[发明专利]铝合金加工工艺优化方法及其应用

说明书

本发明公开了铝合金加工工艺优化方法及其应用，其中所述优化方法建立了优化模型，所述优化模型通过建立Z参数与材料微观组织的关系来确定合金最适宜的热加工工艺参数，在一些具体实施方式中，所述优化模型通过铝合金在热变形以及热处理过程中的再结晶行为及变形机制获得模型参数，形成一套完整的、系统的、可靠的模型建立方法，使得在生产过程中能够有效控制产品的质量和性能，实现对铝合金特别是Al‑Mg‑Si系铝合金在热锻过程中微观组织和性能的预测及控制，提高了生产效率和产品质量。

技术领域

本发明涉及Al-Mg-Si系铝合金领域，特别涉及一种通过优化热变形参数提高Al-Mg-Si系铝合金晶粒组织均匀性的方法。

背景技术

铝合金，尤其是Al-Mg-Si系铝合金，以其优异的性能，如高的强度重量比、适当的耐腐蚀性、适当的成形性和低成本而被广泛认可。与铸件相比，铝合金锻件具有更高的韧性和抗疲劳性能，这是由于其具有纤维状晶粒结构。因此，它们被广泛应用于航空航天、汽车和火车结构部件，以减轻重量，从而降低燃料消耗。

在Al-Mg-Si合金的加工过程中，通常需要固溶和时效热处理来诱导热变形后的析出强化，但在随后的热处理过程中，变形组织会进一步演化，甚至导致粗晶的形成。在这些合金的高温变形过程中，组织演变是一个动态过程。加工硬化和热软化之间的相互作用随着变形条件，即应变速率、温度和应变的变化而演变，导致位错密度和微观结构的变化。然而，在随后的热处理过程中，微观组织的演变是一个静态过程，热变形后的储能进一步释放，导致晶粒组织的演化。晶粒结构演化的三个阶段，即回复、再结晶和晶粒长大都受变形参数的影响，这些参数对最终产品的性能有着重要的影响。

在热处理过程中，通常会发生静态回复和静态再结晶，晶粒长大只发生在形核阶段之后。在晶粒生长过程中，高角度晶界消除了非再结晶应变基体，消除了晶体缺陷，直至再结晶晶粒相互碰撞，可以进行连续(正常晶粒长大，即一次再结晶)或不连续(异常晶粒长大，即二次再结晶)的碰撞。一般情况下，应尽量避免后者，因为它会导致样品中的少量晶粒在局部区域不连续生长，从而形成尺寸最大的晶粒，现有技术中无法控制热处理过程中铝合金材料的晶粒组织，并且很难预测热处理过程中二次再结晶现象是否会出现，需要通过反复实验获得优化的工艺参数，其过程复杂、实验设计难度大、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模型来预测铝合金热处理过程中二次再结晶现象是否会出现，通过优化铝合金加工工艺参数使所得合金产品具有均匀的晶粒组织结构。本发明的目的还在于提供该优化方法的一些应用。

本发明首先提供了如下的技术方案：

铝合金加工工艺优化方法，其包括：通过优化模型获得铝合金加工工艺的优选参数，根据所述优选参数进行加工；其中，所述优选参数为提高铝合金晶粒组织均匀性的参数，所述优化模型基于铝合金晶粒结构参数及Zener-Hollomon参数构建。

根据本发明的一些优选实施方式，所述优化模型构建如下：

α＝β/n₁ (6)

DRX Vol.％＝aln Z+b (3)

其中，Z表示温度补偿的应变速率因子、即所述Zener-Hollomon参数，表示材料的应变速率，σ表示材料流变应力，T表示材料变形温度，A表示结构因子，n₁表示应力指数，n表示应变速率敏感指数，Q表示热变形激活能，sinh()表示双曲正弦函数，DRX Vol.％表示材料的再结晶分数，D表示热处理前后的晶粒平均直径，α、β、a、b、a₁、a₂、b₁、b₂、c表示拟合系数。