專利名稱:制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料技術(shù)領(lǐng)域：
的方法，具體是一種制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法。
背景技術(shù)：
鋁合金因重量輕、資源豐富、綜合性能好，所以在機(jī)械、交通運(yùn)輸、航天與軍事工業(yè)等高新技術(shù)領(lǐng)域：
中的應(yīng)用逐年增加。
現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的高速發(fā)展，要求材料具有更高的強(qiáng)度和韌性。晶粒細(xì)化不僅提高合金的強(qiáng)度，而且改善合金的塑性和韌性，是改善鋁材質(zhì)量的重要途徑。
晶粒細(xì)化的方法，歸納起來分為四類一是改變結(jié)晶過程中的凝固條件；二是進(jìn)行塑性變形，嚴(yán)格控制隨后的回復(fù)和再結(jié)晶過程，取得細(xì)小的晶粒組織；三是利用固溶體的過飽和分解或粉末燒結(jié)等方法，在合金內(nèi)產(chǎn)生彌散分布的第二相，以限制基體組織的晶粒長大；四是預(yù)冷變形快速加熱、形變熱處理或同素異型轉(zhuǎn)變的多次反復(fù)快速加熱冷卻的熱循環(huán)等細(xì)化晶粒。對于鋁及其合金，主要是通過改變結(jié)晶過程中的凝固條件來實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化，尤其是熔鑄過程中的結(jié)晶組織細(xì)化已成為當(dāng)代鋁加工工業(yè)廣泛研究的重要課題之一，是鋁熔體處理技術(shù)的重要組成部分。然而添加細(xì)化劑會(huì)產(chǎn)生Zr，Cr，Mn等元素中毒等問題，快速冷卻使用在大截面的鑄錠時(shí)往往芯部晶粒細(xì)化效果不理想，而超聲波，電磁攪拌等方法成本太高。形變熱處理的方法不僅工藝復(fù)雜，而且難于控制，往往導(dǎo)致工藝失敗。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，方燕等在《特種鑄造及有色合金》(2006年第26卷第3期第141頁至143頁)上發(fā)表的《中頻低壓脈沖電流對純鋁凝固組織的影響》，該文中提出在金屬熔體凝固過程中施加中頻低壓脈沖電流，利用金屬熔體和物理場的交互作用改善凝固組織的技術(shù)，具體方法為將鋁塊在電阻爐內(nèi)加熱熔化，金屬液溫度達(dá)到860℃后保溫0.5h出爐，在840℃時(shí)澆注于內(nèi)腔尺寸為Φ40mm×140mm的砂型中并通入脈沖電流進(jìn)行處理，所得到的晶粒尺寸約為0.3mm。其不足在于所得到的晶粒尺寸約為0.3mm，效果并不理想，而且其砂型的直徑為40mm，如果使用到直徑更大的鑄型時(shí)效果未可知，另外施加脈沖電流成本也很高。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，使其可使用在直徑更大的鑄型中(Φ80mm×200mm)，細(xì)化效果更明顯，平均晶粒尺寸≤10μm，而且成本更低。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明適用于所有系列的變形鋁合金，步驟為(1)在坩堝中加入工業(yè)純鋁，使鋁錠熔化，升溫至700～1000℃，用JZF-03型高溫覆蓋劑(成分為鉀鹽及鈉鹽)覆蓋；(2)根據(jù)合金成分添加Mg元素以及Al-Si、Al-Mn、Al-Cu、Al-Zn、Al-Cr等中間合金，加入JZJ型無害鋁合金精煉劑(成分為氯化鉀和氯化鎂)進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后在680～780℃靜置10～30min；(3)將循環(huán)水冷銅模具固定在機(jī)械振動(dòng)臺(tái)上，鋁合金在680～750℃澆注在循環(huán)水冷銅模具中，澆注前先通水，水流速度為1.5～2.5ml/s，澆注完畢后進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)頻率為30～80Hz，激振力為80～150N；(4)接著進(jìn)行均勻化處理，均勻化處理溫度為430～480℃，時(shí)間為20～30h；然后進(jìn)行擠壓預(yù)熱溫度400～500℃，擠壓速度0.5～2m/min，擠壓比為30∶1，擠壓后棒材進(jìn)行T6熱處理(固熔處理后淬火，緊接著進(jìn)行人工時(shí)效處理)。
