CN115094277B - 一种混晶结构铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混晶结构铝合金及其制备方法和应用,涉及异构材料技术领域。该混晶结构铝合金为含有稀土元素Er的7系铝合金,其微观组织具有如下特征:在垂直于所述混晶结构铝合金的轧制方向上,晶粒尺寸呈周期性梯度分布变化,在任意一个周期内,晶粒尺寸均从纳米尺度的细晶粒连续增加至微米尺度的粗晶粒;晶粒为不同尺度的等轴晶;晶粒内部含有不同尺度的纳米析出相,晶粒内部位错在1015m‑2以上。该混晶结构铝合金力学性能优异,可以广泛应用于航空板材或汽车板材等领域。此外,本申请提供的制备方法通过成分设计与变温轧制控制工艺使得最终成型的材料具有特殊的微观组织,显著提高了金属材料的塑性和力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及异构材料技术领域,具体而言,涉及一种混晶结构铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
异构材料作为一种常见的先进材料广泛应用于航空、航天、国防和新兴技术等高科技领域,其强韧等宏观的优异力学性能紧密依赖于其纳微尺度的微结构特征,即具有跨尺度力学行为。异构材料是指材料内部的一个区域与其他区域之间存在着极大的力学性能差异,并且这种力学性能差异可以达到100%。
典型异构包括:如梯度结构(晶粒尺寸呈梯度分布变化)、双峰结构(由两级尺寸的晶粒构成)、层片结构(大小晶粒逐层相间排列)、双相结构(软-硬相晶粒相间排列),纳米孪晶结构(晶粒的内部引入高密度孪晶界)以及多层板结构(不同性能的材料之间通过化学键结合形成,层厚在百微米以内)。其中,孪晶是指晶粒内部的两个区域呈镜面对称分布。这个对称面称为孪晶界,它可以和位错发生交互作用,从而影响材料的性能。
这些异质结构有一个共同点就是材料内部含有强度不同的单元。“异构”金属即指材料内部具有强度差异较大的微观结构单元。这些微观结构单元可能是因为晶粒尺寸、晶体结构、或者材料成分的差异而带来强度(软硬)的差异。异构材料能够兼备高强度和高塑性的能力,从而实现强度与塑性的完美匹配。
然而现有的铝合金更多的是追求结构的均一性,难以获得具有特定力学性能差异的铝合金结构。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混晶结构铝合金及其制备方法和应用。
本发明是这样实现的:
第一方面,本发明提供一种混晶结构铝合金,所述混晶结构铝合金为含有稀土元素Er的7系铝合金,其微观组织具有如下特征:在垂直于所述混晶结构铝合金的轧制方向上,晶粒尺寸呈周期性梯度分布变化,在任意一个周期内,所述晶粒尺寸均从纳米尺度的细晶粒连续增加至微米尺度的粗晶粒;所述晶粒为不同尺度的等轴晶;所述晶粒内部含有不同尺度的纳米析出相,所述晶粒内部位错在1015m-2以上。
第二方面,本发明提供一种如前述实施方式任一项所述的混晶结构铝合金的制备方法,其包括将熔体铸造成坯料,随后对所述坯料进行均匀化处理、变温轧制处理、冷轧处理、固溶淬火处理和时效处理;其中,将所述熔体铸造成所述坯料时,所述稀土元素Er是以Al-10Er合金添加到已配制好的7系铝合金熔体中,所述变温轧制处理包括对所述坯料进行多个道次的变温轧制,每道次压下量为10-30%。
第三方面,本发明提供一种如前述实施方式任一项所述的混晶结构铝合金或者如前述实施方式任一项所述的混晶结构铝合金的制备方法制备获得的混晶结构铝合金在制备航空板材或汽车板材中的应用。
本发明具有以下有益效果:
本申请提供的混晶结构铝合金,因其具有晶粒尺寸呈周期性梯度分布变化,在任意一个周期内,晶粒尺寸均从纳米尺度的细晶粒连续增加至微米尺度的粗晶粒的微观组织,该混晶结构铝合金可以同时获得较高的拉伸性能和优异的延伸率,扩大了铝合金材料的应用领域,使混晶结构铝合金可以广泛应用在航空板材或汽车板材。此外,本申请提供的制备方法通过控制变温轧制工艺使得最终成型的材料具有特殊的微观组织,显著提高了金属材料的塑性和力学性能。
附图说明
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。
图1为本申请实施例1提供的混晶结构铝合金的变温轧制处理时芯部到表层的温度变化曲线图;
图2为本申请实施例1提供的混晶结构铝合金的微观组织三维图;
图3为本申请实施例1提供的混晶结构铝合金的微观组织在RD-ND方向上的示意图;
图4为本申请实施例1提供的混晶结构铝合金局部区域TEM图;
图5为本申请实施例1提供的混晶结构铝合金T6、T4态性能曲线图;
图6为本申请实施例1提供的混晶结构铝合金的晶粒内部析出相的示意图;
