[发明专利]一种超高强度低应力的铝合金管材及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种超高强度低应力的铝合金管材及其制备方法。所述超高强度低应力的铝合金管材为7xxx系铝合金管材，晶粒呈长条状，长度为30～50μm，抗拉强度为618～748MPa，屈服强度为568～702MPa，椭圆度为0.02～0.15mm。所述制备方法包括多级淬火、慢拉伸以及多次深冷处理。本发明制得的铝合金管材力学性能得到显著提高，与常规的7xxx系铝合金管材相比，抗拉强度最多可提升约12％；此外，本发明产品中残余应力得到有效的消除，变形程度最多可降低至常规管材的1/25，可见残余应力消减效果十分显著；且本发明产品的晶粒尺寸得到了有效的细化，晶粒长度仅为常规产品的一半左右。

技术领域

本发明属于铝合金制备技术领域，具体涉及一种超高强度低应力的铝合金管材及其制备方法。

背景技术

铝及铝合金具有密度小、比强度高和耐腐蚀等优良性能，且易于加工、储量丰富的特点，在航空航天、机械和汽车制造业等领域得到了广泛的应用。但铝合金构件在快速淬火过程中获得高强度高韧性的同时。造成表面与内部巨大的温差，从而在构件内部产生很大的残余应力。在高强度铝合金的热处理过程中，尤其是淬火过程是无法避免地会在结构内部造成很大的残余应力。有时为了降低淬火残余应力，采用沸水或者油之类的介质进行淬火，减小冷却强度，由于超高强度铝合金的淬火敏感性十分明显，这样会导致材料的力学性能急剧下降，不能满足使用要求。

在后续机械加工中，由于内应力的作用会使再加工后的零件发生变形，影响零件的尺寸精度，残余应力将严重恶化材料的腐蚀、开裂、疲劳强度等力学性能，对结构的强度造成很大危害，历史上许多灾难性破坏事故大多是由结构中的残余应力引起的，从而限制了高强度铝合金的应用范围。高强度铝合金的初始残余应力是引起其加工变形的主要原因，后期的成形及热处理过程中也不断产生残余应力，在机械加工的过程中不断地得到释放，最终影响到产品的加工精度甚至报废。因此降低和消除构件的残余应力就十分必要了。

消除或降低残余应力的方法有很多种。拉伸、压缩、人工时效和振动时效等工艺。拉伸法对设备要求高且变形量难控制，仅适合于形状简单的零件，且对拉伸前铝合金板材的组织均匀性要求较高，同时还会造成铝合金延伸率的损失；压缩法在实际操作中难以精确控制模压变形量；人工时效法效率低效果差，时效消除的残余应力只有10～30％；震动时效法可以消除50～70％的残余应力，然而震动时效法相关工艺还不够成熟，机理研究不够充分。

深冷处理是一种新的消除或降低应力的工艺。铝合金深冷处理能在很大程度上消除残余应力，提高工件的尺寸稳定性。深冷介质中停留时间对应力消除有一定影响，高温有机介质中保温时间对应力消除效果影响很大。与加热阶段的温差越大，应力消除越彻底；深冷急热循环两次对残余应力消除效果较好，继续增加循环次数意义不大。深冷处理的机理是：深冷处理的不同阶段，内外部的应力状态不同，应力作用效果可以部分相互抵消，起到消除残余应力的作用。同时工件内部产生了晶粒细化和择优转动，也起到了缓和应力的作用。现有的深冷处理法对铝合金的残余应力消除效果比较理想，但会造成性能的损失。因此，目前在铝合金残余应力的消减工艺中还没有一种工艺同时具备高效、实用、低损耗、易推广的特点。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种超高强度低应力的铝合金管材及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种超高强度低应力的铝合金管材，其为7xxx系铝合金管材，晶粒呈长条状，晶粒长度为30～50μm，抗拉强度为618～748MPa，屈服强度为568～702MPa，椭圆度为0.02～0.15mm。

优选的，所述超高强度低应力的铝合金管材椭圆度为0.02～0.1mm。

一种超高强度低应力的铝合金管材的制备方法，采用深冷处理工艺，具体步骤如下：