所述的T6熱處理，根據(jù)變形鋁合金的不同，其固熔溫度為450～550℃，時(shí)間為80～140min，室溫水淬，時(shí)效溫度為100～200℃，時(shí)間為5～8h。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合了快速冷卻和機(jī)械振動(dòng)的特點(diǎn)。在振動(dòng)場中，液體金屬將作上下運(yùn)動(dòng)，使其處于沸騰狀。一方面，由于金屬的上下沖刷作用，使已長大的枝晶被打斷、碎裂，從而形成新的細(xì)小晶粒，另一方面液態(tài)金屬的上下運(yùn)動(dòng)，增大了它的過冷度，有利于形成新的晶核。同時(shí)利用循環(huán)水帶走鑄錠熱量，達(dá)到快速凝固的效果，從而達(dá)到細(xì)化晶粒和提高機(jī)械性能的目的。
具體實(shí)施方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例一實(shí)驗(yàn)以工業(yè)純Al和工業(yè)純Mg、Al-Si、Al-Mn中間合金配制6351鋁合金，合金成分為0.7～1.3％Si，0.4～0.8％Mn，0.4～0.8％Mg，余量為Al。先將純鋁放入坩堝中熔化并升溫到800℃，用JZF-03型高溫覆蓋劑覆蓋；添加合金元素，加入JZJ型無害鋁合金精煉劑進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后在730℃靜置20分鐘后澆注在水冷銅模中(Φ80mm×200mm)，水流速度為2.2ml/s，凝固過程中進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)頻率為50Hz，激振力為100N，凝固結(jié)束后得到6351鑄錠。合金均勻化處理工藝為463℃×24h，以消除成分偏析。熱擠壓工藝為預(yù)熱溫度450℃，擠壓速度1m/min，擠壓比為30∶1。擠壓后的棒材熱處理工藝為530℃/110min固溶，室溫水淬，170℃/6h人工時(shí)效。其組織為等軸晶粒，晶粒度≤10μm。
實(shí)施例二實(shí)驗(yàn)以工業(yè)純Al和Al-Cu、Al-Si、Al-Mn中間合金配制2024鋁合金，合金成分為3.8～4.9％Cu，0.3～0.9％Mn，1.2～1.8％Mg，余量為Al。先將純鋁放入坩堝中熔化并升溫到800℃，用JZF-03型高溫覆蓋劑覆蓋；添加合金元素，加入JZJ型無害鋁合金精煉劑進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后在750℃靜置20分鐘后澆注在水冷銅模中(Φ80mm×200mm)，水流速度為2.2ml/s，凝固過程中進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)頻率為45Hz，激振力為90N，凝固結(jié)束后得到2024鑄錠。合金均勻化處理工藝為463℃×24h，以消除成分偏析。熱擠壓工藝為預(yù)熱溫度450℃，擠壓速度1m/min，擠壓比為30∶1。擠壓后的棒材熱處理工藝為493℃/110min固溶，室溫水淬，191℃/6h人工時(shí)效。其組織為等軸晶粒，晶粒度≤10μm。
實(shí)施例三實(shí)驗(yàn)以工業(yè)純Al和工業(yè)純Mg、Al-Cu、Al-Zn、Al-Cr中間合金配制7075鋁合金，合金成分為1.2～2.0％Cu，2.1～2.9％Mg，0.18～0.28％Cr，5.1～6.1％Zn，余量為Al。先將純鋁放入坩堝中熔化并升溫到800℃，用JZF-03型高溫覆蓋劑覆蓋；添加合金元素，加入JZJ型無害鋁合金精煉劑進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后在750℃靜置20分鐘后澆注在水冷銅模中(Φ80mm×200mm)，水流速度為2.2ml/s，凝固過程中進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)頻率為40Hz，激振力為80N。凝固結(jié)束后得到7075鑄錠。合金均勻化處理工藝為463℃×24h，以消除成分偏析。熱擠壓工藝為預(yù)熱溫度450℃，擠壓速度1m/min，擠壓比為30∶1。擠壓后的棒材熱處理工藝為470℃/110min固溶，室溫水淬，120℃/6h人工時(shí)效。其組織為等軸晶粒，晶粒度≤10μm。
權(quán)利要求
