[发明专利]一种脉冲电流辅助铝合金均匀化热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金热加工新技术，特别是一种对铝合金铸件或铸锭进行辅助均匀化热处理的工艺方法，属于金属合金制造工艺领域。

背景技术

铝合金铸造过程中，根据铸锭的非平衡凝固特点，铸锭/铸件中容易形成枝晶偏析甚至宏观偏析，在晶界上形成合金化合物，造成铸锭的组织、成分均不均匀的现象，对铸锭的性能造成极大影响。因此在对后续需要进一步进行压力加工的铸锭或是一些需要受力的铸件来说，一般需要先进行一次均匀化退火，消除各种元素的偏析，使铸锭/铸件组织成分均匀，消除压力加工过程中合金相与基体之间由于性能差异所存在的应力集中。

由于硬质及部分软质铝合金铸锭中不可避免的存在一些Fe、Si等杂质元素，与铝合金中Zn、Mg、Cu等合金元素形成高硬度，高熔点的金属间化合物，这些金属间化合物一般与铝合金基体之间存在尖锐的界面，容易在受力过程中在基体与化合物界面处出现应力集中导致裂纹萌生。而一般的均匀化热处理工艺条件只能消除一些常规的低熔点合金化合物，很难消除这些高硬度，高熔点的金属间化合物的不利影响，若靠提高均匀化热处理温度与延长时间，一方面有能耗的损失，另一方面则容易在铸锭/铸件的一些区域出现过热甚至过烧，严重影响整体性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种对铝合金铸件或铸锭进行辅助均匀化热处理的脉冲电流辅助铝合金均匀化热处理方法，通过该工艺方法可以优化铸态组织均匀性，降低难熔化合物对铸锭加工过程的危害，以克服现有技术的不足。本发明还提供较为全面的脉冲电流参数包括电流大小、频率、时间等，以求最大化的提高铝合金均匀化热处理的效果，改善铝合金的组织形貌及合金元素偏析。

本发明是在充分了解金属晶体材料强度与断裂原因的基础上，提出的一种最大程度弱化高硬度，高熔点的金属间化合物对力学性能的不良影响，即先过常规均匀化处理，最大程度的使铸态组织中低熔点化合物回溶，均匀化后，再加入脉冲电流，通过脉冲电流所产生的焦耳热以及Peltier效应，使铸锭/铸件中一些难溶化合物与铝合金基体界面处局部区域温度提升，加速合金化合物尖锐角的回溶与钝化，平滑高熔点或难溶化合物与铝合金基体之间的界面，使铸锭/铸件基体与化合物之间出现应力集中的部位大幅减少，在后期压力加工过程中发生开裂的几率大大降低。

基于这样的思路，本发明的脉冲电流辅助铝合金均匀化热处理方法，它需要包括均匀化热处理工艺步骤，其中，还包括了以下工艺步骤：连接合金工件与脉冲电流发生装置，并将合金工件在热处理炉中保温；保温温度为常规均匀化热处理温度或低于常规均匀化热处理温度5～15℃；保温时间达到该合金常规均匀化总时间的30%～70%时开始向合金工件通入脉冲电流；合金工件到达常规均匀化总时间后断电出炉。

工件先进行均匀化热处理过程为常规均匀化，目的是让铸锭/铸件中的低熔点化合物充分溶解，使基体中基本只有高熔点化合物残留，然后再通入脉冲电流，促进高熔点化合物的快速回溶。脉冲电流一方面加速合金元素的回溶，另一方面缓解较难通过均匀化热处理消除的杂质元素Fe、Si与合金元素形成的高熔点或难溶化合物，平滑含高熔点或难溶化合物与铝合金基体之间的界面。该工艺能保证正常均匀化热处理不出现过烧，加快合金元素固溶，缓解高熔点或难溶化合物与铝合金基体之间的尖锐角。

进一步的，前述的脉冲电流的脉冲频率为10～50Hz，电流密度为1000～2000A/cm²。

另外，上面提到的保温温度为常规均匀化热处理温度或低于常规均匀化热处理温度5 ~15℃，是指软质铝合金的保温温度为常规均匀化热处理温度，硬质铝合金的保温温度低于常规均匀化热处理温度5～15℃。

本发明的优点在于：对铝合金铸态中不同性质的相进行分别考虑，在均匀化热处理过程中铸态中低熔点化合物已经充分固溶后，运用电流流过基体与金属间化合物界面的Peltier热效应以及部分焦耳热，促进高熔点相与铝合金基体之间的尖锐界面的消除。而不用为了使高熔点化合物的回溶而刻意进一步提高均匀化温度。一方面降低了均匀化热处理能耗，另一方面使提高温度造成整体铸锭/铸件中出现过烧区域的风险降低。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。