一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺的制作方法

本发明涉及一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，属于铝合金
技术领域：
。
背景技术：
：本发明是在前期的工作基础上(一种铝合金薄板材生产方法cn109317679b)，进行的工艺优化和深化研究。铝合金板是一种工业建材，根据材质的不同用于各个行业，如航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业等行业。目前，铝合金板材是铝合金型材中较为主要的一种，也是工业用量最大的一种，其生产方法是通过铝合金或者直接冷铸成锭块，或者连续浇铸成厚带材，接着热轧成预定厚度的板材，再用一道单独的工序将板材冷轧至最终厚度后，进行热处理工艺。然而，上述这种方法生产的铝合金板材有其本身的缺陷，如板材内部组织均匀性差，在浇铸过程中存在成分偏析、夹杂等缺陷，残余应力不均匀，加工成形性差，这使得应用过程中铝合金板材加工零件时容易变形，从而影响加工的零件的质量和精度。此外，浇铸法生产过程中材料的利用率较低，其生产工序较长，因而铝合金板材生产成本较高。而本发明中所提供的铝合金板材生产方法可以消除上述方法所存在的缺陷。即粉末烧结坯冷轧法，该方法是制取包括双金属在内的金属板、带材的一种方法，与粉末直接轧制方法比较，工艺简便，应用更灵活、经济，不会出现断带或者孔洞等影响生产效率和产品质量的缺陷，且带材质量高，强度、致密度高。而与铸轧法相比，粉末烧结坯轧制生产的铝合金板材不存在如成分偏析、夹杂等影响产品质量的缺陷，且轧制后板材的密度基本接近或等于铸态材料的密度，强度较高。然而，经过冷轧后的材料存在内应力，不适于工业化应用。为了消除冷变形材料的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等，工业上通常对材料采用后处理来达到这一目的。其中，以时效处理最为普遍。时效处理是指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度或室温放置，其性能、形状、尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理。若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。第三种方式是振动时效，从80年代初起逐步进入使用阶段，振动时效处理在不加热也不像自然时效那样费时的情况下，给工件施加一定频率的振动使其内应力得以释放，从而达到时效的目的。相比之下，人工时效处理周期短，效率高，且易于实现。所以，为了消除粉末冶金铝合金冷轧板的内应力，稳定其组织和尺寸，并提高机械性能，达到工业化应用的标准，本发明在前期工作的基础上，对粉末冶金铝合金的冷轧工艺进行优化，同时开展了冷轧板的热处理工艺研究。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的提供一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，能够有效消除冷轧材料的内应力，稳定其组织和尺寸，并提高机械性能，从而获得满足工业化应用的高性能粉末冶金铝合金材料。其热处理工艺简便，应用更灵活、经济，且使用范围广，能显著改善冷轧板材的综合性能，并能快速批量生产高质量铝合金板材。本发明在前期研究的基础上，提出一种能同步提升成产品硬度、强度、延伸率的方法(相对于轧制态)。在本发明的研发过程中，对前期工作中的冷轧工艺进行了优化，从而进一步提高了粉末冶金铝合金材料的冷轧质量和效率，其冷轧板材基本无边裂等问题。但在热处理过程中遇到了难以解决的问题为如何避免板材在固溶过程中出现过烧，以及如何获得最优的性能。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，包括下述步骤；将铝合金粉末压制成形、烧结、退火、冷轧、中间退火、精整和热处理；所述压制成形是将铝合金粉末装入定制的钢模具中，并在单柱或四柱液压机下进行；所述烧结是在真空热压炉中进行；所述冷轧之前先对烧结坯进行坯料退火；所述冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，第二阶段采用3道次冷轧+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止，第二阶段冷轧时，每道次压下量小于3％；冷轧后铝合金板材的总变形量为61-90％；所述热处理是将所需厚度的板材在热处理炉中进行固溶-时效处理，以满足最终的使用要求；所述固溶处理温度为465-495℃，固溶时间为40～160min，随后从炉中取出试样并在淬火油或水中快速进行淬火；淬火后进行实效处理；所述时效处理温度为160～230℃，时效时间为6～36小时。