專利名稱：一種強化鋁合金的復合熱加工成形方法
技術領域：
本發(fā)明述及一種強化鋁合金的熱加工成形工藝，屬金屬材料熱加工制造技術領域。
對于鋁合金零部件的制造，一般常規(guī)的制造方法，是采用鑄造方法或鍛造方法。
常規(guī)的鑄造方法是將熔煉后的鋁合金澆注入一個預制的與零件形狀一致的中空金屬模腔，待鋁合金熔液凝固后，打開模腔，取得鑄件毛坯，對鑄件毛坯進行整理后，該零件的鑄造過程即告完成。鋁合金零件的制造，若采用該鑄造方法，具有工藝簡單，材料成本較低等優(yōu)點，但同時又存在表面狀態(tài)較差，內部組織較疏松，力學性能較低以及脆性較大等缺點。
常規(guī)的鍛造方法是將由鋁廠生產的鋁合金棒加熱，在機械式或液壓式鍛壓設備下進行鍛壓，打出毛坯，然后在模煅設備中制成鍛造零件毛坯。鋁合金零件的制造，若采用鍛造方法，具有組織致密，力學性能好等優(yōu)點，但同時又存在很難制造形狀復雜的零件，且原材料成本較高，生產成本較高等缺點。
鋁合金經熔化和精煉后，澆注在金屬模中凝固，通過控制凝固過程，金屬液受到受控的溫度場和凝固次序的作用，獲得所需要的鑄態(tài)組織，其后將鋁合金在壓力系統(tǒng)中經受壓縮變形，通過控制受壓過程，獲得所需的變形組織和形狀；在過程中再插入熱處理，使鋁合金在溫度系統(tǒng)中經受熱處理，通過控制熱處理過程，獲得所需要的微觀組織，以調整和改變鋁合金毛坯或產品的組織性能。
本方法中的熱處理程序，包括固熔熱處理和時效熱處理兩種方式。
固熔熱處理是指鋁合金經加熱，保溫后，淬入水中迅速冷卻，使合金中的溶質原子來不及移出，被“固定”在溶劑原子的晶體內，形成過飽和的固溶體，這個過程被稱為固溶處理。鋁合金經加熱、淬火后，力學性能如強度和硬度有所降低，而其塑性有所增加。
時效熱處理是指將固溶后的鋁合金，在室溫或在較低的加熱溫度下，靜置一段時間后，其強度和硬度能顯著提高，而塑性下降。淬火后鋁合金的強度、硬度隨時間增長而明顯提高的現象，在專業(yè)術語上稱為時效。
本發(fā)明的鋁合金復合熱加工成形方法，具有許多優(yōu)點，不但可大幅度強化和提高鋁合金材料的力學性能，零件變形小，而且具有工藝簡單，生產成本低、生產率高的特點。與單獨鑄造方法相比，該復合新工藝制造的鋁合金制件的力學性能好，強度可提高20％，塑性提高200％。另外，制品表面狀態(tài)好，內部組織致密。與單獨鍛造方法相比，新工藝可成形形狀復雜的零件，而且使原材料成本由較大幅度下降。
通過實驗，有一組對比數據如下一種鋁合金在冶煉、精煉、金屬模鑄、固熔熱處理、時效熱處理后，最終鋁合金零件的力學性能為σb≥250MPa、σs≥180MPa、δ5≥2.5％。
同一種鋁合金在經過本發(fā)明的復合新工藝熱加工后，最終所制得的鋁合金零件的力學性能為σb≥310MPa、σs≥250MPa、δ5≥9％；使材料的潛力得到進一步的發(fā)揮，并且有明顯的經濟效益。
上述各力學性能符號的意義為σb-抗拉強度極限；σs-屈服極限；δ5-延伸率。
本發(fā)明方法可適用的鋁合金主要為鋁-硅系合金，是本發(fā)明的實驗及應用的主要合金，但是本發(fā)明方法也可適用于其他各種鋁合金，包括鋁-銅系合金，鋁-錳系合金，鋁-鎂系合金，鋁-鋅系合金及鋁-硅-鎂系合金等。
