專利名稱：一種無(wú)鉛鋁合金的熱處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種無(wú)鉛鋁合金的熱處理方法，涉及一種含Sn、 Bi，不含Pb的變形鋁合金的熱處理方法。
背景技術(shù)：
鉛作為鋁合金的一種合金元素，主要用于2XXX和6XXX系合金，以提高合金的可加工性，但是由于鉛污染帶來(lái)的廢料回來(lái)問(wèn)題，使得從二十世紀(jì)九十年代開(kāi)始一些發(fā)達(dá)國(guó)家的鋁業(yè)公司開(kāi)始研究無(wú)鉛的易加工鋁合金，研究者們研究采用其它合金元素來(lái)替代鋁合金中的鉛，這些替代元素包括Si，Mn，F(xiàn)e以及Ni等。如Kaiser markets采用Sn來(lái)替代6262中的Pb，設(shè)計(jì)了其內(nèi)部牌號(hào)為KA62合金，與6262合金相比，該合金的物理性能和加工性能為B級(jí)。Reynolds則采用In和Sn替代6262合金中的Pb和Bi，這些合金元素在鋁合金中形成了人們所期望的低熔點(diǎn)共晶相，且加工性能比6262有所提高；Kobe Steel公司則主要采用調(diào)整傳統(tǒng)合金元素，尤其是Si， Mn， Fe以及Ni的含量來(lái)提高加工性能，研究結(jié)果表明，合金的Si含量降低可以提高合金的加工性能，并在此基礎(chǔ)上變化2017和6061的Si含量分別設(shè)計(jì)了 KE2和KE6。 Reynolds金屬公司研究了添加Ti和In取代AA6262合金中的Bi和Pb，得到了加工性能和傳統(tǒng)6262相當(dāng)?shù)暮辖鸩牧?，隨后公司又研究加入Bi和In來(lái)代替Pb ，并在2001年申請(qǐng)了美國(guó)專利。 為使無(wú)鉛鋁合金性能達(dá)到或與2XXX或6XXX系合金性能相當(dāng)，需要對(duì)這種新的合金進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，目前，?duì)于成熟應(yīng)用的特種成分的無(wú)鉛鋁合金有特殊的熱處理工藝參數(shù)均處于保密狀態(tài)，沒(méi)有工業(yè)化的無(wú)鉛鋁合金的生產(chǎn)和熱處理工藝披露。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效合金的力學(xué)性能的無(wú)鉛鋁合金的熱處理方法。 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 —種無(wú)鉛鋁合金的熱處理方法，其無(wú)鉛鋁合金以鉍，錫，銅，硅和鉻為合金元素，鋁為基體，其合金的質(zhì)量百分比組成包括為Si :0.4% -0.8% ;CU:O. 15% _0. 40% ;Mg :
0. 8 % -1. 2 % ;Sn :0. 4 % -0. 9 % ;Bi :0. 4 % -0. 9 % ;Cr :0. 04 % -0. 142 % ;Zn :《0. 25 % ;
Mn :《0. 15% ;Ti :《0. 10%，余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)元素；其特征在于其熱處理過(guò)程的步驟包括 (1)將合金錠在熱處理爐中，535士2t:溫度下，保溫60min，進(jìn)行固溶熱處理；
(2)將固溶熱處理后的合金錠進(jìn)行室溫水淬； (3)將水淬后的合金錠在165士2t:溫度下，保溫10h，進(jìn)行時(shí)效處理；
(4)出爐冷卻后，空冷至室溫；再進(jìn)行冷加工(冷拔)，冷加工拔變形量為0-4%。
