[發(fā)明專利]一種鋁合金新型室溫應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110400848.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-14
• 公開（公告）號(hào): CN113088843A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李小蘊(yùn);劉沛峰;汪科林;黃進(jìn);項(xiàng)澤元;黃中月;吳煒;周建峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 池州市安安新材科技有限公司
• 主分類號(hào): C22F1/04
• 分類號(hào): C22F1/04;C22C1/02
• 代理公司: 合肥未來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34122
• 代理人: 葉丹

本發(fā)明提供一種鋁合金新型室溫應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化工藝，將鋁合金熔煉并循環(huán)降溫，并通過(guò)應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化裝置對(duì)鋁合金施加軸向上的循環(huán)應(yīng)力，使得鋁合金組織中的原子在室溫下擴(kuò)散，控制超細(xì)溶質(zhì)團(tuán)動(dòng)態(tài)析出，阻礙鋁合金原子的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，得到室溫應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化的鋁合金，本發(fā)明通過(guò)應(yīng)用周期性變化的應(yīng)力控制鋁合金型材的微尺度變化，在組織中產(chǎn)生大量空位，幫助鋁合金組織中的原子在室溫下擴(kuò)散，調(diào)控超細(xì)溶質(zhì)團(tuán)的動(dòng)態(tài)析出，大量的超細(xì)原子團(tuán)的析出可強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到強(qiáng)化合金的目的，可代替工人時(shí)效處理，且耗時(shí)短，能耗小，這種異構(gòu)的溶質(zhì)分布對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有強(qiáng)烈的影響，可以大幅提高合金強(qiáng)度，降低了合金中的應(yīng)力值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁合金加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金新型室溫應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化工藝。

背景技術(shù)

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。目前鋁合金是應(yīng)用最多的合金。

鋁合金及其加工材料具有一系列優(yōu)良特性，如密度小、比強(qiáng)度和比鋼度高、彈性好、抗沖擊性能優(yōu)良、耐腐蝕、高導(dǎo)電和導(dǎo)熱性、加工成形性良好以及可回收利用等，因此成為輕量化首選的金屬材料。鋁材已經(jīng)成為航空航天和現(xiàn)代交通運(yùn)輸輕量化、高速化的關(guān)鍵材料，已部分代替鋼鐵而成為工業(yè)和社會(huì)的基礎(chǔ)材料。

2xxx系(Al-Cu基)鋁合金經(jīng)熱處理后可生成彌散分布的時(shí)效強(qiáng)化相，對(duì)基體產(chǎn)生強(qiáng)化作用，屬于可熱處理強(qiáng)化型鋁合金，該系列鋁合金主要靠時(shí)效過(guò)程中從過(guò)飽和固溶體中析出沉淀相來(lái)達(dá)到強(qiáng)化。其熱處理制度主要包括400-500℃固溶處理、淬火至室溫、100-200℃人工時(shí)效7-24h并空冷至室溫，Al2Cu是主要強(qiáng)化相，使合金強(qiáng)化。

由于人工時(shí)效熱處理時(shí)間較長(zhǎng)，能耗較大；且時(shí)效熱處理過(guò)程會(huì)在組織的晶界附近形成“無(wú)沉淀析出區(qū)”，此區(qū)域處溶質(zhì)原子貧瘠，且強(qiáng)度較晶內(nèi)基體弱，可對(duì)鋁合金的疲勞、拉伸和腐蝕性能造成不良影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種鋁合金新型室溫應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化工藝，通過(guò)應(yīng)用周期性變化的應(yīng)力控制鋁合金型材的微尺度變化，在組織中產(chǎn)生大量空位，幫助鋁合金組織中的原子在室溫下擴(kuò)散，調(diào)控超細(xì)(1至2nm)溶質(zhì)團(tuán)的動(dòng)態(tài)析出，大量的超細(xì)原子團(tuán)的析出可強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到強(qiáng)化合金的目的，可代替工人時(shí)效處理，且耗時(shí)短，能耗小。

本發(fā)明通過(guò)如下方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：

一種鋁合金新型室溫應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化工藝，循環(huán)強(qiáng)化工藝包括以下步驟：

1).升溫熔融：將鋁合金投入到熔煉爐中，再將熔煉爐抽真空，并充入足夠量的氬氣，采用交變的渦流電磁場(chǎng)梯度升溫，溫度梯度首尾溫差相差為20～80℃，將熔煉爐溫度升至750～850℃，鋁合金熔融；

2).循環(huán)降溫：在氬氣氣氛下，將鋁合金熔體采用水冷的方式梯度冷卻至150～300℃，至鋁合金熔體完全結(jié)晶析出，再恒溫2～3h，再用渦流電磁場(chǎng)梯度升溫至鋁合金剛好完全熔融，恒溫2～5h，溫度梯度首尾溫差相差為40～80℃；

采用風(fēng)冷的方式將鋁合金梯度降溫至150～200℃，將鋁合金完全結(jié)晶析出，再將結(jié)晶析出的鋁合金進(jìn)行固溶處理，恒溫2～8h，再繼續(xù)緩慢風(fēng)冷至室溫；

3).應(yīng)力強(qiáng)化：將風(fēng)冷至室溫的鋁合金轉(zhuǎn)移至伺服液壓控制的應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化裝置上，對(duì)鋁合金施加軸向上的循環(huán)應(yīng)力，使得鋁合金組織中的原子在室溫下擴(kuò)散，控制超細(xì)溶質(zhì)團(tuán)動(dòng)態(tài)析出，阻礙鋁合金原子的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，得到室溫應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化的鋁合金。

作為優(yōu)選的，應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化裝置施加的應(yīng)力大小從鋁合金固溶狀態(tài)的屈服強(qiáng)度經(jīng)循環(huán)加載增加至峰時(shí)效狀態(tài)鋁合金的屈服強(qiáng)度。

作為優(yōu)選的，應(yīng)力循環(huán)強(qiáng)化裝置施加應(yīng)力的大小設(shè)置為0～600MPa。