將熔煉后的鋁合金澆注入一個金屬模腔內，待凝固后取出鑄坯，將鑄坯加熱到530℃，在此溫度下保溫，之后在60℃水中淬冷，進行固熔熱處理，隨后在壓力設備下進行模煅，最后將煅坯在170℃溫度下保溫8小時作時效熱處理。最終制得所需的優(yōu)質鋁合金制件。
將熔煉后的鋁合金澆注入一個金屬模腔內，待凝固后取出鑄坯，將鑄坯加熱到530-540℃，在壓力設備下進行模煅，將模煅后的煅坯，利用此時的余熱，迅速將其投入60℃水中淬冷，完成煅后余熱固熔熱處理，隨后在170℃溫度下保溫8小時作時效熱處理。最終制得所需的優(yōu)質鋁合金制件。
將熔煉后的鋁合金澆注入一個金屬模腔內，待鑄坯凝固后，冷卻至420-480℃時，馬上取出鑄坯，在壓力設備下進行模煅，隨后將煅坯加熱到530℃，經一定時間保溫后，在60℃水中淬冷，使其固熔，最后在170℃溫度下保溫8小時作時效熱處理。最終制得所需的優(yōu)質鋁合金制件。
權利要求
1.一種強化鋁合金的復合熱加工成形方法，其特征是該方法包括鑄造、鍛造和熱處理多道復合加工程序；其中熱處理程序包括固熔熱處理和時效熱處理。
2.如權利要求1所述的一種強化鋁合金的復合熱加工成形方法，其特征是該方法包括鑄造、鍛造、固熔熱處理和時效熱處理各程序組成；將熔煉后的鋁合金澆注入一個金屬模腔內，待凝固后取出鑄坯，將鑄坯加熱到420-480℃，在壓力設備下進行模煅，接著將煅坯加熱到530℃，經保溫后，在60℃水中淬冷使其固熔，隨后在170℃溫度下保溫8小時作時效熱處理。
3.如權利要求1所述的一種強化鋁合金的復合熱加工成形方法，其特征是該方法是由鑄造、固熔熱處理、鍛造和時效熱處理各程序組成；將熔煉后的鋁合金澆注入一個金屬模腔內，待凝固后取出鑄坯，將鑄坯加熱到530℃，經保溫后，在60℃水中淬冷，進行固熔熱處理，隨后在壓力設備下進行模煅，最后將煅坯在170℃溫度下保溫8小時作時效熱處理。
4.如權利要求1所述的一種強化鋁合金的復合熱加工成形方法，其特征是該方法是由鑄造、鍛造、煅后余熱固熔熱處理和時效熱處理組成；將熔煉后的鋁合金澆注入一個金屬模腔內，待凝固后取出鑄坯，將鑄坯加熱到530-540℃，在壓力設備下進行模煅，將模煅后的煅坯，利用此時的余熱，迅速將其投入60℃水中淬冷，完成煅后余熱固熔熱處理，隨后在170℃溫度下保溫8小時作時效熱處理。
5.如權利要求1所述的一種強化鋁合金的復合熱加工成形方法，其特征是該方法包括鑄造、鑄造冷卻過程中立即鍛造、固熔熱處理和時效熱處理各程序組成；將熔煉后的鋁合金澆注入一個金屬模腔內，待鑄坯凝固后，冷卻至420-480℃時，馬上取出鑄坯，在壓力設備下進行模煅，隨后將煅坯加熱到530℃，經保溫后，在60℃水中淬冷使其固熔，最后在170℃溫度下保溫8小時作時效熱處理。
全文摘要
本發(fā)明述及一種強化鋁合金的復合熱加工成形方法，屬金屬材料熱加工制造技術領域。本發(fā)明方法包括鑄造、鍛造、固熔熱處理和時效熱處理的多道復合加工程序。與單獨常規(guī)的鑄造法或鍛造法不同，為一種復合熱加工方法，由該復合新工藝制得的鋁合金零件，具有高組織致密度，變形小的特點，而且具有優(yōu)良的力學性能，提高了強度和硬度，其塑性也有一定程度的增加。本發(fā)明方法還具有工藝簡單，易于實施，可降低生產成本，提高生產率等優(yōu)點。
文檔編號C22F1/04GK1425792SQ0213676
公開日2003年6月25日 申請日期2002年9月2日 優(yōu)先權日2002年9月2日
發(fā)明者邵光杰, 許珞萍, 戴宗琳 申請人:上海大學