本发明属于有色金属材料制造技术领域，具体涉及一种高强耐磨Al‑Si‑Cu合金的热处理工艺。本发明通过引入中间冷变形和温水淬火，通过一次高温处理及两次退火处理，使合金中的第二相得以均匀弥散析出，充分发挥其强化作用，而且有效抑制了合金的淬火开裂倾向，并使合金保持较好韧性。本发明处理后所得Al‑Si‑Cu合金挤压制品，其室温抗拉强度可达501MPa及以上，伸长率可达5％以上，平均晶粒尺寸可达0.020～0.035mm，耐磨性能优良。同时本发明可应用于合金元素总含量达到18wt％以上的含硅铝合金。
1.一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，其特征在于包括下述步骤：步骤一
在525～580℃对高强耐磨Al-Si-Cu合金进行高温热处理，高温热处理后进行温水淬火，得到高温处理后的合金；所述温水的温度为40～80℃；
对步骤一所得高温处理后的合金进行冷变形；冷变形率控制在5～20％，得到冷变形后的合金；
对步骤二所得冷变形后的合金进行两次退火处理，得到成品；两次退火处理中，第一次退火处理的温度为280～320℃、时间为30～60分钟，第一次退火后立即进行第二次退火处理，第二次退火处理的温度为100～140℃、时间为480～600分钟。
2.根据权利要求1所述的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，其特征在于：步骤一中，所述高强耐磨Al-Si-Cu合金为经热挤压成形的合金半制品。
3.根据权利要求1所述的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，其特征在于：步骤一中，在525～580℃对高强耐磨Al-Si-Cu合金进行高温热处理120～240分钟，高温热处理后立即在40～80℃温水中淬火。
4.根据权利要求3所述的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，其特征在于：所述高温热处理的温度条件为540～560℃、保温时间150～210分钟；高温热处理后立即50～60℃温水中淬火。
5.根据权利要求1所述的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，其特征在于：步骤二中所述冷变形包括冷轧或冷拉。
6.根据权利要求1所述的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，其特征在于：步骤二中，冷变形率控制在8～15％。
7.根据权利要求1所述的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，其特征在于：步骤三中，一次退火的温度为280～300℃，保温时间为30～40分钟。
8.根据权利要求1所述的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，其特征在于：步骤三中，第二次退火的温度为100～120℃、保温时间为420～510分钟。
9.根据权利要求1所述的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，其特征在于：步骤三中，在第一次退火完成后将材料转移至二次退火炉进行第二次退火，转移时间不大于10秒。
一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺
技术领域
[0001] 本发明属于有色金属材料制造技术领域，具体涉及一种高强耐磨Al‐Si‐Cu合金的热处理工艺。
背景技术
[0002] 含硅硬铝合金具有高强度、质轻及优良耐磨性能，广泛应用于发动机活塞、多类空调压缩机叶片及叶轮等耐磨部件。发明专利[ZL201210313325.6]公开了一种类似合金的成分。但此类铝合金因合金元素含量高达15～25％，硬度及强度高，脆性大，很难实现其塑性加工，通常采用粉末冶金方法制备成型，大大制约其各方面的应用。目前部分企业采用的解决方法是适当降低合金含量，以提高合金塑性；并采用熔铸方法制坯，通过塑性加工获得各种规格的材料或制品。在这种情况下，热处理成为关键工序，因为只有通过热处理或形变热处理，才能使合金获得预期的高强耐磨性能。发明专利[ZL201210313190.3]公开了一种类似合金的生产工艺，采用双级时效热处理使合金获得较高力学性能。但是，因为此类合金成分复杂，在热处理过程中可能发生多种相变，形成多种第二相，包括各种强化相和硬脆杂质相，所以合金的组织与性能控制难度大，普通热处理制度难以使合金的潜力得到充分发挥，通常情况是提高了合金的硬度与强度，结果其塑性与韧性显著下降，反之亦然。强度和硬度不高将降低合金的耐磨性能，而塑性太差将影响后续加工及使用。因此，对于此类合金的塑性加工产品，如何通过热处理工艺控制，使其达到良好的力学性能和耐磨性能匹配，一直是行业内尚未解决的技术难题。
发明内容
[0003] 本发明针对上述已有技术存在的问题，提供一种与现有技术显著不同、包含形变的高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺。
[0004] 本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，包括下述步骤：
[0005] 步骤一
[0006] 在525～580℃对高强耐磨Al-Si-Cu合金进行高温热处理，高温热处理后进行温水淬火，得到高温处理后的合金；所述温水的温度为40～80℃；
[0007] 步骤二
[0008] 对步骤一所得高温处理后的合金进行冷变形；冷变形率控制在5～20％，得到冷变形后的合金；
[0009] 步骤三
