[发明专利]一种铝合金深冷再时效强化处理工艺

说明书

本发明一种铝合金深冷再时效强化处理工艺，属于铝合金的热处理领域，具体为一种铝合金深冷再时效强化处理工艺。其特征在于：该工艺方法包括预时效、冷处理和再时效。冷处理造成铝合金的体积收缩，使铝合金基体内原子半径大于铝的强化元素的原子（例如镁原子、锂原子、银原子等）被挤压，有利于再时效过程中析出相的迅速形核和长大，缩短合金达到完全时效的时间。铝合金采用此种工艺方法后，合金内基体析出相增多且均匀细密，晶界析出相断续分布。本发明可在较短的处理时间内获得高硬度、高强度和高韧性相结合的铝合金，提高了生产效率，值得以后推广使用。

技术领域

本发明属于铝合金的热处理领域，具体为一种铝合金深冷再时效强化处理工艺。

背景技术

1906年，学者Wilm首次在铝合金中发现了时效硬化现象。之后，学者们开始对铝合金人工峰值时效（T6）工艺、过时效（T7X）工艺等研究，发现这些传统的时效工艺并不能获得高硬度、高强度和高韧性相结合的铝合金。2006年，Lumley等人提出了断续时效（T6I4、T6I6等）工艺，铝合金经断续时效处理后能够同时具有良好的硬度、强度和韧性。但是断续时效工艺中的低温时效处理时间较长，不能进行大范围的工业应用。

发明内容

发明目的：本发明提供一种铝合金深冷再时效强化处理工艺，其目的是在不增加处理时间的情况下大幅度提高合金的硬度、强度和韧性，提高生产效率，扩大铝合金在实际工业生产中的应用范围所存在的问题。

技术方案：

一种铝合金深冷再时效强化处理工艺，其特征在于：该工艺包括以下步骤：

第一步、固溶处理；将铝合金在Ta温度下放置一段时间，直至合金成分溶于基体中，形成过饱和固溶体；

第二步、淬火处理；将过饱和固溶体转移到合适的流体介质中快速冷却至室温，从而抑制过饱和固溶体中合金成分的析出；

第三步、预时效处理；在传统人工时效处理的Tb温度下放置一段时间；

第四步、冷处理；在Tc温度下放置一段时间，直至铝合金中原子半径大于铝的强化元素的原子被挤压出基体；

第五步、再时效处理；在Td温度下放置一段时间；

第六步、空冷；得到热处理铝合金；

所述的Ta温度在450~560 °C范围；Tb温度在100~190 °C范围；Tc温度在≤-80 °C的范围；Td温度在（Tb-30 °C）~（Tb+30 °C）范围。

优选的，所述的铝合金为绝大部分可热处理强化型铝合金，其中至少需要一种具有强化效应并且原子半径大于铝的元素。

优选的，具有强化效应并且原子半径大于铝的元素选自镁、锂、银，为2xxx系铝合金、6xxx系铝合金、7xxx系铝合金、8xxx系铝合金和部分铸造铝合金。

优选的，所述步骤第二步淬火处理的转移时间不得超过15 s。

优选的，所述步骤第二步淬火处理的流体介质是水或聚合物有机淬火液。

优选的，所述步骤第三步预时效处理是不完全的时效处理。

优选的，所述步骤第四步冷处理中，Tc温度在≤-160 °C效果最佳。

本发明具有以下优点和积极效果：

深冷处理作为一种提高材料强韧性的处理方法，已在金属领域有了50多年的应用，但大部分的研究材料为工具钢。近几年来，学者们常将深冷处理与时效处理结合研究。本发明包括固溶淬火、预时效、冷处理和再时效。铝合金经冷处理后，体积急剧收缩，晶界的内应力使预时效过程中产生的晶界析出相破碎，且温度的骤降使铝合金基体内原子半径比铝大的原子（镁、锂、银等）被挤压，这些溶质原子在再时效初期迅速聚集成数量更多、尺寸更小的原子团簇。深冷再时效工艺能够使合金的基体析出相增多且均匀细密，晶界析出相链状分布。和单级人工时效相比，本发明能够减少处理时间，获得高硬度、高强度和高韧性的铝合金，值得以后推广使用。