本發(fā)明的方法，高溫固溶的目的是在高溫條件下使Cu和Mg有效地溶入鋁基體中，為后面的人工時(shí)效創(chuàng)造條件。因此在本發(fā)明中選擇高溫固溶溫度為535士2t:，保溫60min，如果溫度低于此溫度，Cu和Mg不能最大限度地溶入基體鋁中，達(dá)不到最大強(qiáng)化效果，如果溫度高于此溫度或保溫時(shí)間太長(zhǎng)， 一方面使得原始晶粒快速長(zhǎng)大，別一方面可能引起過(guò)燒，這兩方面都會(huì)降低固溶強(qiáng)化效果。 對(duì)于過(guò)飽和的Al-Cu-Mg合金，在時(shí)效過(guò)程中的時(shí)效序列為GP區(qū)——針狀M&Si非平衡相——片狀Mg^i平衡相，在等溫時(shí)效過(guò)程中，析出相的數(shù)量隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。本發(fā)明時(shí)效工藝為時(shí)效溫度165士2t:，保溫10h。如果溫度低于此溫度，A1-Cu-Mg化合物和Mg2Si相不能全部析出，反之如果溫度高于此溫度，會(huì)使析出的Al-Cu-Mg化合物和Mg2Si相長(zhǎng)大，增加了合金中的空位，降低了時(shí)效強(qiáng)化效果；時(shí)效保溫時(shí)間太短，會(huì)使析出相數(shù)量減少，保溫時(shí)效超過(guò)10小時(shí)，析出相的增加不明顯，但能耗增加，產(chǎn)品成本上升。
時(shí)效后的合金進(jìn)行冷加工，一方面使擠壓后產(chǎn)品的尺寸精度提高，另一方面進(jìn)一步提高了變形合金的力學(xué)性能。 本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于1、經(jīng)過(guò)本發(fā)明熱處理后的合金，具有優(yōu)異的機(jī)械性能以及優(yōu)異的抗腐蝕性和可焊接性；2、經(jīng)過(guò)冷加工后的合金，尺寸精度高，力學(xué)性能得到更大的提高；3、熱處理過(guò)程能耗少，生產(chǎn)成本低。 此類合金的熱處理主要包括固溶處理和時(shí)效析出兩個(gè)階段，固溶處理的目的是使合金元素最大限度地溶入鋁基體，時(shí)效處理的目的是使合金元素盡可能地以細(xì)小均勻的強(qiáng)化相析出。 本發(fā)明效果經(jīng)過(guò)本發(fā)明熱處理后的變形鋁合金，比熱處理前合金的力學(xué)性能有了極大的提高，同時(shí)減少了合金的殘余應(yīng)力，合金的抗腐蝕性和可焊接性與含Pb的6262合金相當(dāng)；經(jīng)過(guò)冷加工后的合金，尺寸精度高，力學(xué)性能得到更大的提高；發(fā)明所述的熱處理工藝能耗少，生產(chǎn)成本低，具有較強(qiáng)的工業(yè)可操作性。
具體實(shí)施例方式
—種無(wú)鉛鋁合金的熱處理方法，這種無(wú)鉛鋁合金是以鎂，鉍，錫，銅，硅和鉻為主要合金元素，并含有其它不可避免的雜質(zhì)元素。其基本組成為Si :0.4-0.8% ;CU :
0. 15-0. 40 % ;Mg :0. 8-1. 2 % ;Sn :0. 4-0. 9 % ;Bi :0. 4-0. 9 % ;Cr :0. 04-0. 142 % ;Zn :
《0. 25% ;Mn :《0. 15% ;Ti :《0. 10%，余量為鋁；為提高合金的強(qiáng)度，對(duì)合金進(jìn)行熱處
理，其熱處理工藝流程為熱處理爐升溫到設(shè)定溫度一裝爐一固溶處理(升溫一保溫)一淬火一時(shí)效處理(到溫裝爐，升溫一保溫)一出爐空冷一冷加工。其固
溶溫度為535±2 °C ，保溫60min，水淬；時(shí)效溫度為165±2 °C ，保溫10h，空冷；冷變形量0-4%。 實(shí)施例1 擠壓后的合金熱處理后進(jìn)行冷加工。具體工藝流程為熱處理爐升溫到設(shè)定溫度(535±2°C )——裝爐——固溶處理(升溫10°C /min——保溫60min)——淬火(淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間5-10s)——時(shí)效處理(到溫裝爐，升溫3°C /min——保溫10h)——出爐空冷。