本发明提供如下技术方案(如图2所示)，在前期研究基础上，对冷轧工艺进行了优化：将冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧(每道次压下量小于3％)+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止，冷轧后铝合金板材的总变形量为20-90％；随后，我们对冷轧变形量为80％的试样进行了热处理。本发明提供如下热处理方案(如图3所示)，首先将板材在热处理炉中以10℃/min加热至465-495℃，优选485℃-495℃(此阶段要严格控制温度、其次就是升温速率，防止出现过烧)，并保温40-160min，优选60-120min，随后快速取出在淬火油或水中淬火，优选淬火油；淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至160～230℃，优选170-200℃，保温6-36小时，优选8-16小时，最后空冷至室温。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，所述的粉末压制成形采用单柱液压机或四柱液压机进行成形；所述烧结采用真空热压炉进行；所述的冷轧采用二辊或四辊轧机完成；所述的热处理为人工时效处理，采用热处理炉进行。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，所述冷轧用的铝合金薄板材原料采用铝合金粉末压制成形制备成生坯，随后在真空热压炉中烧结制成烧结坯，并对烧结坯进行坯料退火以消除内应力和缺陷，然后按照优化工艺对其进行冷轧，从而获得热处理原料。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，粉末冶金铝合金冷轧板的热处理工艺为人工时效处理，首先将板材在热处理炉中以10℃/min加热至475-495℃，优选485℃-495℃(此阶段要严格控制温度和升温速率，防止出现过烧)，并保温40-160min，优选60-120min，随后快速取出在淬火油或水中淬火，优选淬火油；淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至160～230℃，优选170-200℃，保温6-36小时，优选8-16小时，最后空冷至室温。在实验室中，所述坯料退火和中间退火均在管式炉中进行。管式炉中通高纯氩气(99.999％)保护。在工业上应用时，所有的气氛炉均可以用于本发明。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，铝合金粉末压制成形的压力为200-600mpa；保压时间为6-20s。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，铝合金粉末压制成形所得压坯的厚度为2-15mm。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，压坯烧结温度为535-625℃、优选为550-600℃；压坯烧结压力为2-12mpa、优选8-10mpa。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，所述压制用模具为自行设计的模具内腔为方形，所成形的压坯为正方体或长方体，(因为圆形坯在冷轧过程中因局部剪切力容易开裂)，其厚度为2-15mm。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧(每道次压下量小于3％)+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止，冷轧后铝合金板材的总变形量为20-90％；。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，中间退火温度为330-450℃、优选390-420℃，保温时间为20-150min、优选60-120min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却。最终获得的冷轧板材的成品厚度为0.2～4.0mm。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，所述热处理工艺是：将板材在热处理炉中以10℃/min加热至475-495℃，优选485℃-495℃(此阶段要严格控制温度和升温速率，防止出现过烧)，并保温40-160min，优选60-120min，随后快速取出在淬火油或水中淬火，优选淬火油；淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至160～230℃，优选170-190℃，保温6-36小时，优选8-12小时，最后空冷至室温。