一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，包括步驟：將鋁合金放入固溶爐中進(jìn)行固溶處理，保溫后取出；將固溶處理后的鋁合金放入裝有水溶液的水槽中進(jìn)行淬火；將時(shí)效爐升溫到時(shí)效溫度，將淬火后的鋁合金放入時(shí)效爐中，同時(shí)施加交變磁場(chǎng)，對(duì)鋁合金進(jìn)行電磁場(chǎng)時(shí)效處理，直至?xí)r效時(shí)間結(jié)束；交變磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.04～0.1T；時(shí)效溫度為165～190℃，時(shí)效時(shí)間為3～24h。本發(fā)明通過(guò)在鋁合金時(shí)效階段加設(shè)強(qiáng)度約為0.04～0.1T的交變磁場(chǎng)，縮短了時(shí)效析出時(shí)間，影響了時(shí)效析出相的形態(tài)和數(shù)量，在一定程度上提高熱處理后的材料力學(xué)性能；并且簡(jiǎn)單易操作，便于工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)施。
【專利說(shuō)明】一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有色金屬材料電磁場(chǎng)熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別地，涉及一種利用電磁場(chǎng) 時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在實(shí)際生產(chǎn)中，廣泛利用時(shí)效硬化現(xiàn)象來(lái)提高2系鋁銅合金的強(qiáng)度。根據(jù)合金性 質(zhì)和使用要求，可采用不同的常規(guī)時(shí)效工藝，主要包括單級(jí)時(shí)效、分級(jí)時(shí)效、形變時(shí)效和回 歸再時(shí)效處理等。而近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者將電磁場(chǎng)手段應(yīng)用到材料領(lǐng)域，并取得了一定 成果，其作為改善材料組織、性能的新方法逐步被認(rèn)知。金屬材料的電磁固態(tài)相變過(guò)程研究 主要包括了回復(fù)、再結(jié)晶、析出、鐵素體、珠光體、馬氏體、貝氏體相變等多種轉(zhuǎn)變過(guò)程，這些 轉(zhuǎn)變都有可能受到磁場(chǎng)的影響。
[0003] 從文獻(xiàn)來(lái)看，目前從事磁場(chǎng)下有色合金固態(tài)相變一沉淀相析出方面的研究，其 磁場(chǎng)特征多為穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)。穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)特征表現(xiàn)為磁場(chǎng)由多由超導(dǎo)產(chǎn)生，磁場(chǎng)方向不變，磁 場(chǎng)強(qiáng)度在IT(含）以上。以下為國(guó)內(nèi)外學(xué)者在穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)方面的研究現(xiàn)狀：
[0004] 1、任曉等研究了穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)下對(duì)Al-Cu擴(kuò)散偶界面中間相形成和生長(zhǎng)的影響，磁 場(chǎng)強(qiáng)度分別為3T、5T，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加中間相組成發(fā)生了變化，且其擴(kuò)散系數(shù) 具有方向性。
[0005] 2、劉萬(wàn)忱等對(duì)Al-Cu合金進(jìn)行了時(shí)效處理，其時(shí)效制度是：磁場(chǎng)強(qiáng)度10Τ，時(shí)效溫 度190°C，時(shí)效時(shí)間24h，指出磁場(chǎng)提高了合金硬度，縮短了時(shí)效析出時(shí)間，增加了晶界析出 相的數(shù)量，分析認(rèn)為是由于強(qiáng)磁場(chǎng)的作用增加了時(shí)效轉(zhuǎn)變擴(kuò)散系數(shù)。
[0006] 3、胡建軍等對(duì)Al-4wt % Cu合金時(shí)效析出的影響進(jìn)行了研究，磁場(chǎng)強(qiáng)度為10T，時(shí) 效溫度130°C、190°C經(jīng)不同時(shí)間時(shí)效處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)施加強(qiáng)磁場(chǎng)導(dǎo)致了合金的擇優(yōu)取向法 相明顯的變化。
[0007] 4、王恩剛等研究了 Cu-15% Fe合金的強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)效行為，結(jié)果發(fā)現(xiàn)基體中的Fe含量 較低，表明強(qiáng)磁場(chǎng)在一定程度上促進(jìn)了 Fe在Cu基體中的析出。若在居里點(diǎn)以上進(jìn)行時(shí)效 處理時(shí)，Cu基體中的Fe原子為順磁性，磁化率值小，單位體積磁化能變化也??；而在居里點(diǎn) 以下進(jìn)行時(shí)效處理時(shí)，Cu基體中的Fe原子為鐵磁性，磁化率迅速增加，單位體積磁化能變 化較大。對(duì)于居里點(diǎn)下時(shí)效處理時(shí)（500°C)原子的擴(kuò)散系數(shù)大于居里點(diǎn)以上時(shí)效處理時(shí) (800°C )原子的擴(kuò)散系數(shù)，因而居里點(diǎn)一下時(shí)效處理擴(kuò)散較快，基體中的原子析出較多。
[0008] 5、劉曉鵬等研究了 Ti-Ni形狀記憶合金中Ti3Ni4相時(shí)效析出及相變行為的影響， 磁場(chǎng)強(qiáng)度為5T、10T，時(shí)效溫度500°C、時(shí)間2. 5h時(shí)效處理，TEM觀察顯示，晶界附近的Ti3Ni4 析出相數(shù)量明顯減小，究其原因可能磁場(chǎng)阻礙了晶粒內(nèi)部的Ni向晶界周圍遷移，抑制了 Ti3Ni4相的形核。
