一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法

摘要

本发明提供一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法，涉及铝合金改性技术领域。一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法，包括：采用搅拌摩擦加工设备对待加工的铝合金产品或坯料进行搅拌摩擦加工，将经过搅拌摩擦加工的铝合金产品或坯料进行高温热处理，再进行淬火、时效、加工和表面处理。该方法工艺可控，操作简便，可以很好的改善富铁相的形态。由上述方法制得的富铁相分布均匀、颗粒细小且高球形度，大幅降低富铁相对塑性的危害。

权利要求

1.一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法，其特征在于，包括：

将需要改性的待加工的铝合金产品或坯料的区域加工成平面，再将待加工的所述铝合金产品或坯料固定于搅拌摩擦加工设备；

采用所述搅拌摩擦加工设备对待加工的铝合金产品或坯料进行搅拌摩擦加工，所述搅拌摩擦加工设备的主轴转速为500～3000rpm，加工速度为10～500mm/min，所述搅拌摩擦加工的搭接率为50～100％，加工次数为1～3次，所述搅拌摩擦加工设备在多次加工时，主轴的旋转顺序为同一个旋转方向；

将经过搅拌摩擦加工的所述铝合金产品或坯料在520～560℃的条件下保温6～50小时进行热处理，再进行淬火、时效、加工和表面处理。

2.根据权利要求1所述的改善铝合金中针状富铁相形态的方法，其特征在于，通过铸造的方法浇注成型得到待加工的所述铝合金产品或坯料。

说明书

一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铝合金改善技术领域，且特别涉及一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法。

背景技术

[0002] Fe元素是铝及铝合金中最为有害的杂质元素之一，由于Fe元素在铝熔体和铝固体中的溶解度相差近50倍，铝及铝合金中的Fe几乎都以富铁相的形式存在。与铝基体相比，富铁相具有硬度高、脆性大等特点，在构件受力时易在富铁相内部发生开裂，成为构件断裂和失效的源头，极大损害构件的塑性和使用寿命。此外，粗大、针状的富铁相的存在阻碍了共晶金属液的流动，成为气孔、缩松形成的重要衬底，其长度尺寸和气孔面积分数均随Fe含量的增加而呈线性增加，进一步恶化构件的性能。

[0003] 目前，改善富铁相形态是减缓其危害最为常用的手段。现有的常见方法有两类。一类是通过改变富铁相的晶体结构来改变其形态特征，一类是改变富铁相的生长速度来改善其形态。这两类方法均属于熔铸范畴，涉及的影响因素多，且影响机制和程度的差异显著，致使富铁相的偏析、形态多样性的问题无法得到很好的解决。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法，该方法工艺可控，操作简便，可以很好的改善富铁相的形态。

[0005] 本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

[0006] 本发明提出一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法，包括：

[0007] 采用搅拌摩擦加工设备对待加工的铝合金产品或坯料进行搅拌摩擦加工，将经过搅拌摩擦加工的铝合金产品或坯料进行热处理，再进行淬火、时效、加工和表面处理。

[0008] 本发明的有益效果是：

[0009] 本发明通过搅拌摩擦加工法将粗大、针状的富铁相进行大塑性变形加工，获得分布均匀、颗粒细小的富铁相，随后进行较长时间的高温保温处理，促进富铁相的钝化和粒化，进一步改善富铁相的形态，制备分布均匀、颗粒细小且高球形度的富铁相，该富铁相平均粒径不大于5μm，球形度不低于0.75。从而改善铝合金的抗拉强度和延伸率，大幅降低富铁相对塑性的危害。该方法可用于制备高性能铝合金构件，避免了一般的铝合金在受力时易在富铁相内部发生开裂，损害构件的塑性和使用寿命。该方法可应用于铁含量超标、或存在大量针状富铁相的铝合金材料改性。

附图说明

[0010] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0011] 图1为本发明实施例1提供的富铁相的扫描电镜图谱。

具体实施方式

[0012] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

[0013] 下面对本发明实施例的一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法进行具体说明。

[0014] 本发明实施例提供的一种改善铝合金中针状富铁相形态的方法，包括：

[0015] 将铝合金材料通过铸造方法，浇注成型成铝合金产品或坯料，产品或坯料可以为坯料或产品。本发明选用含铁量为0.9wt.％的A356铝合金、0.6wt％的6061铝合金，见表1：

