一种高性能变形稀土铝合金增韧的形变热处理方法与流程

本发明主要涉及合金技术领域，具体是一种高性能变形稀土铝合金增韧的形变热处理方法。

背景技术：

金属铝及铝合金具有优良的铸造性、比刚度、比强度、很好的切削加工性以及较高的阻尼系数，并具有出色的电磁屏蔽性能，在汽车、航空、电子等领域应用潜力巨大，成为世界各国汽车、飞机等行业的制造商们竞相研究开发的21世纪新型绿色材料之一。然而传统铝合金的强度不高，严重限制了铝合金的应用，因此，开发高强铝合金具有重要意义。目前利用稀土改善变形铝合金耐热性能已得到广泛的应用，其中重稀土元素在铝中具有较大的固溶度，且固溶度随温度下降而急剧减少，从而可以通过时效处理得到弥散的、细小的稀土化合物相al3re。

铝合金传统的形变方法主要有挤压、轧制、锻造和冲击等。其目的在于通过剧烈形变而实现材料组织均匀细化。较铸造铝合金材料，变形铝合金具有更高的强度，更好的延展性，更多样化的力学性能。对于高性能稀土铝合金，虽然塑性变形能够提高合金力学性能，但是由于高性能稀土铝合金，虽然可以显著提高合金强度，但也会导致合金韧性急剧下降，进而降低合金塑性成形能力，限制稀土铝合金在工业中的广泛应用。如何在保持变形稀土铝合金超高力学性能的情况下，进一步提高合金延伸率成为一个现实的难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明针对现有高性能变形稀土铝合金韧性较差，挤压、轧制和冲压等提高韧性的工艺方法复杂、周期长、成本过高，以至难以实现大批量生产等问题，提供一种成本低，周期短的增韧方法。本发明通过相关元素选择，对主要含有高固溶度元素(er，mg和si等)的变形稀土铝合金采用预热处理复合热挤压处理的工艺，在保证不降低合金屈服强度和抗拉强度的前提下，显著提高合金延伸率，改善现有常规稀土铝合金合金高强低韧的现状。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种高性能变形稀土铝合金增韧的形变热处理方法，所述铝合金包括0.6wt％～0.7wt％的镁，0.6wt％～0.7wt％的硅和0wt％～0.8wt％的铒，余量的铝及不可避免的杂质；其热处理方法包括如下步骤：

（1）、均匀化热处理：将铝合金进行均匀化处理，均匀化处理温度560～580℃，处理时间8～12h，然后置于室温水中淬火；

（2）、预热处理：将铝合金预热热处理，预热温度490～510℃，预热时间2～8h，预热后样品在室温水中淬火，此后置于挤压机盛锭筒中加热至预定挤压温度待挤压变形处理；

（3）、热挤压变形处理：将预热好的铝合金进行热挤压变形处理，挤压温度为：480～530℃，挤压速度为1mm/s，挤压比为10:1至20:1。

优选的，所述步骤（1）中均匀化处理时间为10~12h。

优选的，所述步骤（2）中预热时间为2h。

优选的，所述步骤（3）中挤压温度为510℃。

本发明的实质特点为：

本发明通过简单的预热处理和热挤压复合工艺达到保证牺牲较小合金屈服强度和抗拉强度的前提下，显著提高合金延伸率，改善现有常规稀土铝合金合金高强低韧的现状。本发明在铝合金中加入er稀土元素和mg、si元素。首先，利用挤压前预热处理过程中产生大量片状al3re相；利用片状al3re相在挤压过程中机械破碎成颗粒状al3re相，有利于原始晶粒破碎分解成亚晶粒，促进再结晶晶粒以颗粒激发形核机制和连续再结晶机制形核与生长，使合金获取均匀化的超细晶组织，提高合金变形后的再结晶比例，增加细小再结晶粒对增韧有利的作用，减小合金中应变硬化的未再结晶晶粒对韧性不利的影响，从而达到合金增韧的目的。此外，增加细小再结晶晶粒，可以通过晶界强化作用同时增加强度和塑性，从而一定程度上弥补未再结晶晶粒数量减少导致合金强度损失的问题，因此达到了通过预热处理引入大量al3re相，改变合金变形过程中再结晶行为，调控混晶中再结晶和未再结晶比例的目的，最终实现合金增韧的目的。其次，在含有mg元素的al-re(re代表er)合金中的晶界处形成大量长条al3remg长程有序结构相，该相沿挤压方向统一排列，利用al3rezn相与基体良好界面关系和其自身具有的变形能力可以提高合金韧性。

基于以上两点增韧机制，本发明针对高性能变形稀土铝合金提供了一种成本低，周期短的增韧方法。

本发明的有益效果为：

通过简单的预热处理和热挤压变形复合工艺，在变形前合金基体内引入大量al3re相，改变合金变形过程中再结晶行为，调控混晶中再结晶和未再结晶比例，提高能够同时增加合金强度和韧性的细小再结晶数量，降低能够增加合金强度但减小合金韧性的粗大未再结晶数量，最终实现在牺牲较小合金屈服强度和抗拉强度的前提下，显著提高合金延伸率的目的，改善现有常规稀土铝合金合金高强低韧的现状。本发明中的增韧工艺所用设备为正常铝合金加工中常用设备，加工周期短，操作简单，安全，有利于大规模工业化应用。

