[發明專利]改進的鋁合金人工老化方法

有效

• 申請號: 200910134621.8
• 申請日: 2009-03-05
• 公開（公告）號: CN101525732A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: Q·王;P·E·瓊斯
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04;C21D1/18;C21D11/00;C22C21/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 段曉玲;韋欣華

技術領域

本發明的實施方案涉及以最低的能量消耗和加工準備時間最優化非 等溫人工老化方案來獲得目標材料性能的方法。

背景技術

熱處理，特別是老化(或沉淀)硬化是獲得工程材料如鑄造鋁合金 A356/357或類似材料所期望的強度的重要步驟。通過老化硬化來強化可適用于 其中至少一種合金元素的固溶度隨溫度降低而降低的合金。一些鍛造和鑄造鋁 合金是可老化硬化的，例如6xxx、7xxx、3xx或者類似的合金。本發明擴展到 通過不同的制造方法，包括但不限于鍛造、鑄造和粉末冶金制得的所有這樣的 鋁合金。

可老化硬化鋁合金的常規熱處理方法通常包括三個階段：(1)產品或 構件在相對高溫下的溶液處理，所述相對高溫例如僅低于合金熔點的溫度；(2) 在冷介質例如室溫或設計溫度的水中快速冷卻(或淬火)；和(3)通過在室溫(自然 老化)或中間溫度(人工老化)保持一段時間來使材料老化。溶液處理用于三個主 要目的：(1)溶解在后期將會導致老化硬化的元素；(2)球化不溶解的組分；(3)均 化材料中溶質的濃度。

淬火用于保持溶質元素在過飽和固溶體(SSS)中，并且也用于產生增 強沉淀物的擴散和分散的過飽和的空位。為了使合金的強度最大化，所有強化 相在淬火過程中應避免沉淀。老化(無論自然或人工的)引起強化沉淀物的可控分 散。圖1顯示了A356鑄造鋁合金的典型熱處理循環。在實踐中，鋁構件如鑄造 鋁產品(氣缸體和氣缸蓋(engine?blocks?and?cylinder?heads))通常具有從幾個毫 米變化到幾個厘米的不同的壁厚。由于常規的等溫老化方法，這導致鋁產品的 薄斷面和厚斷面之間的溫度分布和屈服強度不一致。

發明內容

在本發明中，根據沉淀強化及計算熱力學和動力學已改進了非等溫 老化方法。老化溫度隨時間變化，從而可以控制并最優化沉淀物的伴隨成核、 生長和粗化。采用非等溫老化方案，可以用最短的時間和最小的能量來獲得鋁 合金所期望的屈服強度。同樣，在老化過程中通過改變加熱/冷卻方案，可以沿 著整個構件獲得均一的屈服強度。更高的屈服強度可以在改進的(非等溫)老化方 法中以最小的老化時間和能量輸入來獲得。

根據本發明的一個實施方案，提供用于鋁合金非等溫老化的方法。 該方法包括以下步驟：將鋁合金以第一斜升速率(ramp-up?rate)加熱到沉淀固溶 相線值下的最大溫度，以足以產生最大數量的主沉淀物的第一冷卻速率冷卻所 述合金，以第二冷卻速率冷卻，直至達到其中主沉淀物的生長速率等于或基本 上為零時的最低溫度，和將合金以第二斜升速率加熱到足以產生最大數量的次 生沉淀物的溫度。

本發明實施方案提供的這些和附加的特征通過以下結合附圖的詳細 描述將得到更充分的理解。

附圖說明

本發明的具體實施方案的以下詳細描述當結合附圖閱讀時可以獲得 最好的理解。附圖包括：

圖1(現有技術)是常規等溫老化方法的示意圖；

圖2是鑄造鋁合金(A356/A357)在170℃老化時的老化響應示意圖。

圖3是常規等溫老化方法與根據本發明的一個或多個實施方案的非 等溫老化方法的一個實施方案的老化循環比較示意圖。

圖4是常規等溫老化方法與根據本發明的一個或多個實施方案的非 等溫老化方法的兩個實施方案的老化循環比較示意圖。

附圖中闡述的實施方案實際上是舉例說明，并不局限于本發明的權 利要求所限定的范圍。此外，附圖和本發明的各個特征通過以下詳細的描述可 以得到更清楚的理解。

具體實施方式

本發明涉及對給定合金(在基體中含有給定量的硬化元素)通過非等 溫老化用最小的能量和最少的時間來獲得最大的沉淀硬化。最大的老化硬化通 過產生理想的沉淀結構來實現，該沉淀結構包括具有最優化尺寸、形狀和間距 的均勻分布的沉淀物。所述尺寸、形狀和間距是老化溫度、時間和在任意給定 的老化時間和溫度的硬化元素濃度的函數。

鑄造鋁合金所期望的抗拉性能包括屈服強度和極限抗拉強度。極限 抗拉強度不是獨立變量，其隨著屈服強度和韌性變化。最大化屈服強度高度依 賴于沉淀硬化。本發明的非等溫老化方法涉及用最小的能量和最短的老化時間 來獲得最大的屈服強度，同時也涉及獲得跨越整個鋁合金構件或產品的更均勻 的屈服強度分布。