专利名称：制备超细晶变形铝合金的方法
技术领域：
本发明涉及一种材料技术领域的方法，具体是一种制备超细晶变形铝合金的方法。
背景技术：
铝合金因重量轻、资源丰富、综合性能好，所以在机械、交通运输、航天与军事工业等高新技术领域中的应用逐年增加。
现代生产技术的高速发展，要求材料具有更高的强度和韧性。晶粒细化不仅提高合金的强度，而且改善合金的塑性和韧性，是改善铝材质量的重要途径。
晶粒细化的方法，归纳起来分为四类一是改变结晶过程中的凝固条件；二是进行塑性变形，严格控制随后的回复和再结晶过程，取得细小的晶粒组织；三是利用固溶体的过饱和分解或粉末烧结等方法，在合金内产生弥散分布的第二相，以限制基体组织的晶粒长大；四是预冷变形快速加热、形变热处理或同素异型转变的多次反复快速加热冷却的热循环等细化晶粒。对于铝及其合金，主要是通过改变结晶过程中的凝固条件来实现晶粒细化，尤其是熔铸过程中的结晶组织细化已成为当代铝加工工业广泛研究的重要课题之一，是铝熔体处理技术的重要组成部分。然而添加细化剂会产生Zr，Cr，Mn等元素中毒等问题，快速冷却使用在大截面的铸锭时往往芯部晶粒细化效果不理想，而超声波，电磁搅拌等方法成本太高。形变热处理的方法不仅工艺复杂，而且难于控制，往往导致工艺失败。
经对现有技术的文献检索发现，方燕等在《特种铸造及有色合金》(2006年第26卷第3期第141页至143页)上发表的《中频低压脉冲电流对纯铝凝固组织的影响》，该文中提出在金属熔体凝固过程中施加中频低压脉冲电流，利用金属熔体和物理场的交互作用改善凝固组织的技术，具体方法为将铝块在电阻炉内加热熔化，金属液温度达到860℃后保温0.5h出炉，在840℃时浇注于内腔尺寸为Φ40mm×140mm的砂型中并通入脉冲电流进行处理，所得到的晶粒尺寸约为0.3mm。其不足在于所得到的晶粒尺寸约为0.3mm，效果并不理想，而且其砂型的直径为40mm，如果使用到直径更大的铸型时效果未可知，另外施加脉冲电流成本也很高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种制备超细晶变形铝合金的方法，使其可使用在直径更大的铸型中(Φ80mm×200mm)，细化效果更明显，平均晶粒尺寸≤10μm，而且成本更低。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明适用于所有系列的变形铝合金，步骤为(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，升温至700～1000℃，用JZF-03型高温覆盖剂(成分为钾盐及钠盐)覆盖；(2)根据合金成分添加Mg元素以及Al-Si、Al-Mn、Al-Cu、Al-Zn、Al-Cr等中间合金，加入JZJ型无害铝合金精炼剂(成分为氯化钾和氯化镁)进行除气精炼，扒去浮渣，然后在680～780℃静置10～30min；(3)将循环水冷铜模具固定在机械振动台上，铝合金在680～750℃浇注在循环水冷铜模具中，浇注前先通水，水流速度为1.5～2.5ml/s，浇注完毕后进行机械振动，振动频率为30～80Hz，激振力为80～150N；(4)接着进行均匀化处理，均匀化处理温度为430～480℃，时间为20～30h；然后进行挤压预热温度400～500℃，挤压速度0.5～2m/min，挤压比为30∶1，挤压后棒材进行T6热处理(固熔处理后淬火，紧接着进行人工时效处理)。
所述的T6热处理，根据变形铝合金的不同，其固熔温度为450～550℃，时间为80～140min，室温水淬，时效温度为100～200℃，时间为5～8h。
与现有技术相比，本发明结合了快速冷却和机械振动的特点。在振动场中，液体金属将作上下运动，使其处于沸腾状。一方面，由于金属的上下冲刷作用，使已长大的枝晶被打断、碎裂，从而形成新的细小晶粒，另一方面液态金属的上下运动，增大了它的过冷度，有利于形成新的晶核。同时利用循环水带走铸锭热量，达到快速凝固的效果，从而达到细化晶粒和提高机械性能的目的。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一实验以工业纯Al和工业纯Mg、Al-Si、Al-Mn中间合金配制6351铝合金，合金成分为0.7～1.3％Si，0.4～0.8％Mn，0.4～0.8％Mg，余量为Al。先将纯铝放入坩埚中熔化并升温到800℃，用JZF-03型高温覆盖剂覆盖；添加合金元素，加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼，扒去浮渣，然后在730℃静置20分钟后浇注在水冷铜模中(Φ80mm×200mm)，水流速度为2.2ml/s，凝固过程中进行机械振动，振动频率为50Hz，激振力为100N，凝固结束后得到6351铸锭。合金均匀化处理工艺为463℃×24h，以消除成分偏析。热挤压工艺为预热温度450℃，挤压速度1m/min，挤压比为30∶1。挤压后的棒材热处理工艺为530℃/110min固溶，室温水淬，170℃/6h人工时效。其组织为等轴晶粒，晶粒度≤10μm。