[0010] 对步骤二所得冷变形后的合金进行两次退火处理，得到成品；两次退火处理中，第一次退火处理的温度为280～320℃、时间为30～60分钟，第一次退火后立即进行第二次退火处理，第二次退火处理的温度为100～140℃、时间为480～600分钟。
[0011] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，步骤一中，所述高强耐磨Al-Si-Cu合金为经热挤压成形的合金半制品。
[0012] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，步骤一中，在525～580℃对高强耐磨Al-Si-Cu合金进行高温热处理120～240分钟，高温热处理后立即在
40～80℃温水中淬火。
[0013] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，所述高温热处理的温度条件为540～560℃、保温时间150～210分钟；高温热处理后立即50～60℃温水中淬火。
[0014] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，步骤二中所述冷变形包括冷轧或冷拉。
[0015] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，步骤二中，冷变形率控制在8～15％。
[0016] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，步骤三中，一次退火的温度为280～300℃，保温时间为30～40分钟。
[0017] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，步骤三中，第二次退火的温度为100～120℃、保温时间为420～510分钟。
[0018] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，步骤三中，在第一次退火完成后将材料转移至二次退火炉进行第二次退火，转移时间不大于10秒。
[0019] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，所述高强耐磨Al-Si-Cu合金中，合金元素总含量大于等于18wt％。
[0020] 作为优选方案，本发明一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺特别适用于含Si10～15wt％、优选为12.5～15wt％，Cu3.0～5.0wt％、优选为4.5～5.0wt％，Mg0.5～1.5wt％、优选为1.0～1.5wt％的铝合金挤压制品。
[0021] 本发明的技术原理简述如下：所述高强耐磨Al-Si-Cu合金，含有多种合金元素，可形成多种强化相，通过热处理可使各种强化相均能均匀弥散析出，显著提高合金的力学性能和耐磨性。第一步高温热处理，是为了细化晶粒，并使合金元素充分固溶于铝基体，淬火后形成不稳定的过饱和固溶体；该系列合金脆性较大，采用温水淬火，是为了防止半制品因淬火应力过大而开裂；第二步进行室温冷轧或冷拉拔变形，其目的之一是校平矫直，目的之二是在半制品中形成均匀分布的应力场，以便在后续热处理过程中促进第二相快速均匀形核并弥散析出；第三步先在较高温度下进行退火热处理，是为了使第二相快速形核，且形核率高；短时退火是为了防止在高温下形核的第二相迅速聚集长大；其后快速转移至低温炉进行低温长时退火，就是为了使第二相均匀弥散析出，充分发挥其强化作用。
[0022] 本发明的技术优势简述如下：本发明提供的一种高强耐磨Al-Si-Cu合金的热处理工艺，通过引入中间冷变形和温水淬火，不仅使合金中的第二相得以均匀弥散析出，充分发挥其强化作用，而且有效抑制了淬火开裂倾向，并使合金保持较好韧性。且本发明的热处理工艺操作简便，与普通简单热处理工艺相比增加的成本很少。采用本发明处理后所得Al-Si-Cu合金挤压半制品，室温抗拉强度可达501MPa及以上，伸长率可达5％以上，平均晶粒尺寸可达20～35μm，耐磨性能优良；按本发明所设计方案所得产品的强度、加工性、耐磨性多能得到很好的兼顾。而采用常规热处理获得的该合金制品，抗拉强度仅为450～500MPa，伸长率达3～6％，平均晶粒尺寸可达50～120μm，耐磨性能一般，同时其强度、加工性以及耐磨性难以兼顾。
具体实施方式
[0023] 以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。需要说明的是，以下实施例仅用于解释本发明，而不应视为对本发明的权利要求的范围的限制。
[0024] 实施例
[0025] 经配料(Al‐12.5％Si‐4.5％Cu‐1.2％Mg‐0.7％Zn‐0.3％Ni‐0.03％La‐0.03％Ce)、电阻炉熔炼、立式半连续铸造、普通卧式热挤压，得到的一种铝合金扁条，然后对其进行形变及热处理。热处理工艺及合金制品组织、性能参数见表1。在本发明的实施例中，12.5％Si表示合金中Si的质量百分含量为12.5％、4.5％Cu表示合金中Cu的质量百分含量为4.5％、1.2％Mg表示合金中Mg的质量百分含量为1.2％、0.7％Zn表示合金中Zn的质量百分含量为0.7％、0.3％Ni表示合金中Ni的质量百分含量为0.3％、0.03％La表示合金中La的质量百分含量为0.03％、0.03％Ce表示合金中Ce的质量百分含量为0.03％，余量为Al。
[0026] 由表1可见，实施例1～6按照本发明的工艺进行形变及热处理，均获得良好的力学性能与耐磨性能，而对比例1～4，因没有采用本发明的工艺进行热处理，所以制品耐磨性降低或加工性能较差，甚至淬火直接开裂。上述结果表明了本发明的有效性。
[0027] 表1各实施例和对比例的工艺参数及制品性能
[0028]
[0029] 在实施例和对比例中，需要进行两次退火的，均按第一次退火后在10秒内转移至第二次退火所用设备中并进行第二次退火的制度进行。