图7为本申请实施例1提供的混晶结构铝合金的晶粒内部位错的示意图。
具体实施方式
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。
本发明提供了一种混晶结构铝合金,其为含有稀土元素Er的7系铝合金,其微观组织具有如下特征:
在垂直于混晶结构铝合金的轧制方向上,晶粒尺寸呈周期性梯度分布变化,在任意一个周期内,晶粒尺寸均从纳米尺度的细晶粒连续增加至微米尺度的粗晶粒;混晶结构铝合金按质量百分数计,细晶粒占60-70%,粗晶粒占30-40%;晶粒为不同尺度的等轴晶;细晶粒的平均晶粒尺寸为80-400nm,粗晶粒的平均晶粒尺寸为1-10μm。
请参阅图6,晶粒内部含有不同尺度的纳米析出相;晶粒内的析出相的尺寸为1-50nm,析出相的种类包括GP区、η’相、η相、Al3Zr和Al3Er中的一种或多种;
请参阅图7,晶粒内部存在位错,位错在1015m-2以上。
稀土元素Er的添加量为0.1-0.6%;优选地,稀土元素Er的添加量为0.2-0.3%;优选地,混晶结构铝合金的化学成分按质量百分数计包括Si<0.06%、Fe<0.08%、Cu 2.2-2.4%、Mn<0.1%、Mg 2.0-2.2%、Cr<0.01%、Zn 7.8-8.2%、Ti<0.02%、Zr 0.10-0.15%、Er 0.2-0.3%以及余量的Al。从图2-4可以看出,稀土元素Er分布于细晶粒区域,由于稀土铝合金动态再结晶(DRX)温度较高,且通常存在大量细小弥散析出相,可以钉扎晶界,抑制DRX晶粒长大,因此在稀土铝合金中易于形成混晶组织。本申请中通过添加稀土元素Er,其产生的Al3Er相可以促进DRX晶粒形核,进而提高细晶区域的体积分数,达到调控混晶组织的目的,从而形成细晶粒占60-70%,粗晶粒占30-40%的混晶结构铝合金。
目前,铝合金中加入稀土元素Er主要起到的是细化晶粒以提升铝合金性能的作用。然而本申请发现,通过向铝合金中加入稀土元素Er,其会在铸造凝固过程中存在不均匀有规律的分布,具体来说,稀土元素Er倾向分布于二次枝晶的附近(即细晶粒区域),在后续热轧的过程中,二次枝晶的地方容易断裂形成细结晶,也即是,含有稀土元素Er的地方晶粒较小,易于形成细晶粒,而不含稀土元素Er的地方晶粒较大,易形成粗晶粒。因此,细晶粒内含有Er的量与Er总量的质量百分比大于80%。
从图4和图5可以看出,本申请提供的混晶结构铝合金的T6态抗拉强度为690-710MPa,屈服强度为650-690MPa,延伸率≥15%;T4态抗拉强度为580-640MPa,屈服强度为480-540MPa,延伸率≥29%。该混晶结构铝合金具有良好了抗拉强度和屈服强度,延伸率高,力学性能优异,混晶结构铝合金的力学性能与细晶体积分数关系密切,晶界强化对强度的贡献可用如下修正后的Hall-Petch公式表达:
其中:
ffine和df—细晶体积分数和细晶平均晶粒尺寸;
fcoarse和dc—粗晶体积分数和粗晶平均晶粒尺寸;
σ0,f和kf—细晶区域与细晶材料相关的常数;
σ0,c和kc—粗晶区域与粗晶材料相关的常数。
上述表明通过提高混晶结构中细晶区域体积分数对合金屈服强度提高具有显著作用。
进一步地,根据相关粗细晶变形特点的研究,具有独立、镶嵌结构特点的粗晶比具有连续、相互连通的粗晶具有更有利于发挥出HDI强化的效果,进而可以在粗晶内部积累更多的位错;同时,由于粗细晶界面的存在,镶嵌结构的粗晶内部存在较高的应力梯度,较大的应力可以阻碍位错滑移的速度,导致加工硬化较低。虽然位错滑移受到阻碍导致加工硬化率较低,但并不影响粗晶内部积累位错总量,整体来看材料依然可以获得较高的塑性。由此可见,通过提升细晶区域体积分数的方法可以充分发挥混晶结构优势,获得高强度的同时实现较高的塑性。本申请中,通过加入稀土元素Er,并结合特定的变温轧制工艺使得细晶区域的体积分数得到显著提升,从而获得细晶粒占60-70%,粗晶粒占30-40%的混晶结构铝合金,其具有高强度高塑性的优异性能。
此外,本发明提供了一种混晶结构铝合金的制备方法,其包括如下步骤:
(1)将熔体铸造成坯料。
将熔体铸造成坯料时,稀土元素Er是以Al-10Er合金添加到已配制好的7系铝合金熔体中,铸造坯料是用于获得含有Er不均匀的凝固组织,该凝固组织为含有二次枝晶的晶粒,稀土元素Er分布于细晶粒区域。
(2)对坯料进行均匀化处理。
均匀化处理包括420℃×5h+465℃×10h+478℃×24h。
(3)变温轧制处理。
变温轧制处理后可以获得含Er不均匀的粗晶和细晶组织,变温轧制处理包括对坯料进行多个道次的变温轧制,每道次压下量为10-30%,在每道次轧制后对坯料进行再加热以使坯料的表面和芯部的温度均一,接着在转移过程中冷却,由于表面散热快,芯部散热慢,从而使得表面到芯部的温度逐渐升高,再加热的加热温度随着轧制道次的增加而降低。
