專利名稱：一種短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料，特別提供了一種短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法， 適用于加工鋁合金、鎂合金、鋅合金、銅合金。
背景技術(shù)：
超塑性已逐步發(fā)展成為一種成熟的整體工業(yè)部件成型工藝，在汽車、航空 等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)上，細(xì)晶超塑性鋁合金的制備采用熱,加工 手段，涉及過(guò)時(shí)效處理、多道次溫軋、再結(jié)晶處理等工序，工序繁雜、制備成 本高。攪拌摩擦加工是在攪拌摩擦焊基本原理基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的金屬材 料塑性加工技術(shù)。與其它塑性加工技術(shù)相比，攪拌摩擦加工工序簡(jiǎn)單， 一步加 工即可實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)化，采用該技術(shù)已在幾種商業(yè)鋁合金中獲得了細(xì)晶超 塑性結(jié)構(gòu)，取得良好的超塑性性能。早期研究工作均是以軋制板或擠壓板作為攪拌摩擦加工的起始材料(Acta Materialia^vol.50，No.l7(2002)p.4419"4430),工序繁雜，成本較高。為簡(jiǎn)化加工 工序，研究者嘗試直接使用鑄態(tài)合金作為起始材料，通過(guò)攪拌摩擦加工把粗大 的鑄造組織直接轉(zhuǎn)變成細(xì)晶超塑性結(jié)構(gòu)，并取得了較好的超塑性性能(Scripta Materialia^ vol.50, No.7 (2004) p.931-935)。然而，需要指出的是，由于合，件 存在明顯的成分偏析和組織不均勻性，不僅合金的加工性能差，而且一步攪拌 摩擦加工不易實(shí)現(xiàn)成分和組織的完全均勻化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法，適用于加工 鋁合金、鎂合金、鋅合金、銅合金。本發(fā)明提供了一種短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法，其特征在于使用鑄 態(tài)合金作為起始材料，經(jīng)均勻化熱處理后，再進(jìn)行攪拌摩擦加工，把粗大、疏 松、不均勻的鑄造組織轉(zhuǎn)變成均勾、致密的細(xì)晶超塑性結(jié)構(gòu)。本發(fā)明短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法中，合，造成型后，在(0.7-0.85)幾 的溫度下均句化熱處理10-24小時(shí)后再進(jìn)行攪拌摩擦加工，加工工具轉(zhuǎn)速 4(KM500轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)it^ 50-400毫^/分鐘。本發(fā)明提出了 一個(gè)新的短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法，使用鑄態(tài)合金作 為起始材料，首先進(jìn)行均勻化熱處理以改善鑄件成分偏析和組織不均勾性，然 后再進(jìn)行攪拌摩擦加工，把粗大的鑄造組織轉(zhuǎn)變成細(xì)晶超塑性結(jié)構(gòu)，建立鑄造+ 均勻化熱處理+攪拌摩擦加工新方法。與軋制(擠壓)+攪拌摩擦加工方法 相比，本發(fā)明工藝明顯縮短細(xì)晶超塑性材料的制備工藝流程、降低制造成本； 與鑄造+攪拌摩擦加工方法相比，本發(fā)明方法可制備出更均勻的細(xì)晶超塑性材 料，明顯提高材料的超塑性性能。因此，有理由相信這種新的細(xì)晶超塑性材料 制備工藝在高強(qiáng)度合金超塑成型方面將有著廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例l使用8亳米厚的7075鋁合金鑄態(tài)板材，在460°C進(jìn)行24小時(shí)均勻化退火 處理后再進(jìn)行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)速度100亳米/分 鐘的加工參數(shù)下，獲得晶粒尺寸3微米的均勾細(xì)晶結(jié)構(gòu)。超塑性拉伸試驗(yàn)顯示, 在35(M70t:的溫度區(qū)間內(nèi)均獲得良好的超塑性性能，在470t:沒(méi)有異常晶粒長(zhǎng)大，仍可得到700%的超塑性。最大超塑性為1050%，在450C和lxl(r、"的高應(yīng)變速率下取得。 比較例1使用8亳米厚的7075鋁合金鑄態(tài)板材直接進(jìn)行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速 1200轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)速度100亳^/分鐘的參數(shù)下獲得平均晶粒尺寸3-5微米的細(xì) 晶結(jié)構(gòu)，但晶粒尺寸和第二相粒子分布不是非常均句。