[发明专利]一种短流程细晶超塑性材料制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及金属材料，特别提供了一种短流程细晶超塑性材料制备方法，适用于加工铝合金、镁合金、锌合金、铜合金。

背景技术：

超塑性已逐步发展成为一种成熟的整体工业部件成型工艺，在汽车、航空等工业领域得到广泛应用。传统上，细晶超塑性铝合金的制备采用热机械加工手段，涉及过时效处理、多道次温轧、再结晶处理等工序，工序繁杂、制备成本高。

搅拌摩擦加工是在搅拌摩擦焊基本原理基础上发展起来的一种新的金属材料塑性加工技术。与其它塑性加工技术相比，搅拌摩擦加工工序简单，一步加工即可实现微观结构的细化，采用该技术已在几种商业铝合金中获得了细晶超塑性结构，取得良好的超塑性性能。

早期研究工作均是以轧制板或挤压板作为搅拌摩擦加工的起始材料(ActaMaterialia，vol.50，No.17(2002)p.4419-4430)，工序繁杂，成本较高。为简化加工工序，研究者尝试直接使用铸态合金作为起始材料，通过搅拌摩擦加工把粗大的铸造组织直接转变成细晶超塑性结构，并取得了较好的超塑性性能(ScriptaMaterialia，vol.50，No.7(2004)p.931-935)。然而，需要指出的是，由于合金铸件存在明显的成分偏析和组织不均匀性，不仅合金的加工性能差，而且一步搅拌摩擦加工不易实现成分和组织的完全均匀化。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种短流程细晶超塑性材料制备方法，适用于加工铝合金、镁合金、锌合金、铜合金。

本发明提供了一种短流程细晶超塑性材料制备方法，其特征在于：使用铸态合金作为起始材料，经均匀化热处理后，再进行搅拌摩擦加工，把粗大、疏松、不均匀的铸造组织转变成均匀、致密的细晶超塑性结构。

本发明短流程细晶超塑性材料制备方法中，合金铸造成型后，在(0.7-0.85)T_m的温度下均匀化热处理10-24小时后再进行搅拌摩擦加工，加工工具转速400-1500转/分钟、行进速度50-400毫米/分钟。

本发明提出了一个新的短流程细晶超塑性材料制备方法，使用铸态合金作为起始材料，首先进行均匀化热处理以改善铸件成分偏析和组织不均匀性，然后再进行搅拌摩擦加工，把粗大的铸造组织转变成细晶超塑性结构，建立铸造+均匀化热处理+搅拌摩擦加工新方法。与轧制(挤压)+搅拌摩擦加工方法相比，本发明工艺明显缩短细晶超塑性材料的制备工艺流程、降低制造成本；与铸造+搅拌摩擦加工方法相比，本发明方法可制备出更均匀的细晶超塑性材料，明显提高材料的超塑性性能。因此，有理由相信这种新的细晶超塑性材料制备工艺在高强度合金超塑成型方面将有着广阔的工业应用前景。

具体实施方式：

实施例1

使用8毫米厚的7075铝合金铸态板材，在460℃进行24小时均匀化退火处理后再进行搅拌摩擦加工，在工具转速1200转份钟、行进速度100毫米/分钟的加工参数下，获得晶粒尺寸3微米的均匀细晶结构。超塑性拉伸试验显示，在350-470℃的温度区间内均获得良好的超塑性性能，在470℃没有异常晶粒长大，仍可得到700％的超塑性。最大超塑性为1050％，在450℃和1×10^-2s^-1的高应变速率下取得。

比较例1

使用8毫米厚的7075铝合金铸态板材直接进行搅拌摩擦加工，在工具转速1200转/分钟、行进速度100毫米份钟的参数下获得平均晶粒尺寸3-5微米的细晶结构，但晶粒尺寸和第二相粒子分布不是非常均匀。超塑性拉伸试验表明，加工后的7075铝合金在400-450℃的温度范围内均获得超塑性，高于450℃由于组织不均匀造成异常晶粒长大，超塑性消失。最大超塑性为600％，在450℃和1×10^-2s^-1的高应变速率下取得。

实施例2

使用6毫米厚的2024铝合金铸态板材，在490℃进行12小时均匀化退火处理后再进行搅拌摩擦加工，在工具转速500转/分钟、行进速度100毫米/分钟的参数下获得晶粒尺寸4.5微米的均匀细晶结构。取得的最大超塑性为450％，在430℃和3×10^-3s^-1的应变速率下取得。

比较例2

使用6毫米厚的2024铝合金铸态板材，在工具转速500转/分钟、行进速度100毫米/分钟的参数下进行搅拌摩擦加工，加工后晶粒尺寸和第二相粒子分布不是非常均匀，平均晶粒尺寸大约为5-7微米。取得的最大超塑性为300％，在430℃和3×10^-3s^-1的应变速率下取得。