[發明專利]一種提高鋁合金力學性能的形變時效方法

在審

• 申請號: 201510403881.6
• 申請日: 2015-07-10
• 公開（公告）號: CN104911517A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 陳興品;徐越鵬;孫洪福;陳丹;李曉光;梅霖
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李明;張先蕓

技術領域

本發明屬于材料加工技術領域，具體涉及一種提高鋁合金力學性能的形變時效方法。

背景技術

????能源危機和環境污染的日益嚴重促進了結構輕量化的發展，以鋁合金替代鋼鐵材料應用在各種結構產品中已經成為大的趨勢。其中，6000系鋁合金由于具有中等強度、高耐蝕性、無應力腐蝕破裂傾向、焊接性能良好、焊接區腐蝕性能不變、成形性和工藝性能良好等優點，在建筑、交通等方面的應用逐漸增加，尤其是在汽車制造業，鋁合金的推廣應用成為當前行業內的重要主題。隨著鋁合金應用范圍的擴大，對其力學性能和加工性能也有更高的要求。

????6000系鋁合金最主要的強化方式是時效強化，其析出序列為：過飽和固溶體→鎂/硅團簇→鎂/硅聯合團簇→GP-I區→?β″→?β′→?β。由于上述時效析出過程中會有不同類型和尺寸的析出物析出，它們彌散分布在鋁合金基體當中，對位錯起到釘扎作用，阻礙位錯運動，從而實現對強度的提高。不同析出產物對合金的強化作用有很大差別，其中β〞相具有最大的強化作用，是合金時效達到最高強度時（峰時效）基體中主要存在的強化相。6000系鋁合金板材一般采用熱軋、冷軋、固溶、時效加工流程，而汽車車身上使用的鋁合金板材是在固溶后作短時間的預時效處理，這樣能減小自然時效的影響，使板材在沖壓前有較低的屈服強度，提高沖壓成形性，而后在烤漆過程進一步發生時效強化，提高板材的服役強度。但是相比鋼材而言，6000系鋁合金的強度還較低，成形性能較差，尤其是時效處理后的合金板材其塑性更低，?因此6000系鋁合金在汽車上還只能用做車身覆蓋件，難以大量用在結構件上。如何綜合提高合金板材強度和塑性是研究者追求的目標，這將對6000系鋁合金的推廣和應用產生重大影響。

????目前，大多研究者主要著手于時效過程，通過優化時效工藝改進6000系鋁合金性能，在6000系鋁合金中，由于整個時效過程會有不同類型及不同尺寸的析出物析出，他們會對位錯產生不同的反應，一般來說位錯通過尺寸較大的析出物時是位錯繞過機制，通過尺寸較小的析出物時是位錯切過機制，而強化機制的不同使得合金有不同的強化表現，所以析出物的類型、尺寸及分布對合金力學性能有著重要的影響。但是由于6000系鋁合金的合金含量較少，時效過程中的可控參數較小，僅通過時效工藝對鋁合金強度的提高顯得十分有限，通常不能達到400MPa的極限抗拉強度。也有人通過一些不同尋常的方法，如通過劇烈塑性變形（如等通道擠壓、高壓扭轉等）獲得細晶材料的方法，實現了6000系鋁合金強度的大幅度提高，但是這種方法需要鋁合金產生巨大的變形量，技術難度大，很難制造大尺寸的產品，且與目前工業生產設備所能達到的加工能力差距大，其加工成本高，因此難以推廣應用。尋找既能提高6000系鋁合金板材綜合力學性能，又能適應現代工業設備的使用，同時降低生產成本的方法是十分有意義的。

????軋制是工業上常用且技術成熟的材料加工工藝，但由于鋁合金層錯能較高，在室溫下軋制時容易發生動態回復，減弱了加工硬化作用；如果在非常低的溫度下軋制，則可以抑制動態回復，這樣變形之后就會得到更多的位錯及更高的畸變能，而大量位錯和高的畸變能正是6000系鋁合金后續處理時所期望的；低溫軋制只需要相對較小的變形量就能產生與劇烈塑性變形相同的強化效果，并且在工業生產中很容易實現。但是，低溫軋制后，由于加工硬化的存在，高的強度必然會犧牲合金的塑性，這在生產實際中也是不能容忍的，因此為了改善合金塑性，通過時效對位錯和析出物的類型、尺寸及分布進一步調控是十分必要的。由于低溫軋制后形成高密度的位錯對材料的回復和再結晶有很強的驅動力，再時效時可發生回復和部分再結晶，同時促進GP-I區向β″的轉變，進而獲得彌散的β″相，而這正是兼顧合金強度和塑性的理想的微觀結構特征。時效溫度對時效后的微觀結構有重要影響，時效溫度過高，就會得到粗大的晶粒和β″相，并且β″相密度也會減小，這種微觀結構對力學性能是不利的。時效溫度偏低，只能析出強化效果較弱的原子團簇，很難析出β″相，時效強化效果較差。

發明內容

???針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種提高鋁合金力學性能的形變時效方法，提升鋁合金包括強度和塑性在內的綜合力學性能。

???為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種提高鋁合金力學性能的形變時效方法，包括如下步驟：

???1）固溶處理：將鋁合金在520~560℃保溫20~60?min，進行固溶處理；將合金加熱到溶解度曲線以上溫度，從而可以使合金中的合金元素溶入到鋁基體當中，實現均勻分布；