超塑性拉伸試驗(yàn)表明， 加工后的7075鋁合金在4(XM50"C的溫度范圍內(nèi)均獲得超塑性，高于450t:由于 組織不均勻造成異常晶粒長(zhǎng)大，超塑性消失。最大超塑性為600%,在45(TC和 lxlO、'1的髙應(yīng)變速率下取得。使用6亳米厚的2024鋁合*態(tài)板材，在490°C進(jìn)行12小時(shí)均勻化退火 處理后再進(jìn)行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)速度100毫米/分鐘 的參數(shù)下獲得晶粒尺寸4.5微米的均勻細(xì)晶結(jié)構(gòu)。取得的最M塑性為450%, 在430'C和3xlO'3s"的應(yīng)變速率下取得。比較例2使用6亳米厚的2024鋁合，態(tài)板材，在工具轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)， 100毫米/分鐘的參數(shù)下進(jìn)行攪拌摩擦加工，加工后晶粒尺寸和第二相粒子分布 不是非常均勻，平均晶粒尺寸大約為5-7微米。取得的最大超塑性為300%，在 43(TC和3xlO'3s"的應(yīng)變速率下取得。實(shí)施例3使用6亳米厚的Mg-Zn-Y-Zr鑄態(tài)板材，在420°C進(jìn)行10小時(shí)均勻化退火 處理后再進(jìn)行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)速度100亳米/分鐘的參數(shù)下獲得晶粒尺寸5微米的均勻細(xì)晶結(jié)構(gòu)。取得的最大超塑性為550%，在 450C和3xl(T3s"的應(yīng)變速率下取得。 比較例3使用6亳米厚的Mg-Zn-Y-Zr鑄態(tài)板材，在工具轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)速度 100亳米/分鐘的參數(shù)下進(jìn)行攪拌摩擦加工，加工后晶粒尺寸和第二相粒子分布 不是非常均勻，平均晶粒尺寸大約為5-7微米。取得的最大超塑性為400%,在 45(TC和3xl0 1的應(yīng)變速率下取得。實(shí)施例4使用5亳米厚的Zn-22A1鑄態(tài)板材，在200°C進(jìn)行8小時(shí)均勻化退火處理后 再進(jìn)行攪拌摩擦加工，在工具轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)速度100毫米/分鐘的參數(shù) 下獲得晶粒尺寸3微米的均勻細(xì)晶結(jié)構(gòu)。在16(TC和lxl(yV1的應(yīng)變速率下取得 350%的超塑性。比較例4使用5亳米厚的Zn-22A1鑄態(tài)板材，在工具轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)速度100 亳米/分鐘的參數(shù)下進(jìn)行攪拌摩擦加工，力口工后晶粒尺寸分布不是非常均句，平 均晶粒尺寸大約為3-5微米。在160t:和lxlO'Y1的應(yīng)變速率下取得240%的超 塑性。
權(quán)利要求
1、一種短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法，其特征在于過(guò)程如下合金鑄造成型后進(jìn)行均勻化熱處理，以改善成分偏析和組織不均勻性，均勻化熱處理溫度為(0.7-0.85)Tm，其中Tm是材料以開爾文表示的熔點(diǎn)溫度，時(shí)間是10-24小時(shí)；然后進(jìn)行攪拌摩擦加工。
2、 按照權(quán)利要求1所述短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法，其特征在于攪拌 摩擦加工工藝參數(shù)為，加工工具轉(zhuǎn)速40(M500轉(zhuǎn)/分鐘、行進(jìn)* 50400毫米/ 分鐘。
3、 按照權(quán)利要求1所述短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法，其特征在于所述 合M括鋁合金、鎂合金、鋅合金、銅合金。
全文摘要
一種短流程細(xì)晶超塑性材料制備方法，其特征在于使用鑄態(tài)合金作為起始材料，在均勻化熱處理后，進(jìn)行攪拌摩擦加工，把粗大、疏松、不均勻的鑄造組織轉(zhuǎn)變成均勻、致密的細(xì)晶超塑性結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C21D1/34GK101333583SQ20071001188
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者劉峰超, 馬宗義 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所