本申请中通过在每一道次轧制后对坯料进行再加热,再加热的方式有多种,包括但不限于直接将坯料回炉进行加热,也可以直接利用轧辊对坯料进行加热,通过调控回炉加热的炉温或者轧辊的加热温度实现对坯料按照特定的加热温度进行加热。由于温度高合金易于发生再结晶,温度低不易发生再结晶。本申请中通过控制再加热的加热温度随着轧制道次的增加而降低,可以使得坯料芯部和表面的温度差逐渐降低,由于坯料从芯部到表面的温度不同,坯料发生再结晶的程度也不同,再结合稀土元素的不均匀分布,达到调控混晶结构的目的。
进一步地,本申请中,再加热的加热温度的降低幅度先增加后降低,再加热的加热温度最高为445-450℃,再加热的加热温度最低为420-422℃;再加热的加热温度与对应道次的坯料的表面温度相同;优选地,芯部的温度为420-445℃,表面的温度为385-390℃;通过控制加热温度的降低幅度,使得不同截面区域温度改变不均一,促使合金发生再结晶程度有所差异。
优选地,具体到本申请中,本申请列出了一种典型但非限制性示例,变温轧制包括6道次轧制,其中,第一道次轧制时的温度即进行轧制时的加热温度;第二道次轧制时坯料的芯部温度为445-450℃,表面温度为385-386℃;第三道次轧制时的坯料的芯部温度为442-444℃,表面温度为386-387℃;第四道次轧制时的坯料的芯部温度为435-449℃,表面温度为387-388℃;第五道次轧制时的坯料的芯部温度为425-429℃,表面温度为388-389℃;第六道次轧制时的坯料的芯部温度为420-424℃,表面温度为389-390℃。采用上述变温轧制工艺可以通过调控不同截面区域温度存在差异,进而促使合金发生再结晶程度有所差异,温度高合金易于发生再结晶,温度低不易发生再结晶。再结合稀土元素的不均匀分布,达到调控混晶结构的目的。
本申请中通过变温轧制将铸态组织转变为加工组织,通过组织的转变使材料的塑性大幅度的提高。在变温轧制处理时,本申请同时监控下压量、再加热的温度变化、表面温度和芯部温度的温度差,使得合金在热轧时,通过粒子激发形核(particle stimulatednucleation,PSN)机制促进再结晶晶粒的产生,细化晶粒;获得更多细晶粒。回炉加热的过程会使坯料的表面温度快速升高,而芯部温度逐渐升高,由于回炉时间较短(30-45min),此时,表面温度和芯部温度不均一,具有一定温度差,表面温度高于芯部温度,表面在热轧时更容易发生再结晶,晶粒容易长大,而芯部温度较低,不易发生再结晶,因此,晶粒较小。铸造组织的梯度结构经轧制变形后由于金属的变形和再结晶,使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织,使合金内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合,其组织变得更加紧密,提高了金属材料的塑性和力学性能。
(4)冷轧处理。
将变温轧制处理后的热轧卷经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧。
(5)固溶淬火处理。
固溶淬火处理包括于450-500℃下固溶30-90min;
(6)时效处理。
时效处理包括于120-125℃下进行第一级时效处理3-6h,接着于160-165℃下进行第二级时效处理12-15h。
本申请中固溶淬火处理和时效处理可以强化析出相与位错等缺陷的相互作用,进而获得结构稳定的粗晶和细晶组织。
通过上述混晶结构铝合金的制备方法可以获得具有特定微观组织的混晶结构铝合金,该混晶结构铝合金可以同时获得较高的拉伸性能和优异的延伸率,扩大了铝合金材料的应用领域,使混晶结构铝合金可以广泛应用在航空板材或汽车板材上。
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。
实施例1
本实施例提供了一种混晶结构铝合金,其制备方法如下:
按照如下化学成分进行配料:Si<0.06%、Fe<0.08%、Cu 2.2-2.4%、Mn<0.1%、Mg 2.0-2.2%、Cr<0.01%、Zn 7.8-8.2%、Ti<0.02%、Zr 0.10-0.15%、Er 0.2-0.3%以及余量的Al。将上述成分熔炼形成熔体,熔体经铸造形成坯料。
将坯料于420℃×5h+465℃×10h+478℃×24h下进行均匀化处理。随后对坯料进行变温轧制处理,从图1可以看出,图1中芯部到表层的深度为坯料芯部到上表面的深度,也即是,坯料的厚度为对应道次深度的2倍,其中图1中深度0mm的位置表示表层,靠近深度为32mm的位置表示芯部。
其中,第一道次将厚度为100mm的坯料轧制至厚度为80mm;
