[发明专利]改进的铝合金人工老化方法

说明书

技术领域

本发明的实施方案涉及以最低的能量消耗和加工准备时间最优化非 等温人工老化方案来获得目标材料性能的方法。

背景技术

热处理，特别是老化(或沉淀)硬化是获得工程材料如铸造铝合金 A356/357或类似材料所期望的强度的重要步骤。通过老化硬化来强化可适用于 其中至少一种合金元素的固溶度随温度降低而降低的合金。一些锻造和铸造铝 合金是可老化硬化的，例如6xxx、7xxx、3xx或者类似的合金。本发明扩展到 通过不同的制造方法，包括但不限于锻造、铸造和粉末冶金制得的所有这样的 铝合金。

可老化硬化铝合金的常规热处理方法通常包括三个阶段：(1)产品或 构件在相对高温下的溶液处理，所述相对高温例如仅低于合金熔点的温度；(2) 在冷介质例如室温或设计温度的水中快速冷却(或淬火)；和(3)通过在室温(自然 老化)或中间温度(人工老化)保持一段时间来使材料老化。溶液处理用于三个主 要目的：(1)溶解在后期将会导致老化硬化的元素；(2)球化不溶解的组分；(3)均 化材料中溶质的浓度。

淬火用于保持溶质元素在过饱和固溶体(SSS)中，并且也用于产生增 强沉淀物的扩散和分散的过饱和的空位。为了使合金的强度最大化，所有强化 相在淬火过程中应避免沉淀。老化(无论自然或人工的)引起强化沉淀物的可控分 散。图1显示了A356铸造铝合金的典型热处理循环。在实践中，铝构件如铸造 铝产品(气缸体和气缸盖(engine blocks and cylinder heads))通常具有从几个毫 米变化到几个厘米的不同的壁厚。由于常规的等温老化方法，这导致铝产品的 薄断面和厚断面之间的温度分布和屈服强度不一致。

发明内容

在本发明中，根据沉淀强化及计算热力学和动力学已改进了非等温 老化方法。老化温度随时间变化，从而可以控制并最优化沉淀物的伴随成核、 生长和粗化。采用非等温老化方案，可以用最短的时间和最小的能量来获得铝 合金所期望的屈服强度。同样，在老化过程中通过改变加热/冷却方案，可以沿 着整个构件获得均一的屈服强度。更高的屈服强度可以在改进的(非等温)老化方 法中以最小的老化时间和能量输入来获得。

根据本发明的一个实施方案，提供用于铝合金非等温老化的方法。 该方法包括以下步骤：将铝合金以第一斜升速率(ramp-up rate)加热到沉淀固溶 相线值下的最大温度，以足以产生最大数量的主沉淀物的第一冷却速率冷却所 述合金，以第二冷却速率冷却，直至达到其中主沉淀物的生长速率等于或基本 上为零时的最低温度，和将合金以第二斜升速率加热到足以产生最大数量的次 生沉淀物的温度。

本发明实施方案提供的这些和附加的特征通过以下结合附图的详细 描述将得到更充分的理解。

附图说明

本发明的具体实施方案的以下详细描述当结合附图阅读时可以获得 最好的理解。附图包括：

图1(现有技术)是常规等温老化方法的示意图；

图2是铸造铝合金(A356/A357)在170℃老化时的老化响应示意图。

图3是常规等温老化方法与根据本发明的一个或多个实施方案的非 等温老化方法的一个实施方案的老化循环比较示意图。

图4是常规等温老化方法与根据本发明的一个或多个实施方案的非 等温老化方法的两个实施方案的老化循环比较示意图。

附图中阐述的实施方案实际上是举例说明，并不局限于本发明的权 利要求所限定的范围。此外，附图和本发明的各个特征通过以下详细的描述可 以得到更清楚的理解。

具体实施方式

本发明涉及对给定合金(在基体中含有给定量的硬化元素)通过非等 温老化用最小的能量和最少的时间来获得最大的沉淀硬化。最大的老化硬化通 过产生理想的沉淀结构来实现，该沉淀结构包括具有最优化尺寸、形状和间距 的均匀分布的沉淀物。所述尺寸、形状和间距是老化温度、时间和在任意给定 的老化时间和温度的硬化元素浓度的函数。

铸造铝合金所期望的抗拉性能包括屈服强度和极限抗拉强度。极限 抗拉强度不是独立变量，其随着屈服强度和韧性变化。最大化屈服强度高度依 赖于沉淀硬化。本发明的非等温老化方法涉及用最小的能量和最短的老化时间 来获得最大的屈服强度，同时也涉及获得跨越整个铝合金构件或产品的更均匀 的屈服强度分布。