專利名稱：制備超細晶變形鋁合金的方法
技術領域：
本發明涉及一種材料技術領域的方法，具體是一種制備超細晶變形鋁合金的方法。
背景技術：
鋁合金因重量輕、資源豐富、綜合性能好，所以在機械、交通運輸、航天與軍事工業等高新技術領域中的應用逐年增加。
現代生產技術的高速發展，要求材料具有更高的強度和韌性。晶粒細化不僅提高合金的強度，而且改善合金的塑性和韌性，是改善鋁材質量的重要途徑。
晶粒細化的方法，歸納起來分為四類一是改變結晶過程中的凝固條件；二是進行塑性變形，嚴格控制隨后的回復和再結晶過程，取得細小的晶粒組織；三是利用固溶體的過飽和分解或粉末燒結等方法，在合金內產生彌散分布的第二相，以限制基體組織的晶粒長大；四是預冷變形快速加熱、形變熱處理或同素異型轉變的多次反復快速加熱冷卻的熱循環等細化晶粒。對于鋁及其合金，主要是通過改變結晶過程中的凝固條件來實現晶粒細化，尤其是熔鑄過程中的結晶組織細化已成為當代鋁加工工業廣泛研究的重要課題之一，是鋁熔體處理技術的重要組成部分。然而添加細化劑會產生Zr，Cr，Mn等元素中毒等問題，快速冷卻使用在大截面的鑄錠時往往芯部晶粒細化效果不理想，而超聲波，電磁攪拌等方法成本太高。形變熱處理的方法不僅工藝復雜，而且難于控制，往往導致工藝失敗。
經對現有技術的文獻檢索發現，方燕等在《特種鑄造及有色合金》(2006年第26卷第3期第141頁至143頁)上發表的《中頻低壓脈沖電流對純鋁凝固組織的影響》，該文中提出在金屬熔體凝固過程中施加中頻低壓脈沖電流，利用金屬熔體和物理場的交互作用改善凝固組織的技術，具體方法為將鋁塊在電阻爐內加熱熔化，金屬液溫度達到860℃后保溫0.5h出爐，在840℃時澆注于內腔尺寸為Φ40mm×140mm的砂型中并通入脈沖電流進行處理，所得到的晶粒尺寸約為0.3mm。其不足在于所得到的晶粒尺寸約為0.3mm，效果并不理想，而且其砂型的直徑為40mm，如果使用到直徑更大的鑄型時效果未可知，另外施加脈沖電流成本也很高。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種制備超細晶變形鋁合金的方法，使其可使用在直徑更大的鑄型中(Φ80mm×200mm)，細化效果更明顯，平均晶粒尺寸≤10μm，而且成本更低。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明適用于所有系列的變形鋁合金，步驟為(1)在坩堝中加入工業純鋁，使鋁錠熔化，升溫至700～1000℃，用JZF-03型高溫覆蓋劑(成分為鉀鹽及鈉鹽)覆蓋；(2)根據合金成分添加Mg元素以及Al-Si、Al-Mn、Al-Cu、Al-Zn、Al-Cr等中間合金，加入JZJ型無害鋁合金精煉劑(成分為氯化鉀和氯化鎂)進行除氣精煉，扒去浮渣，然后在680～780℃靜置10～30min；(3)將循環水冷銅模具固定在機械振動臺上，鋁合金在680～750℃澆注在循環水冷銅模具中，澆注前先通水，水流速度為1.5～2.5ml/s，澆注完畢后進行機械振動，振動頻率為30～80Hz，激振力為80～150N；(4)接著進行均勻化處理，均勻化處理溫度為430～480℃，時間為20～30h；然后進行擠壓預熱溫度400～500℃，擠壓速度0.5～2m/min，擠壓比為30∶1，擠壓后棒材進行T6熱處理(固熔處理后淬火，緊接著進行人工時效處理)。
所述的T6熱處理，根據變形鋁合金的不同，其固熔溫度為450～550℃，時間為80～140min，室溫水淬，時效溫度為100～200℃，時間為5～8h。
與現有技術相比，本發明結合了快速冷卻和機械振動的特點。在振動場中，液體金屬將作上下運動，使其處于沸騰狀。一方面，由于金屬的上下沖刷作用，使已長大的枝晶被打斷、碎裂，從而形成新的細小晶粒，另一方面液態金屬的上下運動，增大了它的過冷度，有利于形成新的晶核。同時利用循環水帶走鑄錠熱量，達到快速凝固的效果，從而達到細化晶粒和提高機械性能的目的。
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例一實驗以工業純Al和工業純Mg、Al-Si、Al-Mn中間合金配制6351鋁合金，合金成分為0.7～1.3％Si，0.4～0.8％Mn，0.4～0.8％Mg，余量為Al。先將純鋁放入坩堝中熔化并升溫到800℃，用JZF-03型高溫覆蓋劑覆蓋；添加合金元素，加入JZJ型無害鋁合金精煉劑進行除氣精煉，扒去浮渣，然后在730℃靜置20分鐘后澆注在水冷銅模中(Φ80mm×200mm)，水流速度為2.2ml/s，凝固過程中進行機械振動，振動頻率為50Hz，激振力為100N，凝固結束后得到6351鑄錠。合金均勻化處理工藝為463℃×24h，以消除成分偏析。熱擠壓工藝為預熱溫度450℃，擠壓速度1m/min，擠壓比為30∶1。擠壓后的棒材熱處理工藝為530℃/110min固溶，室溫水淬，170℃/6h人工時效。其組織為等軸晶粒，晶粒度≤10μm。
