一种半固态挤压成形Al‑Fe‑Cu合金及其制备方法与流程

本发明属于铝合金热处理领域，具体涉及一种半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金及其制备方法。

背景技术：

铝铁合金具有质轻，高硬度、耐磨、耐热、抗腐蚀等优良的力学性能，从20世纪70年代开始，受到人们的广泛关注。然而由于铁与铝的固溶度相差太远，因此铁在铝中非常容易形成脆性的针状或片状富铁相，这些富铁相的具有非常尖锐的尖端，能够严重割裂基体，从而成为应力集中源，很大程度上降低了铝合金的力学性能。半固态成形技术具有工艺成品率高，加工温度低，制品尺寸可精确控制，产品质量好，并且具有节能、环保等优势。经过30多年的研究和发展，已经受到人们的高度重视，并进入到工业生产阶段，半固态成形后的Al-Fe-Cu合金具有较高的力学性能能，通过合理的热处理工艺可进一步发掘合金的潜能。本发明对半固态成形Al-Fe-Cu合金采用短流程热处理工艺，既提高了合金的力学性能，又节约了能源，提高了生产效率。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金及其制备方法；目的在于克服半固态成形Al-Fe-Cu合金采用常规的T6工艺热处理后工件力学性能提高不显著的现象。

本发明的半固态挤压成形A1-Fe-Cu合金，组成成分及其质量百分含量为：Fe：3.0～6.0％，Cu：2.0～5.0％，Zn：0.5～2.0％，Mn：0.2～0.5％，Mg：0.3～1.5％，余量为Al和不可避免的杂质。

本发明的半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金，其抗拉强度为200～290MPa，布氏硬度为50～70HB。

本发明的半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，熔炼：

按半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的成分配比，熔炼浇铸制得Al-Fe-Cu铸锭；

步骤2，加热至半固态：

将Al-Fe-Cu铸锭，加热至半固态，制得半固态坯料；其中，加热温度为620～650℃，加热时间0.5～2h；

步骤3，挤压：

将半固态坯料，放入半固态成形模具中，挤压成形，空冷至室温，制得半固态成形工件；其中，模具的温度为350～450℃，挤压比为5～120，挤压速度5～12mm/s，保压时间为10～60s；

步骤4，固溶处理：

(1)将半固态成形工件，进行固溶处理，固溶温度为515～535℃，固溶时间为5～30min；

(2)将固溶处理后的工件，以60～80℃温水淬火；

步骤5，人工时效处理：

(1)将淬火后的工件，进行人工时效处理，温度155～175℃，时间6～12h；

(2)将人工时效处理后的工件，空冷至室温，制得半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金。

上述的半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的制备方法中：

所述步骤1中，熔炼温度为720～750℃。

所述步骤3中，挤压比为5～120。

所述步骤4中，固溶处理，出炉后以60～80℃温水淬火。

所述步骤4中，根据型材的体积表面积，适当考虑热传导时间，进而确定固溶时间。

所述步骤4中，固溶处理为短时固溶处理。

所述步骤5中，采用电阻时效炉进行人工时效处理，出炉后空冷至室温。

本发明的半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金及其制备方法，与现有技术相比，有益效果为：

(1)本发明，采用短流程热处理工艺对半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金进行热处理，既避免了合金中Cu元素的富集现象所导致的力学性能显著下降，又大大的节约了能源，降低了企业的生产成本；

(2)本发明，简化了热处理工艺，提高了合金的热处理生产效率，对于半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的实际生产应用有重要意义；

(3)合金的显微组织明显改善，力学性能有了显著的提高；

(4)本发明制备方法，整个工艺操作简单，可以更好的应用到实际生产中。

附图说明

图1本发明实施例1步骤3制备淬火后的工件的显微组织；其中，(1)和(2)对应不同的放大倍数；

图2本发明实施例1制备的半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的显微组织；其中，(3)和(4)对应不同的放大倍数。

具体实施方式

实施例1

一种半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金，组成成分及其质量百分含量为：Fe：5.5％，Cu：4.0％，Zn：2.0％，Mn：0.5％，Mg：0.4％，余量为Al和不可避免的杂质。

上述的半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，熔炼：

按半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的成分配比，在720℃进行熔炼，在690℃浇铸制得Al-Fe-Cu铸锭；

