本申请涉及一种铝合金件及其制备方法，属于材料加工技术领域。
背景技术
铝合金材料是工业应用最广泛的有色金属。由于铝合金材料具有密度低、强度比高、塑性好、易加工成型和焊接性能良好等特点，铝合金材料在汽车机械、航天航空等轻量化设计的使用中占比重。但是铝合金材料的密度低、机械性能局限，影响其使用。
现使用固溶热处理和时效处理提高铝合金材料性能。固溶处理后铝合金材料内部溶质原子含量增加，晶格畸变，导致零件变形和应力存在。导致的原因：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力；三是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。所有阻止位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。而经过时效处理又不能完全去除内应力，使零件储存和使用过程因应力释放导致不稳定变形。
铝合金件在切削加工或使用过程和长期储存中，存在残余内应力容易发生变形以及铝合金材料的机械性能强度较低从而影响其使用范围。现有技术采用自然时效和人工时效处理。随着自然时效的时间延长，铝合金件内应力的释放会对已制品加剧变形。人工时效有振动时效和热时效，振动时效可对大型件、厚实零件等进行处理。热时效对去除内应力与结构和温度等参数有关，会影响材质的机械性能下降，不能完全去除残余内应力。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本申请提供了一种铝合金件的制备方法，该方法采用反淬火处理工艺，既可消除铝合金残余内应力，又能提高铝合金材质的强度和硬度等机械性能。
该铝合金件的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)将原料铝合金件进行固溶热处理，制得铝合金件a；
2)将铝合金件a进行至少一次反淬火处理后冷却至室温，即制得所述铝合金件；
所述反淬火处理包括低温保温阶段、升温阶段和高温保温阶段；
所述低温保温阶段的低温温度为-100℃～-196℃，保温时间为120min～230min；所述高温保温阶段的高温温度为120℃～200℃，保温时间为120min～230min；所述升温阶段包括：将环境温度从所述低温温度骤升至中间温度70～90℃后，继续升温至高温温度。
可选地，所述低温保温阶段的低温温度的上限选自-110℃、-120℃、-130℃、-140℃、-150℃、-160℃或-170℃，下限选自-195℃、-185℃、-175℃、-165℃、-155℃、-145℃或-135℃；保温时间的上限选自220min、200min、180min、160min或140min，下限选自130min、150min、170min或190min。优选地，所述低温保温阶段的低温温度为-130℃，保温时间为180min。
可选地，所述高温保温阶段的高温温度的上限选自195℃、185℃、175℃、165℃、155℃、145℃或135℃，下限选自130℃、140℃、150℃、160℃或170℃；保温时间的上限选自220min、200min、180min、160min或140min，下限选自130min、150min、170min或190min。优选地，所述高温保温阶段的高温温度为160℃，保温时间为180min。
可选地，所述中间温度的下限选自72℃、74℃、76℃、78℃或80℃，上限选自88℃、86℃、84℃、82℃、80℃、78℃、76℃或74℃。优选地，所述中间温度为80℃。
优选地，所述低温保温阶段的控制低温的介质为液态介质，所述液态介质包括液氮。所述液态介质可以为液氢或液氮与其它液态的混合物。
优选地，所述反淬火处理包括第一次反淬火处理和第二次反淬火处理。
优选地，所述第一次反淬火的低温温度为-130℃，保温时间为180min；所述第一次反淬火的高温温度为160℃，保温时间为120min～230min；所述第一次反淬火的中间温度为80℃；
所述第二次反淬火的低温温度为-150℃，保温时间为130min；所述第二次反淬火的高温温度为130℃，保温时间为140min；所述第二次反淬火的中间温度为85℃。