實施例二實驗以工業純Al和Al-Cu、Al-Si、Al-Mn中間合金配制2024鋁合金，合金成分為3.8～4.9％Cu，0.3～0.9％Mn，1.2～1.8％Mg，余量為Al。先將純鋁放入坩堝中熔化并升溫到800℃，用JZF-03型高溫覆蓋劑覆蓋；添加合金元素，加入JZJ型無害鋁合金精煉劑進行除氣精煉，扒去浮渣，然后在750℃靜置20分鐘后澆注在水冷銅模中(Φ80mm×200mm)，水流速度為2.2ml/s，凝固過程中進行機械振動，振動頻率為45Hz，激振力為90N，凝固結束后得到2024鑄錠。合金均勻化處理工藝為463℃×24h，以消除成分偏析。熱擠壓工藝為預熱溫度450℃，擠壓速度1m/min，擠壓比為30∶1。擠壓后的棒材熱處理工藝為493℃/110min固溶，室溫水淬，191℃/6h人工時效。其組織為等軸晶粒，晶粒度≤10μm。
實施例三實驗以工業純Al和工業純Mg、Al-Cu、Al-Zn、Al-Cr中間合金配制7075鋁合金，合金成分為1.2～2.0％Cu，2.1～2.9％Mg，0.18～0.28％Cr，5.1～6.1％Zn，余量為Al。先將純鋁放入坩堝中熔化并升溫到800℃，用JZF-03型高溫覆蓋劑覆蓋；添加合金元素，加入JZJ型無害鋁合金精煉劑進行除氣精煉，扒去浮渣，然后在750℃靜置20分鐘后澆注在水冷銅模中(Φ80mm×200mm)，水流速度為2.2ml/s，凝固過程中進行機械振動，振動頻率為40Hz，激振力為80N。凝固結束后得到7075鑄錠。合金均勻化處理工藝為463℃×24h，以消除成分偏析。熱擠壓工藝為預熱溫度450℃，擠壓速度1m/min，擠壓比為30∶1。擠壓后的棒材熱處理工藝為470℃/110min固溶，室溫水淬，120℃/6h人工時效。其組織為等軸晶粒，晶粒度≤10μm。
權利要求
1.一種制備超細晶變形鋁合金的方法，適用于所有系列的變形鋁合金，其特征在于，包括以下步驟(1)在坩堝中加入工業純鋁，使鋁錠熔化，升溫，用覆蓋劑覆蓋；(2)根據合金成分添加Mg元素以及Al-Si、Al-Mn、Al-Cu、Al-Zn、Al-Cr中間合金，在熔體中加入精煉劑進行除氣精煉，扒去浮渣，然后靜置；(3)將循環水冷銅模具固定在機械振動臺上，等待澆注；(4)將鋁合金澆注在循環水冷銅模具中，澆注前先通水；(5)澆注完畢后，進行機械振動；(6)均勻化處理，然后進行擠壓，最后再進行T6熱處理。
2.按照權利要求1所述的制備超細晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的升溫為700～1000℃；所述的覆蓋劑是指JZF-03型高溫覆蓋劑。
3.按照權利要求1所述的制備超細晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的精煉劑為JZJ型無害鋁合金精煉劑。
4.按照權利要求1所述的制備超細晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的靜置，其時間為10～30min，其溫度為680～780℃。
5.按照權利要求1所述的制備超細晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的澆注，其澆注溫度為680～750℃。
6.按照權利要求1所述的制備超細晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的通水，其水流速度為1.5～2.5ml/s。
7.按照權利要求1所述的制備超細晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的機械振動，其振動頻率為30～80Hz，激振力為80～150N。
8.按照權利要求1所述的制備超細晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的均勻化處理，其溫度為430～480℃，時間為20～30h。
9.按照權利要求1所述的制備超細晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的擠壓，其預熱溫度為400～500℃，擠壓速度0.5～2m/min，擠壓比為30∶1。
10.按照權利要求1所述的制備超細晶變形鋁合金的方法，其特征是所述的T6熱處理，其固溶溫度為450～550℃，時間為80～140min，室溫水淬，時效溫度為100～200℃，時間為5～8h。
全文摘要
一種制備超細晶變形鋁合金的方法，屬于材料技術領域。本發明適用于所有系列的變形鋁合金，步驟為(1)在坩堝中加入工業純鋁，使鋁錠熔化，升溫，用覆蓋劑覆蓋；(2)根據合金成分添加Mg元素以及Al－Si、Al－Mn、Al－Cu、Al－Zn、Al－Cr中間合金，在熔體中加入精煉劑進行除氣精煉，扒去浮渣，然后靜置；(3)將循環水冷銅模具固定在機械振動臺上，等待澆注；(4)將鋁合金澆注在循環水冷銅模具中，澆注前先通水；(5)澆注完畢后，進行機械振動；(6)均勻化處理，然后進行擠壓，最后再進行T6熱處理。本發明結合了快速冷卻和機械振動的特點，從而達到細化晶粒和提高機械性能的目的。
文檔編號B22D21/04GK1995419SQ20061014764
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月21日 優先權日2006年12月21日
發明者白亮, 陳東, 王浩偉, 馬乃恒, 李險峰 申請人:上海交通大學