[0016] 表1铝合金的成分(wt.％)

[0017]

[0018]

[0019] 将需要改性的待加工的铝合金产品或坯料的区域加工成平面，并用夹具将待改性坯料或构件固定在搅拌摩擦加工设备上。安装相应尺寸和形状的搅拌头，进行搅拌摩擦加工。本发明通过调整主轴转速、加工速度、搭接率、加工次数和主轴旋转顺序等参数来控制加工区域的组织和性能。

[0020] 经过发明人的实验研究得到，搅拌摩擦加工设备的主轴转速为500～3000rpm，加工速度为10～500mm/min。搅拌摩擦加工的搭接率为0～100％。搅拌摩擦加工的加工次数为1～3次。搅拌摩擦加工设备在多次加工时，主轴的旋转顺序为同一个旋转方向或者两个旋转方向交替变化。

[0021] 在搅拌摩擦加工过程中，粗大、针状的富铁相在轴肩的锻造力和带螺纹搅拌针强烈的搅拌所产生的剪切应力合作用下，发生应力集中而发生弯曲、折断，同时相互搭接或相连的富铁相也在相互碰撞而发生破碎，富铁相的形态从长条、针状变成具有尖角特征的短棒状富铁相。

[0022] 经过搅拌摩擦后，将铝合金产品或坯料放入热处理炉中，在520～560℃的条件下，保温6～50小时。经过搅拌摩擦的富铁相在尖角处聚集了大量的位错等晶体缺陷，属于高能微区，在热处理过程中，该区的富铁相中的Fe、Si等元素发生迁移，促进富铁相的粒化、钝化。形成了球形或者近球形的高球形度的富铁相，大幅改善铝合金的组织均匀性，从而改善铝合金的抗拉强度和延伸率。

[0023] 待热处理完毕后，进行淬火、时效、加工和表面处理，即获得富铁相。本发明实施例中的淬火、时效、加工和表面处理均为本技术领域的通用处理方法，具体的工艺步骤根据实际需要进行设定，本发明对其不做限定。

[0024] 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

[0025] 实施例1

[0026] 本实施例提供了一种富铁相，主要通过以下改善铝合金中针状富铁相形态的方法制备而得：

[0027] 将1#铝合金材料通过铸造方法，浇注成型成铝合金坯料。

[0028] 将需要改性的区域加工成平面，并用夹具将待改性坯料固定在搅拌摩擦加工设备上。

[0029] 安装相应尺寸和形状的搅拌头，进行搅拌摩擦加工，调整加工参数为：主轴转速为500rpm，加工速度15mm/min，搭接率为100％，加工次数为1次。

[0030] 搅拌摩擦加工完毕后，将上述坯料放入热处理炉中，加热至540℃，保温50小时。

[0031] 待高温保温处理完毕后，进行淬火、时效、加工和表面处理，获得均匀分布、尺寸细小、球形度高的富铁相，制备高性能铝合金构件。

[0032] 实施例2

[0033] 本实施例提供了一种富铁相，主要通过以下改善铝合金中针状富铁相形态的方法制备而得：

[0034] 将1#铝合金材料通过铸造方法，浇注成型成铝合金产品；

[0035] 将需要改性的区域加工成平面，并用夹具将待改性构件固定在搅拌摩擦加工设备上；

[0036] 安装相应尺寸和形状的搅拌头，进行搅拌摩擦加工，调整加工参数为：主轴转速为1500rpm，加工速度150mm/min，为70％，加工次数为2次，主轴同为逆时针旋转。

[0037] 搅拌摩擦加工完毕后，将上述坯料放入热处理炉中，加热至560℃，保温6小时；

[0038] 待高温保温处理完毕后，进行淬火、时效、加工和表面处理，获得均匀分布、尺寸细小、球形度高的富铁相，制备高性能铝合金构件。

[0039] 实施例3

[0040] 本实施例提供了一种富铁相，主要通过以下改善铝合金中针状富铁相形态的方法制备而得：

[0041] 将2#铝合金材料通过铸造方法，浇注成型成铝合金坯料。

[0042] 将需要改性的区域加工成平面，并用夹具将待改性件固定在搅拌摩擦加工设备上。

[0043] 安装相应尺寸和形状的搅拌头，进行搅拌摩擦加工，调整加工参数为：主轴转速为1000rpm，加工速度200mm/min，搭接率为0％，加工次数为2次，主轴旋转方向为先逆时针后顺时针。