优选地，所述第一次反淬火与第二次反淬火之间进行人工时效处理，所述人工时效处理的温度为200℃，时间为4h。在第一次反淬火和第二次反淬火之间增加人工时效的处理，有利于提高铝合金件的稳定性、增强硬度和强度。
优选地，所述铝合金件a经过自然时效或人工时效后，进行反淬火处理。可选地，所述人工时效的温度为150-250℃，时间为3-30h。进一步地，所述人工时效的温度为165℃-195℃，时间为20-30h。
可选地，所述的制备方法还包括进行至少一次的0.2％～3.5％的塑性变形，所述塑性变形为将铝合金进行压缩变形。
可选地，，所述压缩变形的方向为长边方向或第二长边方向，至少进行两次施压变形，每次保压时间为1.5s-4.0s。
根据本申请的另一方面，提供了一种铝合金件，其特征在于，所述的铝合金件由上述任一项所述的方法制备得到。
本申请的有益效果包括但不限于：
1.本申请的铝合金件的制备方法，使得铝合金晶格位错重新排列，促使所有阻止位错运动得到有效控制，去除内应力改善变形，提高铝合金材料强度性能。
2、本申请的铝合金件的制备方法，能使固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数增大；使原子的尺寸差增大；形成置换固溶体的元素改变成间隙固溶体的溶质元素；原子的价电子数差增大；因而起到强化性能的作用越大。
3、本申请的铝合金件的制备方法，即把需要处理的工件或材料进行深冷处理后再快速加热处理，达到提高材料强度性能目的，并且消除内应力的效果。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买，其中,2a12-t4铝合金板材为经过风冷加自然时效处理的铝-铜-镁系中的典型硬铝合金；7a04-t6铝合金板材为经过人工时效处理的铝-锌-镁-铜系超高强度铝合金。
本申请的实施方式中，铝合金件的制备方法流程如下所示：
1)将原料铝合金件进行固溶热处理，制得铝合金件a；
2)将铝合金件a进行至少一次反淬火处理后冷却至室温，即制得所述铝合金件。
实施例1铝合金件1#-5#、对比铝合金件d1#、d2#的制备
铝合金件1#的制备方法如下:
以2a12-t4铝合金板材为铝合金件a，进行反淬火工艺处理。反淬火处理包括下述步骤：
1)将铝合金件a装料框摆放整齐，在室温下装入深冷箱；
2)从室温到-130℃保温时间180min；
3)在铝合金件深冷处理的过程中，将配套使用的井式炉加温至80℃待用；
4)在深冷温度和保温时间达到后，将铝合金件快速移到已达80℃的井式炉中并密封加热；
5)将铝合金件在80℃的井式炉加热到160℃并保温180min，随炉冷至室温后出炉。
按照铝合金件1#的制备方法分别制备铝合金件2#-5#、对比铝合金件d1#、d2#，铝合金件2#-5#、对比铝合金件d1#、d2#的制备方法与铝合金件1#的制备方法不同之处如表1所示。
表1
实施例2铝合金件1#-5#、对比铝合金加d1#、d2#的硬度测试
分别对实施例1制备的铝合金件1#-5#、对比铝合金加d1#、d2#的硬度进行测试。测试结果为：铝合金件1#-5#硬度＞对比铝合金件d1#硬度＞对比铝合金件d2#硬度＞2a12-t4铝合金板材硬度。以铝合金件1#、2a12-t4铝合金板材、对比铝合金件d1#的硬度为例说明测试结果，如表2所示。
表2
消除铝合金件的残余应力容易使得铝合金件的硬度降低，而本申请的消除残余应力的方法不仅没有降低铝合金件的硬度而提升其硬度，增强了铝合金件的机械性能。
实施例3铝合金件1#-5#、对比铝合金加d1#、d2#的稳定性和力学性能测试
对实施例1制备的铝合金件1#-5#、对比铝合金件d1#、d2#的防变形能力进行稳定性检测。稳定性检测以同一个铝合金件在相同的位置采用同一个量具按存放时间长短分别采集检测数据。稳定性检测的结果：铝合金件1#-5#的稳定性>对比铝合金件d1#的稳定性>对比铝合金件d2#的稳定性>2a12-t4铝合金板材的稳定性。
对实施例1制备的铝合金件1#-5#、对比铝合金件d1#、d2#进行力学性能检测。力学性能检测结果：铝合金件1#-5#的力学强度>对比铝合金件d1#的力学强度>对比铝合金件d2#的力学强度>2a12-t4铝合金板材的力学强度。
本申请的铝合金件的制备方法能有效提高铝合金件的稳定性和力学强度等机械性能。
