專利名稱：一種強(qiáng)化鋁合金的復(fù)合熱加工成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明述及一種強(qiáng)化鋁合金的熱加工成形工藝，屬金屬材料熱加工制造技術(shù)領(lǐng)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(gè)預(yù)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(jìn)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(diǎn)，但同時(shí)又存在表面狀態(tài)較差，內(nèi)部組織較疏松，力學(xué)性能較低以及脆性較大等缺點(diǎn)。
常規(guī)的鍛造方法是將由鋁廠生產(chǎn)的鋁合金棒加熱，在機(jī)械式或液壓式鍛壓設(shè)備下進(jìn)行鍛壓，打出毛坯，然后在模煅設(shè)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(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)又存在很難制造形狀復(fù)雜的零件，且原材料成本較高，生產(chǎn)成本較高等缺點(diǎn)。
鋁合金經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(diào)整和改變鋁合金毛坯或產(chǎn)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(shí)效熱處理兩種方式。
固熔熱處理是指鋁合金經(jīng)加熱，保溫后，淬入水中迅速冷卻，使合金中的溶質(zhì)原子來不及移出，被“固定”在溶劑原子的晶體內(nèi)，形成過飽和的固溶體，這個(gè)過程被稱為固溶處理。鋁合金經(jīng)加熱、淬火后，力學(xué)性能如強(qiáng)度和硬度有所降低，而其塑性有所增加。
時(shí)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(shí)間后，其強(qiáng)度和硬度能顯著提高，而塑性下降。淬火后鋁合金的強(qiáng)度、硬度隨時(shí)間增長而明顯提高的現(xiàn)象，在專業(yè)術(shù)語上稱為時(shí)效。
本發(fā)明的鋁合金復(fù)合熱加工成形方法，具有許多優(yōu)點(diǎn)，不但可大幅度強(qiáng)化和提高鋁合金材料的力學(xué)性能，零件變形小，而且具有工藝簡單，生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)率高的特點(diǎn)。與單獨(dú)鑄造方法相比，該復(fù)合新工藝制造的鋁合金制件的力學(xué)性能好，強(qiáng)度可提高20％，塑性提高200％。另外，制品表面狀態(tài)好，內(nèi)部組織致密。與單獨(dú)鍛造方法相比，新工藝可成形形狀復(fù)雜的零件，而且使原材料成本由較大幅度下降。
通過實(shí)驗(yàn)，有一組對比數(shù)據(jù)如下一種鋁合金在冶煉、精煉、金屬模鑄、固熔熱處理、時(shí)效熱處理后，最終鋁合金零件的力學(xué)性能為σb≥250MPa、σs≥180MPa、δ5≥2.5％。
同一種鋁合金在經(jīng)過本發(fā)明的復(fù)合新工藝熱加工后，最終所制得的鋁合金零件的力學(xué)性能為σb≥310MPa、σs≥250MPa、δ5≥9％；使材料的潛力得到進(jìn)一步的發(fā)揮，并且有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
上述各力學(xué)性能符號的意義為σb-抗拉強(qiáng)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(shí)驗(yàn)及應(yīng)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(gè)金屬模腔內(nèi)，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(jìn)行固熔熱處理，隨后在壓力設(shè)備下進(jìn)行模煅，最后將煅坯在170℃溫度下保溫8小時(shí)作時(shí)效熱處理。最終制得所需的優(yōu)質(zhì)鋁合金制件。
將熔煉后的鋁合金澆注入一個(gè)金屬模腔內(nèi)，待凝固后取出鑄坯，將鑄坯加熱到530-540℃，在壓力設(shè)備下進(jìn)行模煅，將模煅后的煅坯，利用此時(shí)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(shí)作時(shí)效熱處理。最終制得所需的優(yōu)質(zhì)鋁合金制件。
將熔煉后的鋁合金澆注入一個(gè)金屬模腔內(nèi)，待鑄坯凝固后，冷卻至420-480℃時(shí)，馬上取出鑄坯，在壓力設(shè)備下進(jìn)行模煅，隨后將煅坯加熱到530℃，經(jīng)一定時(shí)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(shí)作時(shí)效熱處理。最終制得所需的優(yōu)質(zhì)鋁合金制件。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化鋁合金的復(fù)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(fù)合加工程序；其中熱處理程序包括固熔熱處理和時(shí)效熱處理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化鋁合金的復(fù)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(shí)效熱處理各程序組成；將熔煉后的鋁合金澆注入一個(gè)金屬模腔內(nèi)，待凝固后取出鑄坯，將鑄坯加熱到420-480℃，在壓力設(shè)備下進(jìn)行模煅，接著將煅坯加熱到530℃，經(jīng)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(shí)作時(shí)效熱處理。
3.如權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化鋁合金的復(fù)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(shí)效熱處理各程序組成；將熔煉后的鋁合金澆注入一個(gè)金屬模腔內(nèi)，待凝固后取出鑄坯，將鑄坯加熱到530℃，經(jīng)保溫后，在60℃水中淬冷，進(jìn)行固熔熱處理，隨后在壓力設(shè)備下進(jìn)行模煅，最后將煅坯在170℃溫度下保溫8小時(shí)作時(shí)效熱處理。
4.如權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化鋁合金的復(fù)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(shí)效熱處理組成；將熔煉后的鋁合金澆注入一個(gè)金屬模腔內(nèi)，待凝固后取出鑄坯，將鑄坯加熱到530-540℃，在壓力設(shè)備下進(jìn)行模煅，將模煅后的煅坯，利用此時(shí)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(shí)作時(shí)效熱處理。
5.如權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化鋁合金的復(fù)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(shí)效熱處理各程序組成；將熔煉后的鋁合金澆注入一個(gè)金屬模腔內(nèi)，待鑄坯凝固后，冷卻至420-480℃時(shí)，馬上取出鑄坯，在壓力設(shè)備下進(jìn)行模煅，隨后將煅坯加熱到530℃，經(jīng)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(shí)作時(shí)效熱處理。
全文摘要
本發(fā)明述及一種強(qiáng)化鋁合金的復(fù)合熱加工成形方法，屬金屬材料熱加工制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括鑄造、鍛造、固熔熱處理和時(shí)效熱處理的多道復(fù)合加工程序。與單獨(dú)常規(guī)的鑄造法或鍛造法不同，為一種復(fù)合熱加工方法，由該復(fù)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(diǎn)，而且具有優(yōu)良的力學(xué)性能，提高了強(qiáng)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(shí)施，可降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn)。
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(quán)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(xué)