接着进行再加热,再加热的温度为445℃,加热至表面温度和芯部温度均为445℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为445℃且表面温度为385℃时,进行第二道次的轧制至厚度为62mm;
接着进行再加热,再加热的温度为443℃,加热至表面温度和芯部温度均为443℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为443℃且表面温度为386℃时,进行第三道次的轧制至厚度为50mm;
接着进行再加热,再加热的温度为437℃,加热至表面温度和芯部温度均为437℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为437℃且表面温度为387℃时,进行第四道次的轧制至厚度为40mm;
接着进行再加热,再加热的温度为427℃,加热至表面温度和芯部温度均为427℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为427℃且表面温度为388℃时,进行第五道次的轧制至厚度为28mm;
接着进行再加热,再加热的温度为422℃,加热至表面温度和芯部温度均为422℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为422℃且表面温度为389℃时,进行第六道次的轧制至厚度为14mm;
将变温轧制处理后的热轧卷经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧至2mm,随后于480℃下固溶60min,接着于121℃下进行第一级时效处理5h,接着于163℃下进行第二级时效处理13h,即获得混晶结构铝合金。
对本实施例获得的混晶结构铝合金进行微观组织分析,请参阅图2-4,从图2-图4可以看出,本实施例获得的混晶结构铝合金在垂直于混晶结构铝合金的轧制方向上,其晶粒尺寸呈周期性梯度分布变化,在任意一个周期内,晶粒尺寸均从纳米尺度的细晶粒连续增加至微米尺度的粗晶粒,其中,细晶粒的平均晶粒尺寸为80-400nm,粗晶粒的平均晶粒尺寸为1-10μm,细晶粒的占比大于粗晶粒的占比,其中,细晶粒约占60-70%,粗晶粒约占30-40%。本申请的晶粒具有不同尺度,包含有细晶粒和粗晶粒,基本上所有的晶粒均为等轴晶;并且该晶粒内部含有不同尺度的纳米析出相,析出相的尺寸为1-50nm,析出相的种类包括GP区、η’相、η相、Al3Zr和Al3Er中的一种或几种;此外,本申请的晶粒内部位错在1015m-2以上。
经检测,请参阅图5,本实施例提供的混晶结构铝合金的T6态抗拉强度为709MPa,屈服强度为686MPa,延伸率为15%;T4态抗拉强度为600MPa,屈服强度为485MPa,延伸率为29%。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同,区别仅在于变温轧制的参数不同:
第一道次将厚度为100mm的坯料轧制至厚度为80mm;
接着进行再加热,再加热的温度为450℃,加热至表面温度和芯部温度均为450℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为450℃且表面温度为386℃时,进行第二道次的轧制至厚度为60mm;
接着进行再加热,再加热的温度为444℃,加热至表面温度和芯部温度均为444℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为444℃且表面温度为387℃时,进行第三道次的轧制至厚度为45mm;
接着进行再加热,再加热的温度为439℃,加热至表面温度和芯部温度均为439℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为439℃且表面温度为388℃时,进行第四道次的轧制至厚度为35mm;
接着进行再加热,再加热的温度为429℃,加热至表面温度和芯部温度均为429℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为429℃且表面温度为389℃时,进行第五道次的轧制至厚度为20mm;
接着进行再加热,再加热的温度为424℃,加热至表面温度和芯部温度均为424℃时停止加热,随后冷却至坯料芯部的温度为424℃且表面温度为390℃时,进行第六道次的轧制至厚度为10mm。
将变温轧制处理后的热轧卷经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧至3mm,随后于480℃下固溶60min,接着于121℃下进行第一级时效处理5h,接着于163℃下进行第二级时效处理13h,即获得混晶结构铝合金。
