[发明专利]一种提高高强铝合金疲劳性能的方法

说明书

本发明属于金属材料领域，涉及一种提高高强铝合金疲劳性能的方法。在铝合金棒材固溶热处理前，先将铝合金加热到一定温度，一般不高于400℃，使用夹具夹住铝合金棒材两端，进行机械扭转，可以进行一次或者多次的扭转处理，扭转装置有防止扭转过程中挠曲变形的夹持部分。利用扭转对大尺寸的夹杂物或者难熔相进行破碎，达到降低夹杂物或者难熔相尺寸的目的，将夹杂物或者难熔相的尺寸控制在一定范围内，同时利用再结晶细化晶粒，提高最终产品的疲劳性能及力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种提高高强铝合金疲劳性能的方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着铝合金强度的不断提高，在交通运输等行业中的应用越来越广泛，例如Al-Mg-Zn系列铝合金。但是在使用过程发现高合金元素的铝合金结构材料外部环境复杂、高承载、频繁加速减速等恶劣环境服役于中，可能会早产生疲劳失效，从而达不到产品设计寿命。目前的研究结果表明钢的疲劳极限强度随其抗拉强度增大而成线性增大，但是铝合金的为非线性增大，随着铝合金抗拉强度增大，疲劳极限强度增长极其缓慢。工业铝合金中形成疲劳裂纹源的主要位置包括孔洞、夹杂物、大尺寸难熔结晶相、应力集中等部位，以及材料微观组织特征和化学成分不均匀区。一般来说大尺寸的夹杂物或者难熔相往往容易成为疲劳裂纹源，例如一些包含杂质元素的Fe、Si金属间化合物等，特别是尺寸大于5μm以上的夹杂物或者难熔相会极大降低了铝合金基体的疲劳强度。

但是对于难熔相的消除却不是容易的事情，在均匀化过程或者固溶热处理过程中，所采用的温度很难将一些难熔相重新固溶回铝合金基体，目前常用的控制粗大难熔相的措施包括提高原材料的纯度、采用过滤装置以及通过加工变形对粗大难熔物进行破碎成较小粒子等。同时目前的研究结果表明虽然粗大难熔相加速了疲劳裂纹萌生，但铝合金中细小弥散的难熔相对疲劳性能的影响却有利，也就是如果能把夹杂物或者难熔相控制到一定的尺寸范围内，则对于改善疲劳强度是有利的。

发明内容

为改善大尺寸粗大夹杂物或难熔相对铝合金疲劳寿命的影响，本发明提供了一种降低夹杂物或难熔相尺寸分布来提高高强铝合金疲劳性能的方法。在铝合金棒材固溶热处理前，先将铝合金加热到一定温度，一般不高于400℃，使用夹具夹住铝合金棒材两端，进行机械扭转，可以进行一次或者多次的扭转处理。利用扭转对大尺寸的夹杂物或者难熔相进行破碎，达到降低夹杂物或者难熔相尺寸的目的，将夹杂物或者难熔相的尺寸控制在一定范围内提高最终产品的疲劳性能。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种提高高强铝合金疲劳性能的方法，包括：

将铝合金材料进行扭转处理、固溶处理、淬火处理、时效处理，即得，为了便于进行大变形扭转，扭转前铝合金最好进行加热，一般不高于400℃。

本发明利用扭转对大尺寸的夹杂物或者难熔相进行破碎，达到降低夹杂物或者难熔相尺寸的目的，将夹杂物或者难熔相的尺寸控制在一定范围内提高最终产品的疲劳性能。该处理工艺不仅可通过扭转变形挤压破碎夹杂物或者难熔相以降低其尺寸，同时由于高合金铝合金往往铸造过程中还存在不同程度的元素偏析，因此通过该工艺还可以有助于在后续均质化或固溶过程中合金元素的均匀化。

本发明的第二个方面，提供了任一上述的方法制备的高强铝合金。

本发明制备的高强铝合金疲劳性能不但得到有效地提升，大变形过程通过再结晶细化了晶粒，还可以改善铝合金的机械性能，提高强度及韧性。

本发明的第三个方面，提供了上述的高强铝合金在交通运输、包装容器、建筑装饰、航空航天、机械电器、电子通讯、石油化工、能源动力、文体卫生领域中的应用。