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，当铝合金粉末为2a12铝合金粉末时，以200-600mpa的压制压力压制成形得到厚度为2-15mm的方坯；然后在真空条件下，于535-625℃进行加压烧结60-180min；首先对烧结坯进行退火处理，以消除内应力和缺陷；对烧结坯进行冷轧过程中，将冷轧分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧(每道次压下量小于3％)+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到目标厚度为止；所述中间退火制度为390～450℃，保温1～3h；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷；冷轧后铝合金板材的总变形量为20-90％；随后对冷轧板材进行热处理，热处理工艺如下：将板材在热处理炉中以10℃/min加热至475-495℃，优选485℃-495℃(此阶段要严格控制温度和升温速率，防止出现过烧)，并保温40-160min，优选60-120min，随后快速取出在淬火油或水中淬火，优选淬火油；淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至160～230℃，优选170-190℃，保温6-36小时，优选8-12小时，最后空冷至室温；热处理后得到产品厚度为0.2～4.0mm的产品；所述产品的拉强度为300～540mpa、优选为350～540mpa、进一步优选为440～540mpa。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，所述2a12铝合金粉末的粒度为200～500目；铝合金粉末为水雾化法制备的近球形粉末。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，优化后的冷轧工艺成品率达到98％以上。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，热处理样品的抗拉强度-冷轧样品与的抗拉强度大于等于30mpa。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，当铝合金粉末为250～300目、水雾化法制备的球形2a12铝合金粉时；以400mpa的压制压力压制成形得到厚度为3mm的正方形或长方形压坯；然后在真空条件下，于575℃进行加压烧结120min；加压10mpa的压力烧结后，对烧结坯进行坯料退火，退火的温度为420℃；保温时间为60min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；退火后的烧结坯在两辊或者四辊轧机上进行冷轧，冷轧过程分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这种冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；中间退火温度为420℃；单次保温时间为60min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧+中间退火，第二阶段中按3道次冷轧后辅助1次中间退火的工艺交替进行，直到板带材达到目标厚度为止，第二阶段冷轧时每道次压下量小于3％；中间退火工艺与前面一致；冷轧后铝合金板材的总变形量为83.3％；所述冷轧样品的抗拉强度为303mpa；然后对冷轧板材进行热处理，所述热处理是将板材置于热处理炉中以10℃/min加热至495℃，并保温60min，随后快速取出在淬火油中淬火，淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至180℃，保温12小时，最后空冷至室温；热处理后所得产品的拉强度为540mpa、延伸率为9.88％；产品的成品率大于等于99％。当原料为250～300目、水雾化法制备的球形7055铝合金粉末时，其制备方法为：以400mpa的压制压力压制成形得到厚度为3mm的正方形或长方形压坯；然后在真空条件下，于575℃进行加压烧结120min；加压10mpa的压力烧结后，对烧结坯进行坯料退火，退火的温度为420℃；保温时间为60min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；退火后的烧结坯在两辊或者四辊轧机上进行冷轧，冷轧过程分为两个阶段：在第一阶段，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这种冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；中间退火温度为440℃；单次保温时间为90min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧+中间退火，第二阶段中按3道次冷轧后辅助1次中间退火的工艺交替进行，直到板带材达到目标厚度为止，第二阶段冷轧时每道次压下量小于3％；中间退火工艺与前面一致；冷轧后铝合金板材的总变形量为83.3％；所述冷轧样品的抗拉强度为303mpa；然后对冷轧板材进行热处理，所述热处理是将板材置于热处理炉中以10℃/min加热至465℃，并保温90min，随后快速取出在淬火油中淬火，淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至120℃，保温24小时，最后空冷至室温；热处理后所得产品的拉强度为680mpa、延伸率为8.88％、硬度为131.53hv；产品的成品率大于等于99％。