经检测,请参阅图5本对比例提供的材料的T6态抗拉强度为694MPa,屈服强度为657MPa,延伸率为15%;T4态抗拉强度为594MPa,屈服强度为480MPa,延伸率为29%。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同,区别仅在于时效处理的参数不同:本实施例于125℃下进行第一级时效处理4h,接着于160℃下进行第二级时效处理15h。
对本实施例获得的材料进行微观组织分析,发现仍为梯度结构。
经检测,本对比例提供的材料的T6态抗拉强度为705MPa,屈服强度为681MPa,延伸率为14%;T4态抗拉强度为585MPa,屈服强度为500MPa,延伸率为27%。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同,区别仅在于,本对比例中采用常规热轧技术进行热轧处理。
具体地,本对比例中的热轧处理包括:每道次下压至实施例1对应的厚度时,回炉加热,每次回炉加热的温度保持一致,均为450℃。
对本对比例获得的材料进行微观组织分析,发现为粗晶组织。
经检测,本对比例提供的材料的T6态抗拉强度为580MPa,屈服强度为535MPa,延伸率为10%;T4态抗拉强度为480MPa,屈服强度为350MPa,延伸率为15%。
综上所述,本申请提供的混晶结构铝合金,因其具有晶粒尺寸呈周期性梯度分布变化,在任意一个周期内,晶粒尺寸均从纳米尺度的细晶粒连续增加至微米尺度的粗晶粒的微观组织,该混晶结构铝合金可以同时获得较高的拉伸性能和优异的延伸率,扩大了铝合金材料的应用领域,使混晶结构铝合金可以广泛应用在航空板材或汽车板材。此外,本申请提供的制备方法通过控制热轧工艺使得最终成型的材料具有特殊的微观组织,显著提高了金属材料的塑性和力学性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种混晶结构铝合金,其特征在于,所述混晶结构铝合金为含有稀土元素Er的7系铝合金,其微观组织具有如下特征:在垂直于所述混晶结构铝合金的轧制方向上,晶粒尺寸呈周期性梯度分布变化,在任意一个周期内,所述晶粒尺寸均从纳米尺度的细晶粒连续增加至微米尺度的粗晶粒;所述晶粒为不同尺度的等轴晶;所述晶粒内部含有不同尺度的纳米析出相,所述晶粒内部位错在1015m-2以上;
所述混晶结构铝合金按质量百分数计,所述细晶粒占60-70%,所述粗晶粒占30-40%;所述细晶粒的平均晶粒尺寸为80-400nm,所述粗晶粒的平均晶粒尺寸为1-10μm;
所述稀土元素Er分布于细晶粒区域;所述细晶粒内含有稀土元素Er的量占所述稀土元素Er总量的质量百分比大于80%;
所述混晶结构铝合金的化学成分按质量百分数计包括Si<0.06%、Fe<0.08%、Cu2.2-2.4%、Mn<0.1%、Mg 2.0-2.2%、Cr<0.01%、Zn 7.8-8.2%、Ti<0.02%、Zr 0.10-0.15%、Er 0.2-0.3%以及余量的Al。
2.根据权利要求1所述的混晶结构铝合金,其特征在于,所述晶粒内的所述析出相的尺寸为1-50nm,所述析出相的种类包括GP区、η’相、η相、Al3Zr和Al3Er中的一种或几种。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的混晶结构铝合金的制备方法,其特征在于,其包括将熔体铸造成坯料,随后对所述坯料进行均匀化处理、变温轧制处理、冷轧处理、固溶淬火处理和时效处理;其中,将所述熔体铸造成所述坯料时,所述稀土元素Er是以Al-10Er合金添加到已配制好的7系铝合金熔体中,所述变温轧制处理包括对所述坯料进行多个道次的变温轧制,每道次压下量为10-30%;所述变温轧制包括在每道次轧制后对所述坯料进行再加热以使所述坯料的表面和芯部的温度均一,接着冷却使得表面到芯部的温度逐渐升高,所述再加热的加热温度随着轧制道次的增加而降低。
4.根据权利要求3所述的混晶结构铝合金的制备方法,其特征在于,所述再加热的加热温度的降低幅度先增加后降低,所述再加热的加热温度最高为445-450℃,所述再加热的加热温度最低为420-422℃;所述再加热的加热温度与对应道次的所述坯料的表面温度相同。
5.根据权利要求4所述的混晶结构铝合金的制备方法,其特征在于所述芯部的温度为420-445℃,所述表面的温度为385-390℃。
6.根据权利要求4所述的混晶结构铝合金的制备方法,其特征在于所述再加热的方式包括回炉加热或轧辊加热。
7.根据权利要求4所述的混晶结构铝合金的制备方法,其特征在于所述变温轧制包括6道次轧制,
第一道次轧制时的温度即铸造成所述坯料时的温度;