步骤2，加热至半固态：

将Al-Fe-Cu铸锭，加热至半固态，制得半固态坯料；其中，加热温度为630℃，加热时间1h；

步骤3，挤压：

将半固态成形模具在450℃预热4h，预热结束后，模具装入挤压机中；

将半固态坯料，放入半固态成形模具中，挤压成形，空冷至室温，制得挤压成形半固态成形工件；其中，挤压比为20，挤压速度10mm/s，时间为60s；

步骤4，固溶处理：

(1)将半固态成形工件，进行固溶处理，固溶温度为525℃，固溶时间为15min；

(2)将固溶处理后的工件，将试件快速从炉中取出，以60℃温水淬火；

淬火后的工件的显微组织如图1(1)和(2)所示；

步骤5，人工时效处理：

(1)将淬火后的工件，采用人工时效炉炉进行人工时效处理，温度165℃，时间6h；

(2)将人工时效处理后的工件，出炉后空冷至室温，制得半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金。

本实施例制备的Al-Fe-Cu合金，其显微组织如图2(3)和(4)所示，对比图1(1)和(2)可以明显看出，合金组织中的Al₂Cu相明显分解，均匀分布在基体组织中。

本实施例制备的Al-Fe-Cu合金，其抗拉强度达到256MPa，此时布氏硬度为66HB；变形Al-5.5Fe-4Cu合金力学性能更好。

实施例2

一种半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金，组成成分及其质量百分含量为：Fe：6.0％，Cu：5.0％，Zn：2.0％，Mn：0.5％，Mg：1.5％，余量为Al和不可避免的杂质。

上述的半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，熔炼：

按半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的成分配比，在750℃进行熔炼，在680℃熔炼制得Al-Fe-Cu铸锭；

步骤2，加热至半固态：

将Al-Fe-Cu铸锭，加热至半固态，制得半固态坯料；其中，加热温度为630℃，加热时间1h；

步骤3，挤压：

将半固态成形模具在450℃预热4h，预热结束后，模具装入挤压机中；

将半固态坯料，放入半固态成形模具中，挤压成形，空冷至室温，制得挤压成形半固态成形工件；其中，挤压比为8，挤压速度12mm/s，保压时间为20s；

步骤4，固溶处理：

(1)将半固态成形工件，进行固溶处理，固溶温度为525℃，固溶时间为20min；

(2)将固溶处理后的工件，将试件快速从炉中取出，以60℃温水淬火；

步骤5，人工时效处理：

(1)将淬火后的工件，采用人工时效炉炉进行人工时效处理，温度165℃，时间10h；

(2)将人工时效处理后的工件，出炉后空冷至室温，制得半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金。

本实施例制备的Al-Fe-Cu合金，其抗拉强度达到290MPa，此时布氏硬度为60HB；变形Al-5.5Fe-4Cu合金力学性能更好。

实施例3

一种半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金，组成成分及其质量百分含量为：Fe：3.0％，Cu：2.0％，Zn：0.5％，Mn：0.2％，Mg：0.3％，余量为Al和不可避免的杂质。

上述的半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，熔炼：

按半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金的成分配比，在725℃进行熔炼，在700℃熔炼制得Al-Fe-Cu铸锭；

步骤2，加热至半固态：

将Al-Fe-Cu铸锭，加热至半固态，制得半固态坯料；其中，加热温度为630℃，加热时间1h；

步骤3，挤压：

将半固态成形模具在450℃预热4h，预热结束后，模具装入挤压机中；

将半固态坯料，放入半固态成形模具中，挤压成形，空冷至室温，制得挤压成形半固态成形工件；其中，挤压比为60，挤压速度5mm/s，保压时间为30s；

步骤4，固溶处理：

(1)将半固态成形工件，进行固溶处理，固溶温度为525℃，固溶时间为30min；

(2)将固溶处理后的工件，将试件快速从炉中取出，以60℃温水淬火；

步骤5，人工时效处理：

(1)将淬火后的工件，采用人工时效炉炉进行人工时效处理，温度165℃，时间8h；

(2)将人工时效处理后的工件，出炉后空冷至室温，制得半固态挤压成形Al-Fe-Cu合金。

本实施例制备的Al-Fe-Cu合金，其抗拉强度达到220MPa，此时布氏硬度为70HB；变形Al-5.5Fe-4Cu合金力学性能更好。