一種脈沖電流輔助鋁合金均勻化熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種脈沖電流輔助鋁合金均勻化熱處理方法，特征是連接合金工件與脈沖電流發(fā)生裝置，并將合金工件在熱處理爐中保溫；保溫溫度為常規(guī)均勻化熱處理溫度或低于常規(guī)均勻化熱處理溫度5～15℃；保溫時(shí)間達(dá)到該合金常規(guī)均勻化總時(shí)間的30%～70%時(shí)開始向合金工件通入脈沖電流；合金工件到達(dá)常規(guī)均勻化總時(shí)間后斷電出爐。本發(fā)明對(duì)鋁合金鑄態(tài)中不同性質(zhì)的相進(jìn)行分別考慮，在均勻化熱處理過程中鑄態(tài)中低熔點(diǎn)化合物已經(jīng)充分固溶后，運(yùn)用電流流過基體與金屬間化合物界面的Peltier熱效應(yīng)以及部分焦耳熱，促進(jìn)高熔點(diǎn)相與鋁合金基體之間的尖銳界面的消除。
【專利說明】一種脈沖電流輔助鋁合金均勻化熱處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁合金熱加工新技術(shù)，特別是一種對(duì)鋁合金鑄件或鑄錠進(jìn)行輔助 均勻化熱處理的工藝方法，屬于金屬合金制造工藝領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金鑄造過程中，根據(jù)鑄錠的非平衡凝固特點(diǎn)，鑄錠/鑄件中容易形成枝晶偏 析甚至宏觀偏析，在晶界上形成合金化合物，造成鑄錠的組織、成分均不均勻的現(xiàn)象，對(duì)鑄 錠的性能造成極大影響。因此在對(duì)后續(xù)需要進(jìn)一步進(jìn)行壓力加工的鑄錠或是一些需要受力 的鑄件來說，一般需要先進(jìn)行一次均勻化退火，消除各種元素的偏析，使鑄錠/鑄件組織成 分均勻，消除壓力加工過程中合金相與基體之間由于性能差異所存在的應(yīng)力集中。
[0003] 由于硬質(zhì)及部分軟質(zhì)鋁合金鑄錠中不可避免的存在一些Fe、Si等雜質(zhì)元素，與鋁 合金中Zn、Mg、Cu等合金元素形成高硬度，高烙點(diǎn)的金屬間化合物，這些金屬間化合物一般 與鋁合金基體之間存在尖銳的界面，容易在受力過程中在基體與化合物界面處出現(xiàn)應(yīng)力集 中導(dǎo)致裂紋萌生。而一般的均勻化熱處理工藝條件只能消除一些常規(guī)的低熔點(diǎn)合金化合 物，很難消除這些高硬度，高熔點(diǎn)的金屬間化合物的不利影響，若靠提高均勻化熱處理溫度 與延長(zhǎng)時(shí)間，一方面有能耗的損失，另一方面則容易在鑄錠/鑄件的一些區(qū)域出現(xiàn)過熱甚 至過燒，嚴(yán)重影響整體性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)鋁合金鑄件或鑄錠進(jìn)行輔助均勻化熱處理的脈沖電 流輔助鋁合金均勻化熱處理方法，通過該工藝方法可以優(yōu)化鑄態(tài)組織均勻性，降低難熔化 合物對(duì)鑄錠加工過程的危害，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明還提供較為全面的脈沖電流 參數(shù)包括電流大小、頻率、時(shí)間等，以求最大化的提高鋁合金均勻化熱處理的效果，改善鋁 合金的組織形貌及合金元素偏析。
[0005] 本發(fā)明是在充分了解金屬晶體材料強(qiáng)度與斷裂原因的基礎(chǔ)上，提出的一種最大程 度弱化高硬度，高熔點(diǎn)的金屬間化合物對(duì)力學(xué)性能的不良影響，即先過常規(guī)均勻化處理，最 大程度的使鑄態(tài)組織中低熔點(diǎn)化合物回溶，均勻化后，再加入脈沖電流，通過脈沖電流所產(chǎn) 生的焦耳熱以及Peltier效應(yīng)，使鑄錠/鑄件中一些難溶化合物與鋁合金基體界面處局部 區(qū)域溫度提升，加速合金化合物尖銳角的回溶與鈍化，平滑高熔點(diǎn)或難溶化合物與鋁合金 基體之間的界面，使鑄錠/鑄件基體與化合物之間出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位大幅減少，在后期 壓力加工過程中發(fā)生開裂的幾率大大降低。
[0006] 基于這樣的思路，本發(fā)明的脈沖電流輔助鋁合金均勻化熱處理方法，它需要包括 均勻化熱處理工藝步驟，其中，還包括了以下工藝步驟：連接合金工件與脈沖電流發(fā)生裝 置，并將合金工件在熱處理爐中保溫；保溫溫度為常規(guī)均勻化熱處理溫度或低于常規(guī)均勻 化熱處理溫度5?15°C ;保溫時(shí)間達(dá)到該合金常規(guī)均勻化總時(shí)間的30%?70%時(shí)開始向合 金工件通入脈沖電流；合金工件到達(dá)常規(guī)均勻化總時(shí)間后斷電出爐。