第二道次轧制时所述坯料的芯部温度为445-450℃,表面温度为385-386℃;
第三道次轧制时的所述坯料的芯部温度为442-444℃,表面温度为386-387℃;
第四道次轧制时的所述坯料的芯部温度为435-449℃,表面温度为387-388℃;
第五道次轧制时的所述坯料的芯部温度为425-429℃,表面温度为388-389℃;
第六道次轧制时的所述坯料的芯部温度为420-424℃,表面温度为389-390℃。
8.根据权利要求4所述的混晶结构铝合金的制备方法,其特征在于,所述固溶淬火处理包括于450-500℃下固溶30-90min。
9.根据权利要求4所述的混晶结构铝合金的制备方法,其特征在于,所述时效处理包括于120-125℃下进行第一级时效处理3-6h,接着于160-165℃下进行第二级时效处理12-15h。
10.一种如权利要求1-2任一项所述的混晶结构铝合金或者如权利要求3-9任一项所述的混晶结构铝合金的制备方法制备获得的混晶结构铝合金在制备航空板材或汽车板材中的应用。
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Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102796973A (zh) * | 2012-08-13 | 2012-11-28 | 北京有色金属研究总院 | 一种改善7xxx系铝合金微观组织和综合性能的多级时效处理方法 |
RU2011129486A (ru) * | 2011-07-15 | 2013-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты) |
CN105331858A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-02-17 | 江苏大学 | 高强高韧超细晶铝合金的制备方法 |
CN109797326A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-24 | 南京玖铸新材料研究院有限公司 | 一种高强耐热铝合金及其制备方法 |
CN109985922A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 南京理工大学 | 一种多晶粒尺度强化镁合金材料的制备方法 |
CN110343909A (zh) * | 2018-04-08 | 2019-10-18 | 南京理工大学 | 一种多晶粒尺度强化层片结构铝合金的制备方法 |
CN110343886A (zh) * | 2018-04-08 | 2019-10-18 | 南京理工大学 | 一种多晶粒尺度强化铝合金材料的制备方法 |
CN110546287A (zh) * | 2017-02-01 | 2019-12-06 | Hrl实验室有限责任公司 | 具有晶粒细化剂的铝合金、及其制备和使用方法 |
CN112746256A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-05-04 | 南京理工大学 | 高强度高塑性层状异构铝基复合材料及其制备方法 |
CN114086042A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-25 | 河海大学 | 一种微剪切带诱导形成多样混晶结构的高强韧铝合金及其制备方法和应用 |
CN114411072A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-29 | 中南大学 | 一种梯度结构铝合金材料及其制备方法 |
CN114619033A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 上海交通大学 | 一种多尺度混晶异构铝合金材料及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080145691A1 (en) * | 2006-12-14 | 2008-06-19 | General Electric | Articles having a continuous grain size radial gradient and methods for making the same |
CN110885942B (zh) * | 2019-12-17 | 2021-05-07 | 中铝材料应用研究院有限公司 | 一种适用于热冲压成形-淬火一体化工艺的中强7xxx系铝合金板材 |