实施例4一类零件1#、2#、二类零件1#、2#、三类零件1#、2#的制备和稳定性测试
将原料2a12-t4铝合金板材作为铝合金件a，进行机加工制成筒状的一类零件d1#、一类零件d2#、二类零件d1#、二类零件d2#、三类零件d1#、三类零件d2#，之后按照实施例1的铝合金件1#的反淬火工艺分别制得一类零件1#、一类零件2#、二类零件1#、二类零件2#、三类零件1#、三类零件2#。对一类零件1#、一类零件2#、二类零件1#、二类零件2#、三类零件1#、三类零件2#的稳定性分别测试，以同一个零件在相同的位置采用同一个量具按存放时间长短分别采集检测数据测试，结果如表3所示。
表3
一类零件主要用于精密机械，对配合的稳定性要求很高，要求零件在使用过程中或经多次装配后，其零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的10％，这主要应用在精密仪器、仪表、精密量具的表面、极重要零件的摩擦面，如汽缸的内表面、精密机床的主轴颈、坐标镗床的主轴颈等。
二类零件主要用于普通的精密机械，对配合的稳定性要求较高，要求零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的25％，要求有很好密合的接触面，其主要应用在如机床、工具、与滚动轴承配合的表面、锥销孔，还有相对运动速度较高的接触面如滑动轴承的配合表面、齿轮的轮齿工作面等。
三类零件主要用于通用机械，要求机械零件的磨损极限不超过尺寸公差值的50％，没有相对运动的零件接触面，如箱盖、套筒，要求紧贴的表面、键和键槽的工作面；相对运动速度不高的接触面，如支架孔、衬套、带轮轴孔的工作表面、减速器等等。
由表3可知，经本申请的制备方法制备的各类铝合金件经过约10个月的稳定性检测并未发生明显形变，各种类型的零件都具有良好的稳定性，均符合各类零件的工作要求，本申请的铝合金件的制备方法能够消除铝合金件的残余内应力，并且防变形效果明显。
实施例5铝合金件6#、7#的制备及力学性能测试
将7a04-t6的铝合金板材和7a04-t6的铝合金挤压件分别按照铝合金件1#的制备方法制得铝合金件6#和铝合金件7#。分别对7a04-t6铝合金板材、铝合金件6#、7a04-t6铝合金挤压件和铝合金件7#的力学性能进行测试，测试结果如表4所示。
表4
由上表可知，经过本申请的反淬火处理后的铝合金件的室温抗拉伸强度和屈服强度明显提高，延伸率略有下降，力学性能优异，且本申请的制备方法能够消除铝合金件的残余内应力，并且防变形效果明显，能有效提高材质的稳定性。
实施例6铝合金件8#的制备及性能测试
制备铝合金件8#，与铝合金件1#的制备方法不同之处在于：铝合金件8#的制备方法在反淬火之后进行人工时效，再进行第二次反淬火后冷却至室温，即制得铝合金件8#；
人工时效的工艺的为：在150h下保温4h后空冷至室温；
第二次反淬火的工艺为：第二次反淬火的低温温度为-150℃，保温时间为130min；所述第二次反淬火的高温温度为130℃，保温时间为140min；所述第二次反淬火的中间温度为85℃。
对铝合金件8#分别进行硬度、稳定性和力学性能的测试。铝合金件8#的布氏平均硬度(hbs)为151.5，强于铝合金件1#-5#的硬度。铝合金件8#的稳定性强，测试其10个月的期间的稳定性数据不变。铝合金件8#相对其原料2a12-t4铝合金板材的强度室温抗拉强度(σb)增加27.6％和屈服强度(σ0.2)增加21.4％。
实施例7三类零件1#、2#制备及性能测试
将实施例4制备的三类零件1#、2#进行压缩变形处理制得三类零件y1#、y2#。压缩变形处理的步骤包括：沿长边进行第一压缩变形处理和第二次压缩变形处理，第一次压缩变形处理变形量为0.7％，保持时间为3.0s，第二次压缩变形处理为0.5％，保持时间为2.1s。
对制得的三类零件y1#、y2#分别进行硬度、稳定性和力学性能的测试。其中，三类零件y1#、y2#的稳定性数据如表5所示。
表5
通过本申请的压缩处理的步骤后，本申请的铝合金件更加稳定。而且铝合金零件的硬度、和力学性能更加优异。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。