[发明专利]一种可实现铝合金快速时效的热处理方法

说明书

本发明提供一种铝合金的快速时效热处理方法，即对进行时效处理的合金施加预变形和磁场影响的时效热处理方法，适用于Al‑Mg₂Si系铝合金，属于金属材料热处理领域。先将Al‑Mg₂Si系铝合金进行固溶处理，固溶制度为500～540℃×5～15h，然后进行水淬，再将水淬后的试样进行0.5～5％的拉伸塑性变形，随后进行磁场时效处理，时效制度为180～210℃×0～24h，空冷。本发明的快速时效热处理工艺，缩短了峰值时效时间，并提高峰值硬度，相比于常规时效热处理，本发明的热处理工艺对合金的组织性能改善效果明显，工艺简单、工序合理、操作方便，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及金属材料热处理领域，尤其是铝合金热处理领域，具体地涉及一种Al-Mg₂Si系合金在预变形和磁场协同作用下实现的快速时效方法。

背景技术

由于纯铝本身具有强度低、硬度低等诸多缺点，不能直接应用于工业，通过合金化可以改善其性能。添加Mg和Si元素到Al基体中后，会生成大量弥散、均匀分布的Mg₂Si相。Mg₂Si具有高熔点、低密度、低的热膨胀系数、高弹性模量、高硬度等优良性能。Mg₂Si相在热力学上是一种稳定强化相，且原位生成的Mg₂Si相与基体结合的界面干净、牢固、有较高的热稳定性，成形性和加工性。铝合金中Mg₂Si相会以初生相和共晶相两种形式从合金中析出，起到强化基体的作用。对初生Mg₂Si通过采用细化变质处理，能有效控制其形貌和尺寸，初生Mg₂Si由粗大的树枝状转变成细小的多边形，显著提高了合金的力学性能。为了进一步提高合金的强度，改善其共晶组织形貌特征，通常要对其进行热处理。热处理一般采用固溶+时效处理，通过固溶处理，使共晶Mg₂Si固溶于基体，并在随后的时效处理中均匀析出细小的强化相，达到强化的效果。

传统热处理是指金属材料在加热和冷却过程中，通过固态相变改变其组织与性能的热加工技术。这一过程主要涉及温度场。近年来，越来越多的研究发现，除了温度场外，施加强磁场、应力场和脉冲电场，能够改变材料热处理的进程和最终产物。其中磁场作为一种冷物理场，越来越多的国内外学者将磁场手段应用到材料领域，对金属材料在磁场作用下的变化行为进行研究，并取得一定的成果。诸多实验表明，磁场对金属材料的组织及性能具有很大影响，也使得静磁场的应用范围从传统的铁磁性材料为主扩大到整个材料领域。另一方面，形变对于合金时效过程中沉淀强化相的析出也有着重要的影响。合金在经过预变形之后会在基体中形成大量的位错，这些在预变形过程中形成的位错不仅会产生加工硬化,对合金后续时效过程中的析出也有着十分重要的影响。

发明内容

针对当前Al-Mg₂Si系合金时效响应速度和时效硬化性能不够理想等缺陷，本发明旨在提高合金的时效硬度并缩短出现时效硬化峰值的时间，充分利用预变形和磁场作用，提高析出相溶解与析出速率，加速时效硬化进程，并有效提高合金峰值强度，提出了一种工艺简单、便于实施的热处理工艺，改善合金组织及性能，便于实现工业生产。

为了达到上述目的，本发明提供的具体方案如下：

步骤一：选取铸锭上适当铝合金试样进行固溶处理，水淬；

步骤二：将固溶处理后的铝合金试样进行拉伸塑性变形处理；

步骤三：将预变形后的铝合金进行磁场时效处理，随后空冷至室温。

进一步地，步骤二是以大约10^-3/s的应变速率对试样施加拉力塑性变形，直到0.5％～5％的塑性应变。

进一步地，固溶温度范围为500～540℃，固溶保温时间为5～15h。

进一步地，步骤一固溶处理后进行快速水淬。