本发明一种粉末冶金铝合金冷轧板材的热处理工艺，其热处理工艺应用范围广，可操作性强，能显著消除冷轧板的内应力，稳定其组织和尺寸，并提高机械性能。本发明通过在前期工作基础之上优化了冷轧工艺，极大地提升了产品的成品率以及所得成品的质量；为了满足应用标准，本发明通过深化前期的研究工艺，对冷轧板进行热处理，显著地消除了冷轧板的内应力，稳定其组织和尺寸，并极大地提高了机械性能。本发明的有益效果在于：本发明提供的一种铝合金薄板材的生产方法能够快速高效的生产高质量铝合金薄板材，其工艺简便，应用灵活、经济，原材料利用率高，设备要求低，工序少。此方法能够有效改善板材的组织均匀性，避免成分偏析、夹杂等缺陷，从而达到改善成品板材加工性能和力学性能的目的。通过本方法生产的0.2～4.0mm规格的2a12铝合金薄板材抗拉强度为300～540mpa。附图说明下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释：图1为本发明所设计的粉末冶金铝合金冷轧板热处理工艺流程简图；图2为本发明所设计的粉末冶金铝合金冷轧工艺的优化工艺；图3实施例1中粉末冶金2a12铝合金冷轧板的热处理工艺参数；图4实施例1中不同热处理工艺参数下样品的综合性能；图5实施例1中不同热处理工艺参数下样品的应力-应变曲线；图6实施例1中不同加工条件下样品的应力-应变曲线对比图；图7实施例1中最佳热处理参数下的扫描电镜组织图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。在本发明中，成品率的计算方式为；表面不存在裂纹的样品/样品总数*100％。实施例1：制备厚度为0.5mm的2a12铝合金板材；按照本发明的生产方法，采用长沙天久金属材料有限公司生产的250～300目球形2a12铝合金粉(水雾化法制备的近球形粉末)为原料粉末(其化学成分符合gb/t3190的规定)，其板材生产流程如图1所示，粉末通过钢模压制成形制备生方坯(生坯的厚度为3mm)，将生坯在高真空精密真空热压炉中烧结制备冷轧板材原料(烧结温度575℃、时间为120min、压力为10mpa)，对烧结坯进行坯料退火，退火的温度为420℃；保温时间为60min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；在冷轧过程中，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧(每道次压下量小于3％)+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到0.5mm厚度为止(总变形量83.3％)；所述中间退火制度为420℃，保温1h；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷；随后对板材进行精整，得到冷轧板材(冷轧板材的抗拉强度为303mpa、硬度94.2hv)；然后对冷轧板材进行热处理，将板材在热处理炉中以10℃/min加热至495℃，并保温60min，随后快速取出在淬火油中淬火，淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至180℃，保温12小时，最后空冷至室温。热处理后所得产品的拉强度为540mpa、延伸率为9.88％、硬度为129.47hv。重复上述实验100次，成品率为99％。在上述实施例的基础上还尝试可其他方案，这些方案中，其他条件和实施例1一致，不同之处如下(见图3)：固溶温度495℃、时间40min、固溶后进行油淬；油淬后进行时效处理；时效处理的条件为：序号时效温度(℃)失效时间(h)118082180123180164190851901261901672008820012920016所得样品的检测结果如图4所示。实施例2：制备厚度为1.0mm的2a12铝合金板材；其制备过程与实施例1的过程一致，详见实施例1的热处理过程(板材总变形量60％)。所得薄板材抗拉强度为420mpa、延伸率为6.28％、硬度为123.06hv。重复上述实验100次，成品率为99％。通过实施例1和实施例2可以看出，轧制板材总的变形量大小影响其抗拉强度。