[发明专利]提高变形铝合金强度并保持其塑性的热加工方法

说明书

技术领域

本发明属于金属及合金的制备和热处理技术领域，涉及一种提高变形铝合金强度并保持其塑性基本不变的高效和低成本新型热加工方法。 

背景技术

随着现代交通工具对减重的要求越来越高，铝合金作为重要的结构材料在汽车、高铁和航空工业等领域的应用逐渐增多。目前在交通工具上应用的高端铝合金材料，如挤压型材、板材和锻件，基本属于变形铝合金，包括6×××系、2×××系和7×××系等合金。这些铝合金在铸造后会在一定的温度下进行铸锭的均匀化处理，然后进行热变形和冷变形。经过变形后，工厂会对这些合金进行固溶处理和淬火，然后进行时效处理以获得较高的强度，这就是铝合金热处理方法中典型的T6处理。如果在热变形后直接快速冷却然后进行时效处理，这种方法一般称为T5热处理方法。例如国内公开号为CN102337429A的发明专利“高强度Al-Mg-Si-Cu合金及其制备方法”，授权专利号为ZL 200910043311.5 的发明专利“提高6×××系铝合金薄板加工成形性与烘烤硬化性能的热处理方法”，授权专利号为 ZL 200910212938.9的发明专利“高强、高断裂韧性的2×××系铝合金及其加工方法”以及2007年公布的专利号WO 2007/144186和2012年公布的专利号WO2012/080592等与变形铝合金加工相关的发明专利中，具体实施的铝合金热加工方法流程均符合上面的描述。经过热处理的铝合金中形成了大量的纳米尺度的硬化颗粒，从而使铝合金得以强化，这就是铝合金材料的主要强化机制——析出强化。对于一种成分固定的变形铝合金，其力学性能主要由其经历的热加工方法决定，如加工变形量和热处理温度等。 

然而传统的热加工方法存在不少问题，首先冷变形后产品最终形状固定，此后再进行高温退火和淬火特别是水淬时样件表面温度不均引起热应力，这会使产品产生变形甚至开裂。这种现象造成铝合金产品的成品率和质量降低，制造成本升高。另外对于6×××系铝合金，水淬后室温停放阶段发生的自然时效对后续人工时效的硬化潜力有非常不利的影响。更为重要的是传统方法制备的铝合金跟钢材等其他金属结构材料相比强度仍然偏低，这也阻碍了铝合金作为一种轻量化材料的应用范围。目前用于提高铝合金强度的方法主要包括添加更多合金元素和晶粒细化。添加更多的合金元素主要可以使合金在时效处理阶段能够形成更多的析出相，从而使铝合金强度提高。但是添加更多的合金元素不仅会使制造成本升高，也会使铸造和加工成型难度增大。晶粒细化主要是通过大塑性变形获得的，如等径角挤压（ECAP），高压扭转（HPT），深冷轧制（Cryo-rolling）和动态塑性变形（DPD）等。通过这些大塑性变形方法制备的合金虽然因为晶粒得到了细化而强度提升，但相比传统T6和T5处理其塑性大幅度降低甚至没有明显的室温塑性。另外铝合金在用大塑性变形方法制备过程中会因为局部应变失稳而引入微孔等缺陷，这些缺陷对其疲劳寿命和服役安全造成了很大威胁。更为重要的是上述大塑性变形方法只能制备小样件，难以进行大规模生产，而且制造方法复杂，对设备性能要求高。正因为以上因素大塑性变形方法目前仍然难以用于高性能铝合金的工业化生产。综上所述，开发能够提高变形铝合金强度并保持其塑性且可以进行大规模生产的低成本热加工方法，对改善变形铝合金的力学性能并拓展其使用范围非常重要。 

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种提高变形铝合金强度并保持其塑性的新型热加工方法，该方法不仅可以用于大规模生产高强铝合金，而且相比现有的热加工方法制造成本不会升高。 

为实现上述发明的目的，本发明采用以下技术方案。 

一种提高变形铝合金强度并保持其塑性的热加工方法，该方法先将铝合金进行铸造形成铸锭、再将铸锭进行均匀化处理和热变形处理后形成板材；将所述热变形处理之后的板材依次进行固溶和淬火处理、自然时效处理、冷变形处理和人工时效处理； 

所述固溶和淬火处理是：将所述板材在450℃-600℃的温度下固溶处理10min-2h，然后淬火，得淬火后的板材；

所述自然时效处理是将淬火后的板材在20℃-25℃的温度下放置0.5h-400h，得自然时效处理后的板材；

所述冷变形处理是将所述自然时效处理后的板材冷轧成0.5mm-2mm厚度的薄板；

所述人工时效处理是将所述薄板置于70℃-200℃的温度下，直到薄板硬度达到峰值时停止人工时效处理。

所述铝合金优选为6千系铝合金、7千系铝合金或2千系铝合金。