实施例二实验以工业纯Al和Al-Cu、Al-Si、Al-Mn中间合金配制2024铝合金，合金成分为3.8～4.9％Cu，0.3～0.9％Mn，1.2～1.8％Mg，余量为Al。先将纯铝放入坩埚中熔化并升温到800℃，用JZF-03型高温覆盖剂覆盖；添加合金元素，加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼，扒去浮渣，然后在750℃静置20分钟后浇注在水冷铜模中(Φ80mm×200mm)，水流速度为2.2ml/s，凝固过程中进行机械振动，振动频率为45Hz，激振力为90N，凝固结束后得到2024铸锭。合金均匀化处理工艺为463℃×24h，以消除成分偏析。热挤压工艺为预热温度450℃，挤压速度1m/min，挤压比为30∶1。挤压后的棒材热处理工艺为493℃/110min固溶，室温水淬，191℃/6h人工时效。其组织为等轴晶粒，晶粒度≤10μm。
实施例三实验以工业纯Al和工业纯Mg、Al-Cu、Al-Zn、Al-Cr中间合金配制7075铝合金，合金成分为1.2～2.0％Cu，2.1～2.9％Mg，0.18～0.28％Cr，5.1～6.1％Zn，余量为Al。先将纯铝放入坩埚中熔化并升温到800℃，用JZF-03型高温覆盖剂覆盖；添加合金元素，加入JZJ型无害铝合金精炼剂进行除气精炼，扒去浮渣，然后在750℃静置20分钟后浇注在水冷铜模中(Φ80mm×200mm)，水流速度为2.2ml/s，凝固过程中进行机械振动，振动频率为40Hz，激振力为80N。凝固结束后得到7075铸锭。合金均匀化处理工艺为463℃×24h，以消除成分偏析。热挤压工艺为预热温度450℃，挤压速度1m/min，挤压比为30∶1。挤压后的棒材热处理工艺为470℃/110min固溶，室温水淬，120℃/6h人工时效。其组织为等轴晶粒，晶粒度≤10μm。
权利要求
1.一种制备超细晶变形铝合金的方法，适用于所有系列的变形铝合金，其特征在于，包括以下步骤(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，升温，用覆盖剂覆盖；(2)根据合金成分添加Mg元素以及Al-Si、Al-Mn、Al-Cu、Al-Zn、Al-Cr中间合金，在熔体中加入精炼剂进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置；(3)将循环水冷铜模具固定在机械振动台上，等待浇注；(4)将铝合金浇注在循环水冷铜模具中，浇注前先通水；(5)浇注完毕后，进行机械振动；(6)均匀化处理，然后进行挤压，最后再进行T6热处理。
2.按照权利要求1所述的制备超细晶变形铝合金的方法，其特征是所述的升温为700～1000℃；所述的覆盖剂是指JZF-03型高温覆盖剂。
3.按照权利要求1所述的制备超细晶变形铝合金的方法，其特征是所述的精炼剂为JZJ型无害铝合金精炼剂。
4.按照权利要求1所述的制备超细晶变形铝合金的方法，其特征是所述的静置，其时间为10～30min，其温度为680～780℃。
5.按照权利要求1所述的制备超细晶变形铝合金的方法，其特征是所述的浇注，其浇注温度为680～750℃。
6.按照权利要求1所述的制备超细晶变形铝合金的方法，其特征是所述的通水，其水流速度为1.5～2.5ml/s。
7.按照权利要求1所述的制备超细晶变形铝合金的方法，其特征是所述的机械振动，其振动频率为30～80Hz，激振力为80～150N。
8.按照权利要求1所述的制备超细晶变形铝合金的方法，其特征是所述的均匀化处理，其温度为430～480℃，时间为20～30h。
9.按照权利要求1所述的制备超细晶变形铝合金的方法，其特征是所述的挤压，其预热温度为400～500℃，挤压速度0.5～2m/min，挤压比为30∶1。
10.按照权利要求1所述的制备超细晶变形铝合金的方法，其特征是所述的T6热处理，其固溶温度为450～550℃，时间为80～140min，室温水淬，时效温度为100～200℃，时间为5～8h。
全文摘要
一种制备超细晶变形铝合金的方法，属于材料技术领域。本发明适用于所有系列的变形铝合金，步骤为(1)在坩埚中加入工业纯铝，使铝锭熔化，升温，用覆盖剂覆盖；(2)根据合金成分添加Mg元素以及Al－Si、Al－Mn、Al－Cu、Al－Zn、Al－Cr中间合金，在熔体中加入精炼剂进行除气精炼，扒去浮渣，然后静置；(3)将循环水冷铜模具固定在机械振动台上，等待浇注；(4)将铝合金浇注在循环水冷铜模具中，浇注前先通水；(5)浇注完毕后，进行机械振动；(6)均匀化处理，然后进行挤压，最后再进行T6热处理。本发明结合了快速冷却和机械振动的特点，从而达到细化晶粒和提高机械性能的目的。
文档编号B22D21/04GK1995419SQ20061014764
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者白亮, 陈东, 王浩伟, 马乃恒, 李险峰 申请人:上海交通大学