[0009] 綜上所述，對(duì)于Al-Cu合金、Fe-Cu合金強(qiáng)磁場(chǎng)促進(jìn)了第二相的析出，而Fe-Cu合金 存在居里點(diǎn)，居里點(diǎn)以上溫度時(shí)效時(shí)Fe原子的析出反而低于居里點(diǎn)一下時(shí)效溫度時(shí)的Fe 原子的析出；對(duì)于Ti-Ni合金施加強(qiáng)磁場(chǎng)反而抑制了 Ti3Ni4相的形核。穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng)在有色 合金時(shí)效處理中的表現(xiàn)復(fù)雜而又多變，其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究，同時(shí)獲取強(qiáng)磁場(chǎng)的 手段也要多借助于超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展，目前在工業(yè)化方面還存在一些限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明目的在于提供一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，以解決穩(wěn)恒強(qiáng)磁場(chǎng) 難以獲得，從而影響工業(yè)化實(shí)施推廣的技術(shù)問(wèn)題。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，包括以 下步驟：
[0012] A、固溶處理：將固溶爐升溫到固溶溫度，將鋁合金放入固溶爐中進(jìn)行處理，保溫后 取出；
[0013] B、快速淬火：將固溶處理后的鋁合金放入裝有水溶液的水槽中進(jìn)行淬火；
[0014] C、時(shí)效強(qiáng)化：將時(shí)效爐升溫到時(shí)效溫度，將淬火后的鋁合金放入時(shí)效爐中，同時(shí)施 加交變磁場(chǎng)，對(duì)錯(cuò)合金進(jìn)行電磁場(chǎng)時(shí)效處理，直至?xí)r效時(shí)間結(jié)束；交變磁場(chǎng)強(qiáng)度為〇. 04? 0· IT ;時(shí)效溫度為165?190°C，時(shí)效時(shí)間為3?24h。
[0015] 優(yōu)選的，交變磁場(chǎng)的頻率為0-400HZ。
[0016] 優(yōu)選的，交變磁場(chǎng)的頻率為40-60HZ。
[0017] 優(yōu)選的，快速淬火步驟中的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間不超過(guò)30S。
[0018] 優(yōu)選的，交變磁場(chǎng)為單相磁場(chǎng)。
[0019] 優(yōu)選的，固溶處理步驟中的固溶溫度為500-545°C，固溶保溫時(shí)間為30?45min。
[0020] 優(yōu)選的，鋁合金平板與磁力線垂直放置。
[0021] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0022] 本發(fā)明通過(guò)在鋁合金時(shí)效階段加設(shè)強(qiáng)度約為0. 04?0. IT的交變磁場(chǎng)，縮短了時(shí) 效析出時(shí)間，影響了時(shí)效析出相的形態(tài)和數(shù)量，在一定程度上提高熱處理后的材料力學(xué)性 能；并且簡(jiǎn)單易操作，便于工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)施。
[0023] 時(shí)效強(qiáng)化使在高溫固溶過(guò)程中形成的過(guò)飽和固溶體分解，以某種形式析出，形成 彌散分布的沉淀相，有效阻止晶界和位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使強(qiáng)度增加，韌性降低；本發(fā)明在鋁合金 時(shí)效階段加設(shè)弱強(qiáng)度磁場(chǎng)，影響了 Cu原子與空位的運(yùn)動(dòng)，加快了析出相的形核速度。由于 電磁場(chǎng)降低了鋁合金基體內(nèi)空位的濃度，也就減小了沉淀析出相繼續(xù)長(zhǎng)大時(shí)所需的驅(qū)動(dòng) 力，致使析出相的長(zhǎng)大受到抑制；同時(shí)伴隨著時(shí)效進(jìn)行，時(shí)效進(jìn)程加快，沉淀相長(zhǎng)大的時(shí)間 又相對(duì)縮短，因而沉淀相的尺寸較小，析出相細(xì)小而彌散（見圖2)，從而提高了 2219鋁合金 的強(qiáng)度和硬度。
[0024] 因此，較弱強(qiáng)度的電磁場(chǎng)時(shí)效熱處理比常規(guī)熱處理工藝對(duì)鋁合金的組織和性能的 改善效果更明顯。并且，弱強(qiáng)度的電磁場(chǎng)容易得到，便于實(shí)施工業(yè)化生產(chǎn)。
[0025] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0027] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的175°C時(shí)效3h，電子透射TEM照片，左邊照片為常規(guī)溫 度場(chǎng)時(shí)效結(jié)果，右邊照片為磁場(chǎng)時(shí)效結(jié)果；
[0029] 其中，1、電磁鐵，2、鋁合金試樣。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限 定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0031] 參見圖1、圖2,一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，包括以下步驟：
[0032] A、固溶處理：將固溶爐升溫到固溶溫度，將鋁合金放入固溶爐中進(jìn)行處理，保溫后 取出；
[0033] 鋁合金加熱到500-545攝氏度后迅速浸入水中冷卻，使過(guò)飽和固溶體在室溫穩(wěn)定 下來(lái)，目的是提高鋁合金的強(qiáng)度和硬度，消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使其獲得均勻的成 分、組織和性能。
[0034] B、快速淬火：將固溶處理后的鋁合金放入裝有水溶液的水槽中進(jìn)行淬火；
