[發(fā)明專(zhuān)利]一種高強(qiáng)輕質(zhì)鋁合金厚板熱制造全流程組織性能調(diào)控方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310045384.8
• 申請(qǐng)日: 2023-01-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116116926A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 成子豪;吳廣善;陳飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B21C37/02
• 分類(lèi)號(hào): B21C37/02
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 周一新

本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)輕質(zhì)鋁合金厚板熱制造全流程組織性能調(diào)控方法，包括：對(duì)鋁合金鑄錠進(jìn)行大變形熱軋開(kāi)坯；鋁合金厚板加熱；設(shè)定約束剪切變形模具特征參數(shù)；啟動(dòng)壓力機(jī)，壓彎凸模對(duì)加熱坯料施加壓力，使坯料與壓彎模具完全接觸發(fā)生變形；坯料展平；旋轉(zhuǎn)坯料；再次通過(guò)凸模對(duì)坯料施加壓力，使其與模具完全貼合，完成變形；通過(guò)壓平模具對(duì)將變形后的板料壓平；對(duì)變形后板料去能熱處理；加熱后板料繼續(xù)開(kāi)展約束剪切變形，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)板料內(nèi)應(yīng)變的累積；對(duì)板料進(jìn)行固溶處理；隨后進(jìn)行時(shí)效處理。本發(fā)明具有晶粒細(xì)化效率高、晶粒細(xì)化效果明顯、防止變形后熱處理晶粒長(zhǎng)大、材料微觀組織穩(wěn)定性好、綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍與使用場(chǎng)景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種高強(qiáng)輕質(zhì)鋁合金厚板熱制造全流程組織性能調(diào)控方法。

背景技術(shù)

隨著航空、汽車(chē)、軍工、船舶等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對(duì)鋁合金的綜合性能提出更高的要求。根據(jù)經(jīng)典的Hall-Petch關(guān)系，細(xì)晶強(qiáng)化使得超細(xì)晶材料具有不同于傳統(tǒng)材料的優(yōu)異力學(xué)性能，制備超細(xì)晶金屬材料的方法主要有兩類(lèi)，第一類(lèi)稱(chēng)為“自下而上”合成法主要包括氣相冷凝法、電沉積法及高能球磨法等，容易引入雜質(zhì)發(fā)生污染，固化燒結(jié)過(guò)程中存在大量孔隙，存在明顯局限性。第二類(lèi)方法稱(chēng)為“自上而下”細(xì)化法，主要通過(guò)塑性變形使材料內(nèi)部原始的粗大晶粒發(fā)生破碎細(xì)化。

目前研究較多的細(xì)化材料組織的大塑性變形方法，如等通道轉(zhuǎn)角擠壓法、高壓扭轉(zhuǎn)法等僅適用于小尺寸試樣的實(shí)驗(yàn)室研究，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大尺寸超細(xì)晶板材的制備及工業(yè)化應(yīng)用。約束剪切變形是由韓國(guó)學(xué)者Shin首次提出的一種用于制備超細(xì)晶板材的大塑性變形方法，通過(guò)對(duì)板材交替進(jìn)行壓彎與壓平變形在材料內(nèi)部累積大量塑性應(yīng)變實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化，但該方法晶粒細(xì)化能力與力學(xué)性能提升效果有限。大塑性變形工藝制備的材料內(nèi)部有較高的儲(chǔ)能，微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較高的不穩(wěn)定性，原有的細(xì)小晶粒在后續(xù)熱處理或變形中易于長(zhǎng)大。鋁合金材料經(jīng)過(guò)塑性變形后往往需要進(jìn)一步借助熱處理來(lái)調(diào)控第二相的種類(lèi)和數(shù)量，但目前針對(duì)大塑性變形后鋁合金的熱處理方法存在明顯的缺陷，固溶處理導(dǎo)致晶粒的異常長(zhǎng)大，嚴(yán)重影響材料性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前研究集中于單純通過(guò)約束剪切變形的方法實(shí)現(xiàn)板材的晶粒細(xì)化，存在晶粒細(xì)化效率低、細(xì)化效果有限，以及傳統(tǒng)的鋁合金大塑性變形工藝中變形后的細(xì)小晶粒易在熱變形或后續(xù)熱處理中發(fā)生長(zhǎng)大粗化等問(wèn)題，本發(fā)明提出一種高強(qiáng)輕質(zhì)鋁合金厚板熱制造全流程組織性能調(diào)控方法，該技術(shù)路線包括高強(qiáng)輕質(zhì)鋁合金厚板大變形軋制-約束剪切變形-保溫去能-熱處理全流程組織性能調(diào)控，具有晶粒細(xì)化效率高、晶粒細(xì)化效果明顯、防止變形后熱處理晶粒長(zhǎng)大、材料微觀組織穩(wěn)定性好、綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明提出大變形軋制與約束剪切變形組合的方法在材料內(nèi)部累積充分的塑性應(yīng)變，以制備大尺寸細(xì)晶厚板。軋制變形可明顯改善初始鋁合金鑄錠中晶粒粗大、偏析、孔洞等缺陷，在軋制變形過(guò)程中，晶粒寬度隨樣品厚度的壓縮而比例減小，組織呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)纖維狀。對(duì)軋制態(tài)鋁合金厚板加熱至一定溫度后進(jìn)行約束剪切變形，板材在約束剪切過(guò)程中會(huì)累積大量的塑性應(yīng)變，且板材整體主要處于受剪的應(yīng)力狀態(tài)，相比于鋁合金在傳統(tǒng)的大塑性變形工藝中發(fā)生的連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，初始纖維細(xì)長(zhǎng)晶粒易在剪切應(yīng)力的作用下可快速發(fā)生幾何動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)晶粒的高效細(xì)化。

大塑性變形制備的材料內(nèi)部變形儲(chǔ)能高，微觀組織穩(wěn)定性較差，傳統(tǒng)的工藝是對(duì)大塑性變形后材料直接進(jìn)行固溶處理，導(dǎo)致晶粒內(nèi)部的變形儲(chǔ)能主要驅(qū)動(dòng)晶界遷移用于晶粒長(zhǎng)大而出現(xiàn)粗大晶粒。本發(fā)明提出一種消除或大幅度減少變形儲(chǔ)能處理方法，可對(duì)大塑性變形后的材料及時(shí)進(jìn)行內(nèi)部?jī)?chǔ)能的主動(dòng)調(diào)控，具體是在合適的溫度區(qū)間保溫一定時(shí)間，使變形儲(chǔ)能的消耗主要用于再結(jié)晶細(xì)化晶粒。

本發(fā)明提出的高強(qiáng)輕質(zhì)鋁合金厚板熱制造全流程組織性能調(diào)控方法，包括以下步驟：

(1)對(duì)鋁合金鑄錠進(jìn)行大變形熱軋開(kāi)坯，初始軋制溫度400-420℃，軋制8-12道次，總變形量為70％-90％；

(2)鋁合金厚板加熱，加熱溫度為380-420℃，保溫15-25min；