专利名称：半固态变形合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半固态变形合金。
背景技术：
半固态合金的成形具有高质量、高性能，易于实现近终成形，模具寿命长，生产效率高，节约能源等特点，更符合面向新世纪的先进制造技术的要求，是21世纪最具潜力的先进制造技术之一。半固态合金成形方法在应用中，最重要最关键的就是制备具有非枝晶组织结构的半固态材料。
文献[K.P.Young，C.P.Kyonka and J.A.Courtois，“Fine grained metal composition”，U.S.Patent，4415374，1038(1983)]介绍了制备半固态合金的应变诱发熔化激活方法。首先将常规金属的铸锭经过热变形，如进行挤压、滚压等热加工制成半成品棒料，这时金属棒料的显微组织具有强烈的变形拉长结构，然后加热到固液两相区使得合金含有体积分数至少为5％的液相，半固态等温处理一定时间后，被拉长的晶粒变成了细小的颗粒，随后快速冷却获得非枝晶组织的半固态金属材料。应变诱发熔化激活技术的工艺效果主要取决于热变形和半固态等温处理两个阶段，或者两者之间再加一个冷变形阶段。目前，应变诱发熔化激活技术只是成功地应用于铸造合金，对变形合金的制备还处于探索阶段。
文献[S.J.Luo，W.T.Tian and G.A.Zhang，“Structural evolution of LC4 alloy in makingthixotropic billet by SIMA method”，Trans.Nonferrous.Met.Soc.China，11(4)，547(2001)]对变形LC4合金的热挤压棒材进行预变形后再进行半固态等温处理，研究了微观组织的演化情况。然而，在半固态等温处理前对变形合金施加单一的冷变形并不一定能扩充到其它高熔点合金，到目前为止还没有关于变形合金半固态材料更详细的报道。
发明内容
为了克服现有技术只应用于铸造合金以及预变形方式单一的缺点，本发明提供一种半固态变形合金。本发明在应变诱发熔化激活方法的热变形和半固态等温处理之间增加了一道冷变形或热变形工序，通过控制变形量、等温温度和保温时间等工艺参数制备半固态变形合金。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种半固态变形合金，其特征在于采用下述方法制备1)将供应状态合金加热到250～350℃进行热变形处理，变形量为20～40％，变形速度为1毫米/分钟，保温20～40分钟；
2)再在电阻炉中将经过方法1)变形处理的合金加热到580～600℃进行半固态等温处理，温差控制在±1℃之内，保温时间为2～5分钟；3)半固态等温处理结束后立即取出进行水淬。
还可将上述方法1)中的热变形处理用冷变形处理替换，其变形量、变形速度、保温时间及后续处理方法不变。
本发明相比现有技术的优点在于由于采用了热变形或者冷变形和半固态等温处理相结合的处理方法，使供应状态变形合金的变形组织转变为适合于半固态成形的近球状组织。这种半固态合金的室温屈服强度、强度极限会比供应状态合金的室温屈服强度、强度极限降低7％～5％，塑性指标中的最大断面缩减率由供应状态合金的40％左右提高到半固态合金的60％左右，提高了近20％。半固态合金在半固态状态下成形时的变形力与供应状态材料相比降低了20～40％。而且采用这种方法制备的半固态合金，综合力学性能高，微观组织小、均匀且呈近球状，采用这种方法还可制备高熔点的变形合金。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的工艺流程2是变形速度为1mm/min、变形温度为280℃、变形量为30％、等温温度为600℃、保温时间为5min条件下半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片图3是变形速度为1mm/min、变形温度为280℃、变形量为40％、等温温度为600℃、保温时间为5min条件下半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片图4是变形速度为1mm/min、变形温度为280℃、变形量为40％、等温温度为590℃、保温时间为5min条件下半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片图5是变形速度为1mm/min、变形温度为280℃、变形量为40％、等温温度为600℃、保温时间为2min条件下半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片图6是变形速度为1mm/min、变形量为20％、等温温度为600℃、保温时间为5min条件下半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片图7是变形速度为1mm/min、变形量为30％、等温温度为600℃、保温时间为5min条件下半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片图8是变形速度为1mm/min、变形量为30％、等温温度为580℃、保温时间为5min条件下半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片图9是变形速度为1mm/min、变形量为30％、等温温度为600℃、保温时间为2min条件下半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片
具体实施例方式
参照图1。将供应状态变形合金通过热变形或者冷变形和半固态等温处理相结合的处理方法，经过水淬，成为半固态成形合金。以供应状态Al-4Cu-Mg合金为例，具体过程如下。
实施例1将热挤压后经固溶处理+自然时效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸为Φ15×25mm的试样，在变形温度为280℃和变形速度为1.0mm/min的条件下，对试样进行热变形，控制变形量为30％。再对热变形后的试样进行半固态等温热处理工艺，控制等温温度为600℃和保温时间为5min。半固态等温热处理结束后，将试样进行水淬。图2给出了半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片，可以看出微观组织为近球状的晶粒，晶粒尺寸为56.2μm。