CN112375999B (zh) * | 2020-11-13 | 2022-05-17 | 贵州电网有限责任公司 | 一种在铝合金材料中获得复合纳米结构的形变热处理方法 |
CN113444940A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-28 | 天津忠旺铝业有限公司 | 一种高强高韧耐蚀7055铝合金中厚板材的制备方法 |
CN113667912B (zh) * | 2021-09-26 | 2022-02-01 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种大规格铝合金板材及其制备方法 |
-
2022
- 2022-07-11 CN CN202210812476.XA patent/CN115094277B/zh active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2011129486A (ru) * | 2011-07-15 | 2013-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Ультрамелкозернистые алюминиевые сплавы для электротехнических изделий и способы их получения (варианты) |
CN102796973A (zh) * | 2012-08-13 | 2012-11-28 | 北京有色金属研究总院 | 一种改善7xxx系铝合金微观组织和综合性能的多级时效处理方法 |
CN105331858A (zh) * | 2015-11-20 | 2016-02-17 | 江苏大学 | 高强高韧超细晶铝合金的制备方法 |
CN110546287A (zh) * | 2017-02-01 | 2019-12-06 | Hrl实验室有限责任公司 | 具有晶粒细化剂的铝合金、及其制备和使用方法 |
CN109985922A (zh) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 南京理工大学 | 一种多晶粒尺度强化镁合金材料的制备方法 |
CN110343909A (zh) * | 2018-04-08 | 2019-10-18 | 南京理工大学 | 一种多晶粒尺度强化层片结构铝合金的制备方法 |
CN110343886A (zh) * | 2018-04-08 | 2019-10-18 | 南京理工大学 | 一种多晶粒尺度强化铝合金材料的制备方法 |
CN109797326A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-05-24 | 南京玖铸新材料研究院有限公司 | 一种高强耐热铝合金及其制备方法 |
CN114619033A (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-14 | 上海交通大学 | 一种多尺度混晶异构铝合金材料及其制备方法和应用 |
CN112746256A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-05-04 | 南京理工大学 | 高强度高塑性层状异构铝基复合材料及其制备方法 |
CN114086042A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-25 | 河海大学 | 一种微剪切带诱导形成多样混晶结构的高强韧铝合金及其制备方法和应用 |
CN114411072A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-29 | 中南大学 | 一种梯度结构铝合金材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
6082铝合金上摆臂件成形工艺初探;孙田田;《锻压技术》;20190821;第44卷(第8期);66-71 * |
Microstructure and tensile properties of aluminum;Lei Wu;《journal of materials research and technology》;20210721(第14期);1419-1429 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115094277A (zh) | 2022-09-23 |
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