[0007] 工件先進(jìn)行均勻化熱處理過程為常規(guī)均勻化，目的是讓鑄錠/鑄件中的低熔點(diǎn)化 合物充分溶解，使基體中基本只有高熔點(diǎn)化合物殘留，然后再通入脈沖電流，促進(jìn)高熔點(diǎn)化 合物的快速回溶。脈沖電流一方面加速合金元素的回溶，另一方面緩解較難通過均勻化熱 處理消除的雜質(zhì)元素 Fe、Si與合金元素形成的高熔點(diǎn)或難溶化合物，平滑含高熔點(diǎn)或難溶 化合物與鋁合金基體之間的界面。該工藝能保證正常均勻化熱處理不出現(xiàn)過燒，加快合金 元素固溶，緩解高熔點(diǎn)或難溶化合物與鋁合金基體之間的尖銳角。
[0008] 進(jìn)一步的，前述的脈沖電流的脈沖頻率為10?50Hz，電流密度為1000?2000A/ cm2。
[0009] 另外，上面提到的保溫溫度為常規(guī)均勻化熱處理溫度或低于常規(guī)均勻化熱處理溫 度5 ~15°C，是指軟質(zhì)鋁合金的保溫溫度為常規(guī)均勻化熱處理溫度，硬質(zhì)鋁合金的保溫溫度 低于常規(guī)均勻化熱處理溫度5?15°C。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：對(duì)鋁合金鑄態(tài)中不同性質(zhì)的相進(jìn)行分別考慮，在均勻化熱處 理過程中鑄態(tài)中低熔點(diǎn)化合物已經(jīng)充分固溶后，運(yùn)用電流流過基體與金屬間化合物界面的 Peltier熱效應(yīng)以及部分焦耳熱，促進(jìn)高熔點(diǎn)相與鋁合金基體之間的尖銳界面的消除。而不 用為了使高熔點(diǎn)化合物的回溶而刻意進(jìn)一步提高均勻化溫度。一方面降低了均勻化熱處理 能耗，另一方面使提高溫度造成整體鑄錠/鑄件中出現(xiàn)過燒區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)降低。

【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0012] 實(shí)施例1 :采用銅板、銅電纜連接工件與脈沖電流發(fā)生裝置，在熱處理爐中保溫， 根據(jù)鋁合金性質(zhì)，軟質(zhì)鋁合金可以在常規(guī)均勻化熱處理溫度，硬質(zhì)鋁合金在低于常規(guī)均勻 化熱處理溫度5?15°C。脈沖電流通過時(shí)間為工件到達(dá)均勻化熱處理溫度后，保溫時(shí)間達(dá) 到該合金常規(guī)均勻化的總時(shí)間30%?70%時(shí)開始通入。（如某合金常規(guī)均勻化熱處理總保 溫時(shí)間為30小時(shí)，工件保溫9?21小時(shí)后開始通入脈沖電流。脈沖電流參數(shù)：脈沖頻率 10?50Hz，電流密度在1000?2000A/cm 2。到時(shí)間后斷電出爐即可得到產(chǎn)品。
[0013] 當(dāng)然，以上只是發(fā)明的具體應(yīng)用范例，本發(fā)明還有其他的實(shí)施方式，凡采用等同替 換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種脈沖電流輔助鋁合金均勻化熱處理方法，包括均勻化熱處理工藝步驟，其特征 在于：連接合金工件與脈沖電流發(fā)生裝置，并將合金工件在熱處理爐中保溫；保溫溫度為 常規(guī)均勻化熱處理溫度或低于常規(guī)均勻化熱處理溫度5?15°C ;保溫時(shí)間達(dá)到該合金常規(guī) 均勻化總時(shí)間的30%?70%時(shí)開始向合金工件通入脈沖電流；合金工件到達(dá)常規(guī)均勻化總 時(shí)間后斷電出爐。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖電流輔助鋁合金均勻化熱處理方法，其特征在于：所述 脈沖電流的脈沖頻率為10?50Hz，電流密度為1000?2000A/cm 2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖電流輔助鋁合金均勻化熱處理方法，其特征在于： 所述保溫溫度為常規(guī)均勻化熱處理溫度或低于常規(guī)均勻化熱處理溫度5 ~15°C，是指軟質(zhì) 鋁合金的保溫溫度為常規(guī)均勻化熱處理溫度，硬質(zhì)鋁合金的保溫溫度低于常規(guī)均勻化熱處 理溫度5?15°C。
【文檔編號(hào)】C22F3/00GK104141101SQ201310169830
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月10日
【發(fā)明者】梁宇, 梁益龍, 孫中源, 余凌鋒, 石芷伊 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)