[發(fā)明專利]一種有效改善Al-Si-Cu系合金強韌性的雙級時效處理方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611217525.6
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN108239733A
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊福寶;杜康;李大全
• 申請（專利權(quán)）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C22F1/047
• 分類號: C22F1/047;C22C21/02
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

本發(fā)明涉及一種改善Al?Si?Cu系合金強韌性的雙級時效處理方法，屬于鋁合金熱處理領(lǐng)域。該方法包括自然時效和人工時效，在人工時效前先進行自然時效，自然時效為固溶處理后在自然環(huán)境中停留一定的時間，再進入時效爐進行人工時效。本發(fā)明通過合理控制固溶處理后到開始人工時效的停放時間，即可達(dá)到提升合金零件強韌性能的目的，適于在生產(chǎn)中進行推廣，可以明顯緩解Al?Si?Cu系合金T6熱處理單級人工時效沉淀析出強化相顆粒粗大和密度不足的問題，有效改善合金的強韌綜合性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種有效改善Al-Si-Cu系合金強韌性的雙級時效處理方法，屬于鋁合金熱處理領(lǐng)域。本發(fā)明涉及到可熱處理強化的時效硬化型鋁合金領(lǐng)域，主要針對含銅的Al-Si合金，即國標(biāo)鑄造鋁合金ZL105～ZL111和壓鑄專用鋁合金YL112～113，對應(yīng)的美國標(biāo)準(zhǔn)牌號主要是3XX系，典型牌號319合金。該發(fā)明也適用于具有自然時效硬化特性的鋁合金，具體工藝規(guī)范需要根據(jù)特定合金的析出強化規(guī)律進行調(diào)整。

背景技術(shù)

含Cu鋁硅系合金是目前鋁合金中用量最大的一類鑄造鋁合金，其Al-Si二元基體為其提供了良好的鑄造性能和成型性能。眾所周知，該類合金必須經(jīng)過變質(zhì)和熱處理才能夠發(fā)揮其優(yōu)良的強韌性能，這種特性源于該類合金中含有的Si、Cu、Mg元素隨溫度變化的溶解析出行為，其中“固溶處理+人工時效”(T6)是Al-Si-Cu系合金的常規(guī)熱處理工藝，通過T6處理，合金可以獲得較高的強度，但塑性卻大大削弱，延伸率低是該類合金在實際生產(chǎn)和應(yīng)用中十分關(guān)注的力性指標(biāo)，塑形的不足直接影響合金的韌性及服役性能。

Al-Si-Cu系合金成分中硅含量接近共晶成分點，而硅在鋁中的溶解度很低，大部分硅以單質(zhì)硅顆粒形式存在，硅顆粒的形狀及顆粒大小對合金的強度與塑形的影響很大，因此人們將更多的關(guān)注點集中在硅變質(zhì)方面，進而忽略了時效機理研究及時效工藝變化對合金組織性能影響的研究。另外，由于最大限度的追求生產(chǎn)效率，對鋁合金的自然時效特性不夠重視，同時對各種鋁合金的自然時效行為也缺乏深入的研究，所以固溶處理+人工時效成為鋁硅合金零件的通用熱處理工藝規(guī)范，可變的只是依據(jù)硅含量的不同調(diào)整熱處理溫度、根據(jù)壁厚和零件形狀特征確定保溫時間和淬火介質(zhì)。

鋁合金的綜合性能在很大程度上依賴于熱處理工藝，就T6熱處理而言，時效強化較固溶強化具有更大的可操作性。對于鑄造鋁合金，僅僅依靠固溶強化形成過飽和的亞穩(wěn)態(tài)固溶體是不能很好的提高其機械性能的，尤其是對于二元合金，在僅含Mg，Si，Zn，Cr或Mn的情況下，不論其是完全固溶還是部分析出，強化效果都弱。時效過程是第二相的析出過程，包括形核和長大過程。時效強化的機理是固溶原子能夠團簇在一起形成富集區(qū)(一般稱GP區(qū))，進一步形成與基體共格(θ”)、半共格(θ’)、非共格(θ)的結(jié)構(gòu)體。當(dāng)形成共格的析出相時，引起強烈的晶格畸變，大量的位錯和被共格的原子團釘扎效應(yīng)，產(chǎn)生了應(yīng)變強化的效果。當(dāng)形成半共格時，伴隨著大量無序界面和大角度晶界的出現(xiàn)，強化效果會減弱。其中的θ相指代Al-Cu系中的Al₂Cu相。

通過固溶處理合金獲得過飽和狀態(tài)，包括固溶原子和空位的雙重飽和。隨后的時效析出強化階段發(fā)生空位與固溶原子共同交互作用，從而促進析出相的聚集和長大。在室溫下自發(fā)強化的過程稱自然時效，自然時效以GP區(qū)強化為主，塑性高強度較低，人工時效以過渡區(qū)沉淀相強化為主，強度高塑性低，而預(yù)時效溫度也一般較低，包括自然時效，目的是在合金中形成高密度的GP區(qū)。概括起來說就是，自然時效時一般形成過渡相，人工時效時由于溫度高產(chǎn)生平衡相。

雙級或者多級時效的目的就是在于要在低溫時GP區(qū)大量彌散析出并且轉(zhuǎn)化為θ”相，這樣高溫時效時保證GP區(qū)不溶解，而是長大。合金熱處理過程實質(zhì)就是原子的擴散運動過程，受其擴散速率影響。無論是固溶強化，還是時效析出過程，最終的性能差異懸殊歸根結(jié)底都是受擴散控制，而溫度和時間是影響這一切過程的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容