一种同时提升铝合金强度和塑性的方法

本发明涉及铝合金加工，尤其涉及一种同时提升铝合金强度和塑性的方法。

背景技术：

1、铝合金作为航天领域广泛应用的重要结构材料，不仅要保留原来的轻量化特点，同时还要具有一定的强度、塑性。但是，铝合金的强度和塑性往往难以同时提升，强度和塑性处于相互制约的状态，在提高强度时会导致塑性降低。因此，铝合金难以同时获得较高的强度和塑性。

2、目前，提升铝合金力学性能的方法主要包括调整合金成分、塑性变形以及热处理。其中，合金成分在调整时往往会使用稀土以及其他变质剂，不仅成本高，而且上述成分均为微量添加，不仅容易烧损，而且不易精准得到目标成分含量的铝合金，难以得到符合使用要求的铝合金；塑性变形一般结合热处理同时使用，但塑性变形和热处理步骤复杂，参数不易调控，难以有效提升铝合金的性能。例如，中国专利“cn108220699a”公开了一种车身结构件用高强高塑性铝合金双层复合板材的制备方法，该专利中的铝合金虽然具有较高的强度和塑性，但是该铝合金的制备不仅依赖对铝合金成分的严格调控，还需要预热处理-热轧-冷轧-中间退火-固溶处理-淬火-时效处理等一系列繁琐加工步骤，工艺极其复杂。中国专利“cn114318183a”公开了一种高塑性铝合金制件及其制备方法，该专利制备的铝合金虽然无需严格调控铝合金成分以及复杂的加工步骤，但是所用待处理铝合金需要对常规铸态铝合金再次进行精炼、除渣并加入稀土中间合金作为改性剂，即对待处理铝合金的初始性能具有较高的要求，而且最终制备得到的铝合金成品的抗拉强度不足300mpa，延伸率不足10％，并未实现对铝合金强度和塑性的同时提升。

3、因此，亟需提供一种工艺简单并可同时提升铝合金强度和塑性的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种同时提升铝合金强度和塑性的方法，本发明提供的方法可直接采用普通的铸态铝合金作为原料，无需严格控制合金成分以及反复进行热处理与塑性加工，即可使制备得到的铝合金兼具较高的强度和塑性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种同时提升铝合金强度和塑性的方法，包括如下步骤：

4、(1)将铸态铝合金依次进行均匀化处理和热挤压，得到挤压棒材；

5、(2)将所述步骤(1)得到的挤压棒材依次进行固溶处理、淬火和双级时效处理，得到铝合金；所述双级时效包括依次进行的第一级时效和第二级时效；所述第一级时效的保温温度为110～130℃，所述第一级时效的保温时间为60～180min；所述第二级时效的保温温度为170～200℃，所述第二级时效的保温时间为420～480min。