实施例2将热挤压后经固溶处理+自然时效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸为Φ15×25mm的试样，在变形温度为280℃和变形速度为1.0mm/min的条件下，对试样进行热变形，控制变形量为40％。再对热变形后的试样进行半固态等温热处理工艺，控制等温温度为600℃和保温时间为5min。半固态等温热处理结束后，将试样进行水淬。图3给出了半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片，可以看出微观组织为近球状的晶粒，晶粒尺寸为49.7μm。
实施例3将热挤压后经固溶处理+自然时效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸为Φ15×25mm的试样，在变形温度为280℃和变形速度为1.0mm/min的条件下，对试样进行热变形，控制变形量为40％。再对热变形后的试样进行半固态等温热处理工艺，控制等温温度为590℃和保温时间为5min。半固态等温热处理结束后，将试样进行水淬。图4给出了半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片，可以看出微观组织为等轴状的晶粒，晶界不光滑，晶粒尺寸为47.9μm。
实施例4将热挤压后经固溶处理+自然时效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸为Φ15×25mm的试样，在变形温度为280℃和变形速度为1.0mm/min的条件下，对试样进行热变形，控制变形量为40％。再对热变形后的试样进行半固态等温热处理工艺，控制等温温度为600℃和保温时间为2min。半固态等温热处理结束后，将试样进行水淬。图5给出了半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片，可以看出微观组织为等轴状的晶粒，晶界不光滑，晶粒尺寸为46.1μm。
实施例5将热挤压后经固溶处理+自然时效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸为Φ15×25mm的试样，在室温和变形速度为1.0mm/min的条件下，对试样进行冷变形，并控制变形量为20％。再对冷变形后的试样进行半固态等温热处理工艺，控制等温温度为600℃和保温时间为5min。半固态等温热处理结束后，将试样进行水淬。图6给出了半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片，可以看出微观组织为近球状的晶粒，晶粒尺寸为49.6μm。
实施例6将热挤压后经固溶处理+自然时效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸为Φ15×25mm的试样，在室温和变形速度为1.0mm/min的条件下，对试样进行冷变形，并控制变形量为30％。再对冷变形后的试样进行半固态等温热处理工艺，控制等温温度为600℃和保温时间为5min。半固态等温热处理结束后，将试样进行水淬。图7给出了半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片，可以看出微观组织为近球状的晶粒，晶粒尺寸为45.4μm。
实施例7将热挤压后经固溶处理+自然时效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸为Φ15×25mm的试样，在室温和变形速度为1.0mm/min的条件下，对试样进行冷变形，并控制变形量为30％。再对冷变形后的试样进行半固态等温热处理工艺，控制等温温度为580℃和保温时间为5min。半固态等温热处理结束后，将试样进行水淬。图8给出了半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片，可以看出微观组织为近球状的晶粒，晶粒尺寸为36.3μm。
实施例8将热挤压后经固溶处理+自然时效的Al-4Cu-Mg合金棒材切割成尺寸为Φ15×25mm的试样，在室温和变形速度为1.0mm/min的条件下，对试样进行冷变形，并控制变形量为30％。再对冷变形后的试样进行半固态等温热处理工艺，控制等温温度为600℃和保温时间为2min。半固态等温热处理结束后，将试样进行水淬。图9给出了半固态Al-4Cu-Mg合金的显微照片，可以看出微观组织为近球状的晶粒，晶粒尺寸为40.3μm。
对于供应状态的Al-4Cu-Mg合金在室温下经过20％的塑性变形后再进行等温温度为580℃和保温时间为6min的半固态等温处理后可获得性能优良的半固态材料。由本专利技术获得的半固态Al-4Cu-Mg合金的室温屈服强度(265.2MPa)、强度极限(386.7MPa)分别为比供应状态Al-4Cu-Mg合金的室温屈服强度(279.2MPa)、强度极限(416.5MPa)分别降低了7％和5％，塑性指标中的最大断面缩减率由供应状态Al-4Cu-Mg合金的43.6％提高到半固态Al-4Cu-Mg合金的56.5％，提高了29.6％。半固态Al-4Cu-Mg合金在半固态状态下成形时的变形力与供应状态材料相比降低了20～40％；在变形温度为490℃的固态成形时的变形力与供应状态材料相比降低了27％。
权利要求
1.一种半固态变形合金，其特征在于采用下述方法制备1)将供应状态合金加热到250～350℃进行热变形处理，变形量为20～40％，变形速度为1毫米/分钟，保温20～40分钟；2)再在电阻炉中将经过方法1)变形处理的合金加热到580～600℃进行半固态等温处理，温差控制在±1℃之内，保温时间为2～5分钟；3)半固态等温处理结束后立即取出进行水淬。
2.根据权利要求1所述的半固态变形合金，其特征在于还可将上述方法1)中的热变形处理用冷变形处理替换，其变形量、变形速度为、保温时间及后续处理方法不变。
全文摘要
本发明公开了一种半固态变形合金，采用下述方法制备(1)将供应状态合金加热到250～350℃进行热变形处理或者在室温下进行冷变形处理，变形量为20～40％，变形速度为1毫米/分钟，保温20～40分钟；(2)再在电阻炉中将经过方法(1)变形处理的合金加热到580～600℃进行半固态等温处理，温差控制在±1℃之内，保温时间为2～5分钟；(3)半固态等温处理结束后立即取出进行水淬。这种半固态合金与供应状态合金相比，其室温屈服强度、强度极限降低了7％～5％，最大断面缩减率提高了20％左右。半固态合金在半固态状态下成形时的变形力与供应状态材料相比降低了20～40％。其综合力学性能高，组织细小、均匀且呈近球状，采用这种方法还可制备高熔点的变形合金。
文档编号C22F1/00GK1560312SQ20041002593
公开日2005年1月5日 申请日期2004年3月12日 优先权日2004年3月12日
发明者李淼泉, 江海涛 申请人:西北工业大学