鋁合金材料進(jìn)行的超聲場(chǎng)沖擊處理在深冷處理的后期進(jìn)行，所述超聲場(chǎng)的強(qiáng)度為I~50Kw/m2，聲場(chǎng)頻率為10~40KHZ，超聲場(chǎng)的處理時(shí)間為60~200S。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，其特征在于:所述深冷處理的后期是深冷處理離設(shè)定結(jié)束時(shí)間t ( 0.5h。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，其特征在于:將深冷處理和超聲場(chǎng)沖擊處理后的鋁合金材料置于溫度為110°C的烘箱中，保溫時(shí)間為2~6h，隨后將烘箱中的鋁合金材料置于空氣中，自然`恢復(fù)到室溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，其特征在于:該方法還包括在固溶處理后、時(shí)效處理前進(jìn)行的淬火處理，所述淬火處理的過(guò)程包括將固溶處理后的鋁合金材料放入18~22°C的水中進(jìn)行淬火，然后冷卻至室溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，其特征在于:所述固溶處理的過(guò)程包括將鋁合金材料在450~540°C的溫度下保溫2~4h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高鋁合金材料強(qiáng)度和韌性的處理方法，其特征在于:所述時(shí)效處理的過(guò)程包括將鋁合金材料在100~150°C的溫度下保溫12~30h。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK103469128SQ201310453860
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】王占洪, 張勛寅, 朱曉宏 申請(qǐng)人:常州市潤(rùn)源經(jīng)編機(jī)械有限公司