[发明专利]一种多晶粒尺度强化层片结构铝合金的制备方法

说明书

本发明公开一种多晶粒尺度层片结构铝合金的制备方法，包含：预处理，浇铸、塑性变形和形成多晶粒尺度等工序，选用两种或多种不同合金成分的铝合金，进行固液镶嵌铸造，形成多层复合铝合金。再通过塑性变形及后续退火处理，在相邻层片之间形成不同晶粒尺度的相，获得多晶粒尺度强化层片结构铝合金材料。

技术领域

本发明涉及的是一种多晶粒尺度强化层片结构铝合金的制备方法，具体是一种采用镶嵌铸造方法，配合以特定的塑性变形和热处理调控微观结构，制备大块多晶粒尺度强化层片结构铝合金的技术。

背景技术

铝比其他有色金属、钢铁具有更优良的特性，如密度小，仅为2.7g/cm³，约为铜或钢的1/3；良好的耐蚀性和耐候性；良好的塑性和加工性能。此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性以及表面处理性能等也比较好。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用。工业纯铝抗拉强度很低，一般仅有80～100Mpa，其断裂延伸率可以达到40％左右。而2000、6000、7000等系列铝合金是一种高强度硬铝，其强度、硬度高，但是其断裂延伸率相比工业纯铝要低。如何得到高强高韧的铝合金材料,是目前的研究一大热点。大量研究表明，在铝合金中引入析出强化，是目前铝合金有效的强化机制之一。铝合金基体中形成高密度纳米级的析出相，对位错运动产生强烈的阻碍作用，从而大幅度的提高铝合金的强度。此外，析出强化铝合金的析出相，在高温时比晶界的稳定性更高，因此，析出强化的铝合金在高温变形时，往往具有更高、更稳定的力学性能。但是，已有的研究结果表明，金属材料中位错的产生具有显著的尺寸效应。以纳米晶为例，当晶粒尺寸小于100nm时，纳米晶内部就很难产生大量的位错。而时效强化铝合金的析出相的间距通常只有几十纳米，弥散分布的析出相将粗大的晶粒分割成许多纳米单元，在这些单元里位错难以形成和运动。因此，通过时效析出强化的铝合金材料的韧性会出现大幅降低，大大限制了析出强化铝合金在实际生产中的应用。相比较而言，采用细晶强化的方式，可以使铝合金在提高强度的同时，依旧保持良好的韧性，但是这类铝合金的耐热性能较差。如何兼得强度、韧性及耐热性，成为当前铝合金研究的一大热点。

经对现有技术的文献检索发现，K.Wu等人在《Materials Science andEngineering A》材料科学与工程A[J],527(2010)3073Engi上发表的“Microstructure andmechanical properties of the Mg/Al laminated composite fabricated byaccumulative roll bonding(ARB)”(采用累积叠扎(ARB)制备的Mg/Al多层复合材料的力学性能和微观结构研究)一文中，介绍了一种采用累积叠扎制备Mg/Al多层复合材料。该技术的特点如下：(1)所制备的材料，层数可控，且可加工出大尺寸样品，适用于工业应用；(2)加工工艺简单，可操作性强；(3)通过叠扎复合制备的材料，其屈服强度提高显著。但是，由于通过累积叠扎制备层片状铝合金时，技术上存在以下问题：(1)难以控制界面的氧化；(2)累积叠轧后材料的塑性下降；(3)层片状铝合金复合材料的强韧化性能具有明显的方向性，限制了其在很多对多向受力有要求的部件上的应用。