6、优选地，所述步骤(2)中由所述第一级时效的保温温度升温至所述第二级时效的保温温度的升温速率为1～3℃/min。

7、优选地，所述步骤(2)中固溶处理的保温温度为490～500℃，固溶处理的保温时间为60～70min。

8、优选地，升温至所述固溶处理的保温温度的升温速率为2～3℃/min。

9、优选地，所述步骤(2)中淬火的过程包括：在所述固溶处理的保温温度下于10s内转移至聚氧化乙烯水溶液的冷却介质中冷却至室温。

10、优选地，所述聚氧化乙烯水溶液中的聚氧化乙烯的质量浓度为0.1～0.15％，所述聚氧化乙烯的相对分子质量为4.5×106～5.5×106。

11、优选地，所述步骤(1)中均匀化处理的保温温度为483～503℃，均匀化处理的保温时间为16～18h。

12、优选地，所述步骤(1)中热挤压的温度为350～450℃。

13、优选地，所述步骤(1)中热挤压的挤压比为(14～18):1，热挤压的挤压速度为1.5～2.5mm/s，热挤压的方向为正向挤压。

14、优选地，所述步骤(1)中的铸态铝合金的牌号包括2024、2124或2219铝合金。

15、本发明提供的同时提升铝合金强度和塑性的方法，包括如下步骤：将铸态铝合金依次进行均匀化处理和热挤压，得到挤压棒材；将得到的挤压棒材依次进行固溶处理、淬火和双级时效处理，得到铝合金；所述双级时效包括依次进行的第一级时效和第二级时效；所述第一级时效的保温温度为110～130℃，所述第一级时效的保温时间为60～180min；所述第二级时效的保温温度为170～200℃，所述第二级时效的保温时间为420～480min。本发明将铸态铝合金先进行均匀化处理，能够有效改善铸态铝合金中的偏析，使元素分布更均匀，更有利于进行后续塑性变形；本发明通过采用热挤压的塑性变形，并结合后续固溶处理和双级时效的热处理工艺，能够将形变强化与相变强化相结合，利用塑性变形引入的位错网络，促进析出相弥散均匀分布，有效提高铝合金的强度与塑性；并且，本发明在双级时效的第一级时效过程中，通过在较低的保温温度下生成致密均匀的gp区，这些纳米相可以在铝合金基体内成为s相的形核点，打断单级时效晶界处连续析出弥散的第二相，同时第二级时效在高于第一级时效温度的条件下使s相尺寸增大，分布更广，以此同时提升铝合金的强度和塑性，同时还可以使铝合金具有良好的抗腐蚀性能，能够满足在航空航天、工业制造等领域的各种要求。

16、实施例的结果表明，本发明提供的同时提升铝合金强度和塑性的方法得到的铝合金，抗拉强度为400～426mpa，屈服强度为329～342mpa，延伸率为15.1～16.1％，维氏硬度为133.7～138.3hv；采用单级时效的对比例1制备的铝合金，抗拉强度为394mpa，屈服强度为315mpa，延伸率为14.7％，维氏硬度为124.7hv。可见，本发明提供的方法可直接采用普通的铸态铝合金作为原料，无需严格控制合金成分以及反复进行热处理与塑性加工，即可使制备得到的铝合金兼具较高的强度和塑性。

技术特征：

1.一种同时提升铝合金强度和塑性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中由所述第一级时效的保温温度升温至所述第二级时效的保温温度的升温速率为1～3℃/min。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中固溶处理的保温温度为490～500℃，固溶处理的保温时间为60～70min。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，升温至所述固溶处理的保温温度的升温速率为2～3℃/min。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中淬火的过程包括：在所述固溶处理的保温温度下于10s内转移至聚氧化乙烯水溶液的冷却介质中冷却至室温。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述聚氧化乙烯水溶液中的聚氧化乙烯的质量浓度为0.1～0.15％，所述聚氧化乙烯的相对分子质量为4.5×106～5.5×106。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中均匀化处理的保温温度为483～503℃，均匀化处理的保温时间为16～18h。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中热挤压的温度为350～450℃。

9.如权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中热挤压的挤压比为(14～18):1，热挤压的挤压速度为1.5～2.5mm/s，热挤压的方向为正向挤压。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的铸态铝合金的牌号包括2024、2124或2219铝合金。

技术总结
本发明提供了一种同时提升铝合金强度和塑性的方法，属于铝合金加工领域。本发明提供的方法包括如下步骤：将铸态铝合金依次进行均匀化处理和热挤压，得到挤压棒材；将得到的挤压棒材依次进行固溶处理、淬火和双级时效处理，得到铝合金；所述双级时效包括依次进行的第一级时效和第二级时效；所述第一级时效的保温温度为110～130℃，所述第一级时效的保温时间为60～180min；所述第二级时效的保温温度为170～200℃，所述第二级时效的保温时间为420～480min。本发明提供的方法可直接采用普通的铸态铝合金作为原料，无需严格控制合金成分以及反复进行热处理与塑性加工，制备得到的铝合金兼具较高的强度和塑性。

技术研发人员：康福伟,李浩菱,汪恩浩,苏昱昭,李嘉豪,王先凯,王雷
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22