實(shí)施例2 擠壓后的合金熱處理后進(jìn)行冷加工。具體工藝流程為熱處理爐升溫到設(shè)定溫度(535±2°C )——裝爐——固溶處理(升溫10°C /min——保溫60min)——淬火(淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間5-10s)——時(shí)效處理(到溫裝爐，升溫3°C /min——保溫10h)——出爐空冷——冷加工(變形量0.5% )。
實(shí)施例3 擠壓后的合金熱處理后進(jìn)行冷加工。具體工藝流程為熱處理爐升溫到設(shè)定溫度(535±2°C )——裝爐——固溶處理(升溫10°C /min——保溫60min)——淬火(淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間5-10s)——時(shí)效處理(到溫裝爐，升溫3°C /min——保溫10h)——出爐空冷——冷加工(變形量3.0% )。
實(shí)施例4 擠壓后的合金熱處理后進(jìn)行冷加工。具體工藝流程為熱處理爐升溫到設(shè)定溫度(535±2°C )——裝爐——固溶處理(升溫10°C /min——保溫60min)——淬火(淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間5-10s)——時(shí)效處理(到溫裝爐，升溫3°C /min——保溫10h)——出爐空冷——冷加工(變形量4.0% )。
表1力學(xué)性能
實(shí)例抗拉強(qiáng)度(MPa)屈服強(qiáng)度(MPa;T延伸率(％)
實(shí)施例13433393.4
實(shí)施例2375370
實(shí)施例33923卯11.8
實(shí)施例441741610.9權(quán)利要求
一種無(wú)鉛鋁合金的熱處理方法，其無(wú)鉛鋁合金以鉍，錫，銅，硅和鉻為合金元素，鋁為基體，其合金的質(zhì)量百分比組成包括為Si0.4％-0.8％；Cu0.15％-0.40％；Mg0.8％-1.2％；Sn0.4％-0.9％；Bi0.4％-0.9％；Cr0.04％-0.142％；Zn≤0.25％；Mn≤0.15％；Ti≤0.10％，余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)元素；其特征在于其熱處理過(guò)程的步驟包括(1)將合金錠在熱處理爐中，535±2℃溫度下，保溫60min，進(jìn)行固溶熱處理；(2)將固溶熱處理后的合金錠進(jìn)行室溫水淬；(3)將水淬后的合金錠在165±2℃溫度下，保溫10h，進(jìn)行時(shí)效處理；(4)出爐冷卻后，空冷至室溫；再進(jìn)行冷拔加工，冷拔加工變形量為0-4％。
全文摘要
一種無(wú)鉛鋁合金的熱處理方法，涉及一種含Sn、Bi，不含Pb的變形鋁合金的熱處理方法。其無(wú)鉛鋁合金以鉍，錫，銅，硅和鉻為合金元素，鋁為基體，其特征在于其熱處理過(guò)程的步驟包括(1)將合金錠在熱處理爐中，535±2℃溫度下，保溫60min，進(jìn)行固溶熱處理；(2)將固溶熱處理后的合金錠進(jìn)行室溫水淬；(3)將水淬后的合金錠在165±2℃溫度下，保溫10h，進(jìn)行時(shí)效處理；(4)出爐冷卻后，空冷至室溫；再進(jìn)行冷加工(冷拔)，冷加工變形量為0-4％。本發(fā)明的方法可以極大地提高這種變形合金的力學(xué)性能，并通過(guò)冷加工使合金強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高。
文檔編號(hào)C22F1/04GK101709444SQ20091024338
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者倉(cāng)向輝, 姚素娟, 黃霞 申請(qǐng)人:中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司