附图说明

附图1是本发明实施例4铸态铝合金均匀化后显微组织sem图；

附图2是本发明实施例4铝合金预热处理后显微组织sem图；

附图3是本发明实施例4铝合金预热处理复合热挤压变形处理后的显微组织sem图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

如图1-3所示，本发明所述一种高性能变形稀土铝合金增韧的形变热处理方法，其特征在于，所述铝合金包括0.6wt％～0.7wt％的镁，0.6wt％～0.7wt％的硅和0wt％～0.8wt％的铒，余量的铝及不可避免的杂质；其热处理方法包括如下步骤：

（1）、均匀化热处理：将铝合金进行均匀化处理，均匀化处理温度560～580℃，处理时间8～12h，然后置于室温水中淬火；

（2）、预热处理：将铝合金预热热处理，预热温度490～510℃，预热时间2～8h，预热后样品在室温水中淬火，此后置于挤压机盛锭筒中加热至预定挤压温度待挤压变形处理；

（3）、热挤压变形处理：将预热好的铝合金进行热挤压变形处理，挤压温度为：480～530℃，挤压速度为1mm/s，挤压比为10:1至20:1。

优选的，所述步骤（1）中均匀化处理时间为10~12h。

优选的，所述步骤（2）中预热时间为2h。

优选的，所述步骤（3）中挤压温度为510℃。

实施例1：

选用成分为al-0.6mg-0.7si-0.2er的铸锭，对其进行切削加工制成直径为100mm，高为500mm的圆柱试样后，进行均匀化处理，即将试样放置管式热处理炉中，随炉升温到560℃，保温10h，然后置于室温水中淬火。然后将均匀化后的圆柱试样放入管式热处理炉中，在490℃温度下预热4h后置入室温水中淬火，将预热处理后的圆柱试样切削加工制成直径为97mm，高为495mm的圆柱试样后，放置加压机盛锭筒中加热8min至挤压温度510℃，以1mm/s挤压速度和10:1挤压比实施热挤压变形处理，获得直径31mm棒材。将棒材加工成拉伸试棒，然后在拉神试验机上将上述拉伸试棒进行拉伸测试(采用gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法)，直至拉断，得到屈服强度340mpa，抗拉强度400mpa，延伸率9.3％。

实施例2：

选用成分为al-0.6mg-0.7si-0.3er的铸锭，对其进行切削加工制成直径为100mm，高为500mm的圆柱试样后，进行均匀化处理，即将试样放置管式热处理炉中，随炉升温到580℃，保温8h，然后置于室温水中淬火。然后将均匀化后的圆柱试样放入管式热处理炉中，在510℃温度下预热2h后置入室温水中淬火，将预热处理后的圆柱试样切削加工制成直径为97mm，高为495mm的圆柱试样后，放置加压机盛锭筒中加热8min至挤压温度510℃后，以1mm/s挤压速度和10:1挤压比实施热挤压变形处理，获得直径31mm棒材。将棒材加工成拉伸试棒，然后在拉神试验机上将上述拉伸试棒进行拉伸测试(采用gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法)，直至拉断，得到屈服强度302mpa，抗拉强度370mpa，延伸率7.7％。

实施例3：

其步骤同实施例1，不同之处为合金改为al-0.6mg-0.7si-0.4er合金。其屈服强度为376mpa，抗拉强度为440mpa，延伸率为10.8％。

实施例4：

其步骤同实施例3，不同之处为al-0.6mg-0.7si-0.5er合金预热处理时间延长至6h。其屈服强度383mpa，抗拉强度450mpa，延伸率为10.1％。

实施例5：

其步骤同实施例2，不同之处为合金改为al-0.6mg-0.7si-0.6er合金。其屈服强度359mpa，抗拉强度409mpa，延伸率为7.1％。

实施例6：

其步骤同实施例1，不同之处为合金改为al-0.6mg-0.7si-0.8er合金，而且挤压比为20:1。其屈服强度为324mpa，抗拉强度为387mpa，延伸率为7.4％。

对比实施例1：

选用成分为al-0.6mg-0.7si-0.2er的铸锭，对其进行切削加工制成直径为100mm，高为500mm的圆柱试样后，进行均匀化处理，即将试样放置管式热处理炉中，随炉升温到560℃，保温10h，然后置于室温水中淬火。将均匀化处理后的圆柱试样切削加工制成直径为97mm，高为495mm的圆柱试样后，放置加压机盛锭筒中加热8min至挤压温度510℃，以1mm/s挤压速度和10:1挤压比实施热挤压变形处理，获得直径31mm棒材。将棒材加工成拉伸试棒，然后在拉神试验机上将上述拉伸试棒进行拉伸测试(采用gb/t228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法)，直至拉断，得到屈服强度346mpa，抗拉强度410mpa，延伸率3.7％。

表1为不同成分的稀土铝合金试样经过发明处理后的拉伸力学数据。

综上所述，针对高性能变形稀土铝合金而言，适当的预热处理复合热挤压变形处理克服了常规热挤压变形处理导致合金高强低韧的问题，通过预热处理增加合金变形前组织内al3re析出相数量，改变合金变形中的动态再结晶行为，调控合金再结晶比例，提高能够同时增加合金强度和韧性的细小再结晶数量，降低能够增加合金强度但减小合金韧性的粗大未再结晶数量，最终实现在牺牲较小合金屈服强度和抗拉强度的前提下，显著提高合金延伸率的目的。