[0035] 淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間，是從固溶處理爐爐門打開到鋁合金全部浸入淬火介質(zhì)所經(jīng)歷的時(shí) 間。鋁合金淬火時(shí)應(yīng)盡量縮短淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間，以防止含銅相析出，降低合金時(shí)效效果。本申 請(qǐng)的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間不超過(guò)30S。
[0036] C、時(shí)效強(qiáng)化：將時(shí)效爐升溫到時(shí)效溫度，將淬火后的鋁合金放入時(shí)效爐中，同時(shí)施 加交變磁場(chǎng)，對(duì)錯(cuò)合金進(jìn)行電磁場(chǎng)時(shí)效處理，直至?xí)r效時(shí)間結(jié)束；交變磁場(chǎng)強(qiáng)度為〇. 04? 0· IT ;時(shí)效溫度為165?190°C，時(shí)效時(shí)間為3?24h。
[0037] 交變磁場(chǎng)即交變電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向會(huì)隨著時(shí)間按照一定的規(guī)律變化，磁 場(chǎng)強(qiáng)度的大小〇. 04?0. IT是指交變磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的最大值可達(dá)0. 1T，交變磁場(chǎng)的磁 場(chǎng)強(qiáng)度的最小值可達(dá)〇. 04T。因此在單一頻率或者不同頻率下磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 04?0. 06T、 0. 04?0. 08T、0. 06?0. 08T、0. 06?0. IT或0. 04?0. IT的交變磁場(chǎng)均屬于本發(fā)明中"交 變磁場(chǎng)強(qiáng)度為〇. 04?0. 1Τ"的范疇。
[0038] 本申請(qǐng)中使用的交變磁場(chǎng)的頻率可為0-400ΗΖ的單相磁場(chǎng)，優(yōu)選40-60ΗΖ的單相 磁場(chǎng)。
[0039] 具體實(shí)施例如下：
[0040] 將厚度為4mm的2219鋁合金冷軋薄板按ΗΒ5143-96制成拉伸試樣兩組。將一組 試樣在500-545°C的固溶爐中保溫45min，取出試樣后迅速淬火，然后放入175°C的時(shí)效爐 中保溫3h。另一組試樣前兩個(gè)步驟一致，但在時(shí)效爐中施加交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的頻率和強(qiáng)度 分別為40_60Hz、40?100mT。磁場(chǎng)方向如圖1所不，將錯(cuò)合金冷乳薄板橫向放置在磁力場(chǎng) 中，使其切割磁力線。
[0041] 而后，對(duì)磁場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效和普通溫度場(chǎng)中進(jìn)行時(shí)效的試樣分別進(jìn)行測(cè)量，表1中 列出了 175°C時(shí)效3h后，溫度場(chǎng)與磁場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的試樣的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及斷后延伸 率。
[0042] 表1溫度場(chǎng)時(shí)效與磁場(chǎng)時(shí)效對(duì)拉伸力學(xué)性能的影響
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，其特征在于，包括以下步驟： A、 固溶處理：將固溶爐升溫到固溶溫度，將鋁合金放入固溶爐中進(jìn)行處理，保溫后取 出； B、 快速淬火：將固溶處理后的鋁合金放入裝有水溶液的水槽中進(jìn)行淬火； C、 時(shí)效強(qiáng)化：將時(shí)效爐升溫到時(shí)效溫度，將淬火后的鋁合金放入時(shí)效爐中，同時(shí)施加交 變磁場(chǎng)，對(duì)鋁合金進(jìn)行電磁場(chǎng)時(shí)效處理，直至?xí)r效時(shí)間結(jié)束；交變磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 04?0. 1T ; 時(shí)效溫度為165?190°C，時(shí)效時(shí)間為3?24h。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，其特征在于，交變 磁場(chǎng)的頻率為0-400HZ。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，其特征在于，交變 磁場(chǎng)的頻率為40-60HZ。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，其特征在于，快速 淬火步驟中的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間不超過(guò)30S。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，其特征在于，交變 磁場(chǎng)為單相磁場(chǎng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，其特征在于，固溶 處理步驟中的固溶溫度為500-545°C，固溶保溫時(shí)間為30?45min。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用電磁場(chǎng)時(shí)效強(qiáng)化鋁合金的方法，其特征在于，鋁合 金平板與磁力線垂直放置。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK104264088SQ201410548408
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】劉玉振, 湛利華, 馬強(qiáng)強(qiáng), 趙嘯林, 黃明輝 申請(qǐng)人:中南大學(xué)