实施例3；制备厚度为0.5mm的2a12铝合金板材；按照本发明的生产方法，采用长沙天久金属材料有限公司生产的250～300目球形2a12铝合金粉(水雾化法制备的近球形粉末)为原料粉末(其化学成分符合gb/t3190的规定)，其板材生产流程如图1所示，粉末通过钢模压制成形制备生方坯(生坯的厚度为3mm)，将生坯在高真空精密真空热压炉中烧结制备冷轧板材原料(烧结温度575℃、时间为120min、压力为10mpa)，对烧结坯进行坯料退火，退火的温度为420℃；保温时间为60min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；在冷轧过程中，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧(每道次压下量小于3％)+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到0.5mm厚度为止(总变形量83.3％)；所述中间退火制度为420℃，保温1h；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷；随后对板材进行精整，得到冷轧板材(冷轧板材的抗拉强度为303mpa、硬度为129.47hv)；然后对冷轧板材进行热处理，将板材在热处理炉中以10℃/min加热至475℃，并保温60min，随后快速取出在淬火油中淬火，淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至180℃，保温12小时，最后空冷至室温。热处理后所得产品的拉强度为380mpa、延伸率为10.3％、硬度为100.26hv。重复上述实验100次，成品率为99％。通过实施例1和实施例3可以看出，固溶处理制度影响其抗拉强度。实施例4制备厚度为0.5mm的2a12铝合金板材；按照本发明的生产方法，采用长沙天久金属材料有限公司生产的250～300目球形2a12铝合金粉(水雾化法制备的近球形粉末)为原料粉末(其化学成分符合gb/t3190的规定)，其板材生产流程如图1所示，粉末通过钢模压制成形制备生方坯(生坯的厚度为3mm)，将生坯在高真空精密真空热压炉中烧结制备冷轧板材原料(烧结温度575℃、时间为120min、压力为10mpa)，对烧结坯进行坯料退火，退火的温度为420℃；保温时间为60min，保温结束后在炉中以不大于30℃/h的速度冷却到260℃以下再出炉冷却；在冷轧过程中，当冷轧压下率小于60％时，此阶段采用压下量小于3％的单道次冷轧+中间退火，这样冷轧+中间退火交替进行，直到板材的总压下量达到60％；当冷轧总压下量大于60％时，进入第二阶段，此阶段采用3道次冷轧(每道次压下量小于3％)+中间退火，这样3道次冷轧+中间退火交替进行直到板带材达到0.5mm厚度为止(总变形量83.3％)；所述中间退火制度为420℃，保温1h；保温后以不大于30℃/h的冷却速度冷至260℃以下，再出炉空冷；随后对板材进行精整，得到冷轧板材(冷轧板材的抗拉强度为303mpa、硬度为129.47hv)；然后对冷轧板材进行热处理，将板材在热处理炉中以10℃/min加热至495℃，并保温60min，随后快速取出在淬火油中淬火，淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至200℃，保温12小时，最后空冷至室温。热处理后所得产品的拉强度为420mpa、延伸率为9.21％、硬度为105.71hv。重复上述实验100次，成品率为98％。通过实施例1和实施例4可以看出，人工时效处理制度影响其抗拉强度。实施例5其他条件和实施例1一致，不同之处在于：将板材在热处理炉中以10℃/min加热至495℃，并保温60min，随后快速取出在水中淬火，淬火结束后进行人工时效处理，将样品以10℃/min加热至180℃，保温12小时，最后空冷至室温。所得薄板材抗拉强度为460mpa、延伸率为12.52％、硬度为94.04hv。重复上述实验100次，成品率为98％。通过实施例1和实施例5可以看出，淬火制度会严重影响产品的强度。实施例6：例如：制备厚度为0.5mm的7055铝合金板材(总变形量为80％)；(其轧制态样品的延伸率为4.02％、强度为482.4、硬度为99.3hv)其制备过程与实施例1的过程一致，区别在于中间退火与热处理制度不同。中间退火的温度为440℃、时间为1.5h；热处理制度：固溶温度465℃，保温90min后快速油淬，然后在120℃下时效处理，保温24h；所得薄板材抗拉强度为680mpa、延伸率为5.89％、硬度为147.21hv。重复上述实验100次，成品率为99％。对比例1其他条件参数和实施例1一致，不同之处在于固溶温度为505℃，结果表明板材表面出现鼓包等过烧现象，这严重影响材料的组织和性能。所得产品的抗拉强度仅为290mpa、延伸率为6.34％、硬度为70.82hv。对比例2其他条件参数和实施例1一致，不同之处在于时效温度为280℃，时效时间为48h，结果表明样品的显微组织严重粗大，说明时效温度过高，导致晶粒长大，从而影响材料的性能。所得产品的抗拉强度仅为308mpa、延伸率为7.23％、硬度为80.10hv。当前第1页12