[0044] 搅拌摩擦加工完毕后，将上述坯料放入热处理炉中，加热至520℃，保温12小时。

[0045] 待高温保温处理完毕后，进行淬火、时效、加工和表面处理，获得均匀分布、尺寸细小、球形度高的富铁相，制备高性能铝合金构件。

[0046] 实施例4

[0047] 本实施例提供了一种富铁相，主要通过以下改善铝合金中针状富铁相形态的方法制备而得：

[0048] 将2#铝合金材料通过铸造方法，浇注成型成铝合金坯料。

[0049] 将需要改性的区域加工成平面，并用夹具将待改性件固定在搅拌摩擦加工设备上。

[0050] 安装相应尺寸和形状的搅拌头，进行搅拌摩擦加工，调整加工参数为：主轴转速为3000rpm，加工速度500mm/min，搭接率为50％，加工次数为3次，主轴旋转方向始终保持逆时针。

[0051] 搅拌摩擦加工完毕后，将上述坯料放入热处理炉中，加热至530℃，保温20小时。

[0052] 待高温保温处理完毕后，进行淬火、时效、加工和表面处理，获得均匀分布、尺寸细小、球形度高的富铁相，制备高性能铝合金构件。

[0053] 实施例5

[0054] 本实施例提供了一种富铁相，主要通过以下改善铝合金中针状富铁相形态的方法制备而得：

[0055] 将2#铝合金材料通过铸造方法，浇注成型成铝合金坯料。

[0056] 将需要改性的区域加工成平面，并用夹具将待改性坯料固定在搅拌摩擦加工设备上。

[0057] 安装相应尺寸和形状的搅拌头，进行搅拌摩擦加工，调整加工参数为：主轴转速为500rpm，加工速度15mm/min，搭接率为100％，加工次数为1次。

[0058] 搅拌摩擦加工完毕后，将上述坯料放入热处理炉中，加热至540℃，保温50小时。

[0059] 待高温保温处理完毕后，进行淬火、时效、加工和表面处理，获得均匀分布、尺寸细小、球形度高的富铁相，制备高性能铝合金构件。

[0060] 对比例1

[0061] 本对比例提供了实施例1中的未进行搅拌摩擦加工的富铁相。

[0062] 对比例2

[0063] 本对比例提供了实施例2中的未进行搅拌摩擦加工的富铁相。

[0064] 对比例3

[0065] 本对比例提供了实施例3中的未进行搅拌摩擦加工的富铁相。

[0066] 对比例4

[0067] 本对比例提供了实施例4中的未进行搅拌摩擦加工的富铁相。

[0068] 对比例5

[0069] 本对比例提供了实施例5中的未进行搅拌摩擦加工的富铁相。

[0070] 选取实施例1～5和对比例1～5提供的富铁相，分别对其进行形态测试和统计，结果如下表：

[0071] 表2富铁相形态特征统计表

[0072]

[0073] 由表2可知，实施例1～5与对比例1～5进行比较，搅拌摩擦后的富铁相的平均长度降低至少66％，园整度至少增加310％。其中，对1号含铁量为0.9wt.％的A356铝合金进行搅拌摩擦加工效果更佳。其富铁相的平均长度降低至少93％，园整度至少增加700％。说明实施例1～4提供的改善铝合金中针状富铁相形态的方法改善效果明显。其中，实施例1～5提供的富铁相平均粒径不大于5μm，球形度不低于0.75。说明通过实施例1～5提供的改善铝合金中针状富铁相形态的方法可以得到尺寸细小、球形度高的富铁相。

[0074] 对实施例1制得的富铁相进行微观形貌分析，结果如图。由图1可知，实施例1制得的富铁相分布均匀、尺寸细小、球形度高。

[0075] 以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。