一种高强耐磨Al‑Si‑Cu合金的热处理工艺的制作方法

文档序号:12056940阅读:227来源:国知局

本发明属于有色金属材料制造技术领域,具体涉及一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺。



背景技术:

含硅硬铝合金具有高强度、质轻及优良耐磨性能,广泛应用于发动机活塞、多类空调压缩机叶片及叶轮等耐磨部件。发明专利[ZL201210313325.6]公开了一种类似合金的成分。但此类铝合金因合金元素含量高达15~25%,硬度及强度高,脆性大,很难实现其塑性加工,通常采用粉末冶金方法制备成型,大大制约其各方面的应用。目前部分企业采用的解决方法是适当降低合金含量,以提高合金塑性;并采用熔铸方法制坯,通过塑性加工获得各种规格的材料或制品。在这种情况下,热处理成为关键工序,因为只有通过热处理或形变热处理,才能使合金获得预期的高强耐磨性能。发明专利[ZL201210313190.3]公开了一种类似合金的生产工艺,采用双级时效热处理使合金获得较高力学性能。但是,因为此类合金成分复杂,在热处理过程中可能发生多种相变,形成多种第二相,包括各种强化相和硬脆杂质相,所以合金的组织与性能控制难度大,普通热处理制度难以使合金的潜力得到充分发挥,通常情况是提高了合金的硬度与强度,结果其塑性与韧性显著下降,反之亦然。强度和硬度不高将降低合金的耐磨性能,而塑性太差将影响后续加工及使用。因此,对于此类合金的塑性加工产品,如何通过热处理工艺控制,使其达到良好的力学性能和耐磨性能匹配,一直是行业内尚未解决的技术难题。



技术实现要素:

本发明针对上述已有技术存在的问题,提供一种与现有技术显著不同、包含形变的高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺。

本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,包括下述步骤:

步骤一

在525~580℃对高强耐磨Al-Si-Cu合金进行高温热处理,高温热处理后进行温水淬火,得到高温处理后的合金;所述温水的温度为40~80℃;

步骤二

对步骤一所得高温处理后的合金进行冷变形;冷变形率控制在5~20%,得到冷变形后的合金;

步骤三

对步骤二所得冷变形后的合金进行两次退火处理,得到成品;两次退火处理中,第一次退火处理的温度为280~320℃、时间为30~60分钟,第一次退火后立即进行第二次退回处理,第二次退火处理的温度为100~140℃、时间为480~600分钟。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,步骤一中,所述高强耐磨Al-Si-Cu合金为经热挤压成形的合金半制品。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,步骤一中,在525~580℃对高强耐磨Al-Si-Cu合金进行高温热处理120~240分钟,高温热处理后立即在40~80℃温水中淬火。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,所述高温热处理的温度条件为540~560℃、保温时间150~210分钟;高温热处理后立即50~60℃温水中淬火。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,步骤二中所述冷变形包括冷轧或冷拉。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,步骤二中,冷变形率控制在8~15%。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,步骤三中,一次退火的温度为280~300℃,保温时间为30~40分钟。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,步骤三中,第二次退火的温度为100~120℃、保温时间为420~510分钟。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,步骤三中,在第一次退火完成后将材料转移至二次退火炉进行第二次退火,转移时间不大于10秒。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,所述高强耐磨Al-Si-Cu合金中,合金元素总含量大于等于18wt%。

作为优选方案,本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺特别适用于含Si10~15wt%、优选为12.5~15wt%,Cu3.0~5.0wt%、优选为4.5~5.0wt%,Mg0.5~1.5wt%、优选为1.0~1.5wt%的铝合金挤压制品。

本发明的技术原理简述如下:所述高强耐磨Al-Si-Cu合金,含有多种合金元素,可形成多种强化相,通过热处理可使各种强化相均能均匀弥散析出,显著提高合金的力学性能和耐磨性。第一步高温热处理,是为了细化晶粒,并使合金元素充分固溶于铝基体,淬火后形成不稳定的过饱和固溶体;该系列合金脆性较大,采用温水淬火,是为了防止半制品因淬火应力过大而开裂;第二步进行室温冷轧或冷拉拔变形,其目的之一是校平矫直,目的之二是在半制品中形成均匀分布的应力场,以便在后续热处理过程中促进第二相快速均匀形核并弥散析出;第三步先在较高温度下进行退火热处理,是为了使第二相快速形核,且形核率高;短时退火是为了防止在高温下形核的第二相迅速聚集长大;其后快速转移至低温炉进行低温长时退火,就是为了使第二相均匀弥散析出,充分发挥其强化作用。

本发明的技术优势简述如下:本发明提供的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺,通过引入中间冷变形和温水淬火,不仅使合金中的第二相得以均匀弥散析出,充分发挥其强化作用,而且有效抑制了淬火开裂倾向,并使合金保持较好韧性。且本发明的热处理工艺操作简便,与普通简单热处理工艺相比增加的成本很少。采用本发明处理后所得Al-Si-Cu合金挤压半制品,室温抗拉强度可达501MPa及以上,伸长率可达5%以上,平均晶粒尺寸可达20~35μm,耐磨性能优良;按本发明所设计方案所得产品的强度、加工性、耐磨性多能得到很好的兼顾。而采用常规热处理获得的该合金制品,抗拉强度仅为450~500MPa,伸长率达3~6%,平均晶粒尺寸可达50~120μm,耐磨性能一般,同时其强度、加工性以及耐磨性难以兼顾。

具体实施方式

以下通过实施例,对本发明的技术方案作进一步具体说明。需要说明的是,以下实施例仅用于解释本发明,而不应视为对本发明的权利要求的范围的限制。

实施例

经配料(Al-12.5%Si-4.5%Cu-1.2%Mg-0.7%Zn-0.3%Ni-0.03%La-0.03%Ce)、电阻炉熔炼、立式半连续铸造、普通卧式热挤压,得到的一种铝合金扁条,然后对其进行形变及热处理。热处理工艺及合金制品组织、性能参数见表1。在本发明的实施例中,12.5%Si表示合金中Si的质量百分含量为12.5%、4.5%Cu表示合金中Cu的质量百分含量为4.5%、1.2%Mg表示合金中Mg的质量百分含量为1.2%、0.7%Zn表示合金中Zn的质量百分含量为0.7%、0.3%Ni表示合金中Ni的质量百分含量为0.3%、0.03%La表示合金中La的质量百分含量为0.03%、0.03%Ce表示合金中Ce的质量百分含量为0.03%,余量为Al。

由表1可见,实施例1~6按照本发明的工艺进行形变及热处理,均获得良好的力学性能与耐磨性能,而对比例1~4,因没有采用本发明的工艺进行热处理,所以制品耐磨性降低或加工性能较差,甚至淬火直接开裂。上述结果表明了本发明的有效性。

表1各实施例和对比例的工艺参数及制品性能

在实施例和对比例中,需要进行两次退火的,均按第一次退火后在10秒内转移至第二次退火所用设备中并进行第二次退火的制度进行。

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