1.一種制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，適用于所有系列的變形鋁合金，其特征在于，包括以下步驟(1)在坩堝中加入工業(yè)純鋁，使鋁錠熔化，升溫，用覆蓋劑覆蓋；(2)根據(jù)合金成分添加Mg元素以及Al-Si、Al-Mn、Al-Cu、Al-Zn、Al-Cr中間合金，在熔體中加入精煉劑進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后靜置；(3)將循環(huán)水冷銅模具固定在機(jī)械振動(dòng)臺(tái)上，等待澆注；(4)將鋁合金澆注在循環(huán)水冷銅模具中，澆注前先通水；(5)澆注完畢后，進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)；(6)均勻化處理，然后進(jìn)行擠壓，最后再進(jìn)行T6熱處理。
2.按照權(quán)利要求
1所述的制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的升溫為700～1000℃；所述的覆蓋劑是指JZF-03型高溫覆蓋劑。
3.按照權(quán)利要求
1所述的制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的精煉劑為JZJ型無害鋁合金精煉劑。
4.按照權(quán)利要求
1所述的制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的靜置，其時(shí)間為10～30min，其溫度為680～780℃。
5.按照權(quán)利要求
1所述的制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的澆注，其澆注溫度為680～750℃。
6.按照權(quán)利要求
1所述的制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的通水，其水流速度為1.5～2.5ml/s。
7.按照權(quán)利要求
1所述的制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的機(jī)械振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為30～80Hz，激振力為80～150N。
8.按照權(quán)利要求
1所述的制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的均勻化處理，其溫度為430～480℃，時(shí)間為20～30h。
9.按照權(quán)利要求
1所述的制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的擠壓，其預(yù)熱溫度為400～500℃，擠壓速度0.5～2m/min，擠壓比為30∶1。
10.按照權(quán)利要求
1所述的制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的T6熱處理，其固溶溫度為450～550℃，時(shí)間為80～140min，室溫水淬，時(shí)效溫度為100～200℃，時(shí)間為5～8h。
專利摘要
一種制備超細(xì)晶變形鋁合金的方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明適用于所有系列的變形鋁合金，步驟為(1)在坩堝中加入工業(yè)純鋁，使鋁錠熔化，升溫，用覆蓋劑覆蓋；(2)根據(jù)合金成分添加Mg元素以及Al－Si、Al－Mn、Al－Cu、Al－Zn、Al－Cr中間合金，在熔體中加入精煉劑進(jìn)行除氣精煉，扒去浮渣，然后靜置；(3)將循環(huán)水冷銅模具固定在機(jī)械振動(dòng)臺(tái)上，等待澆注；(4)將鋁合金澆注在循環(huán)水冷銅模具中，澆注前先通水；(5)澆注完畢后，進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)；(6)均勻化處理，然后進(jìn)行擠壓，最后再進(jìn)行T6熱處理。本發(fā)明結(jié)合了快速冷卻和機(jī)械振動(dòng)的特點(diǎn)，從而達(dá)到細(xì)化晶粒和提高機(jī)械性能的目的。
文檔編號(hào)B22D21/04GK1995419SQ200610147645
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月21日
發(fā)明者白亮, 陳東, 王浩偉, 馬乃恒, 李險(xiǎn)峰 申請人:上海交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan