一種適用于半固態觸變變形鋁合金二次加熱的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種適用于半固態觸變變形鋁合金二次加熱的制備方法，其具體步驟為：首先將變形鋁合金半固態坯料加熱到第一段式二次加熱溫度，即變形鋁合金的固相線溫度附近，保溫5?lOmin,然后快速升溫到最終設定的第二段式二次加熱溫度后，再保溫15?20min。本發明的優點在于：兩段式二次加熱不僅可以保證半固態坯料受熱均勻，促進非枝晶組織球化完整，還可以進一步防止枝晶粗化。
【專利說明】一種適用于半固態觸變變形鋁合金二次加熱的制備方法 【【技術領域】】
[0001] 本發明涉及變形鋁合金【技術領域】，具體地說，是一種適用于半固態觸變變形鋁合 金二次加熱的制備方法。 【【背景技術】】
[0002] 半固態金屬成形技術是將合金在固相線和液相線溫度區間進行加工成最終產品 的一種嶄新的工藝，綜合了凝固加工和塑性加工的長處。半固態觸變成形工藝包括坯料制 備、二次加熱及最終的觸變成形三個技術環節，二次加熱是半固態觸變成形最為關鍵的一 環，在整個觸變成形工藝過程中起著承上啟下的作用。二次加熱的目的主要是快速精確地 獲得成形工藝所需的固相體積分數和大小適當的類球狀組織，為觸變成形創造有利條件。 半固態二次加熱獲得的非枝晶組織對后續成形工藝及制品的質量有重要影響，因此，對二 次加熱工藝進行研究和改進是半固態觸變成形的重要研究內容，開展有關半固態二次加熱 成形工藝的理論和技術研究，將有助于推動半固態成形技術的不斷發展。
[0003] 目前，主要采用電阻爐加熱、電磁感應加熱、直流電流短路加熱及鹽浴爐重熔加熱 等對半固態金屬坯料進行常規二次加熱，其中電阻爐加熱和電磁感應加熱最為常用，常規 的二次加熱即將坯料直接加熱到預設的二次加熱溫度。采用一般的電阻爐對半固態坯料進 行常規的一步式二次加熱存在加熱不均勻，不能保證坯料的重熔加熱精度等問題。電阻爐 二次加熱法因其操作簡單，多用于實驗室中。電磁感應加熱利用中頻感應加熱爐進行加熱， 加熱時間短，生產效率高，是一種被廣泛應用于工業生產中的二次加熱方法。但電磁感應加 熱受集膚效應和端部效應的影響，電磁感應線圈的設計依賴于半固態合金的種類、坯料的 尺寸及加熱溫度等，沒有普遍適用性。雖然可以保證坯料的加熱溫控精度，滿足具有一定加 熱速度的要求，但是電磁感應加熱的能源效率很低。 【
【發明內容】
】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種適用于半固態觸變變形鋁合金 二次加熱的制備方法，即將變形鋁合金半固態坯料先加熱到固相線附近適當保溫一定時 間，然后再升高溫度至最終預設的位于固、液兩相區間的加熱溫度，進而對半固態組織的演 化進行優化控制的工藝獲得組織均勻、近球形、晶粒大小適中具有一定固相分數的半固態 二次加熱組織。
[0005] 本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：
[0006] -種適用于半固態觸變變形鋁合金二次加熱的制備方法，其具體步驟為：
[0007] 首先將變形鋁合金半固態坯料加熱到第一段式二次加熱溫度，即變形鋁
[0008] 合金的固相線溫度附近，保溫5?lOmin，然后快速升溫到最終設定的第
[0009] 二段式二次加熱溫度后，再保溫15?20min。
[0010] 所述的第一段式二次加熱溫度為固相線溫度附近（Ts±10K)，即
[0011] 第一段式二次加熱溫度：Ts_c，Ts，Ts+c
[0012] 其中，Ts為固相線溫度，參數c為一個溫度常數，c優選為10K。
[0013] 所述的第二段式二次加熱溫度：預設的變形鋁合金最終二次加熱溫度Τκ。
[0014] 所述的保溫時間均為坯料中心溫度到達設定溫度后的保溫時間，便于區分不同坯 料大小對保溫時間需求的不同。
[0015] 與現有技術相比，本發明的積極效果是：
[0016] 該變形鋁合金的兩段式二次加熱不僅可以保證半固態坯料受熱均勻，促進非枝晶 組織球化完整，還可以進一步防止枝晶粗化。 【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0017] 圖1變形鋁合金6061兩段式二次加熱微觀組織（845, 5min-907K，15min)
[0018] 圖2變形鋁合金6061兩段式二次加熱微觀組織（855, 5min-907K，15min)
[0019] 圖3變形鋁合金6061兩段式二次加熱微觀組織（865, 5min-907K，15min)
[0020] 圖4不同二次加熱工藝條件下獲得的變形鋁合金6061半固態微觀組織：
[0021] (a)常規二次加熱（907K，20min);
[0022] (b)兩段式二次加熱（855K，5min-907K，15min) 【【具體實施方式】】
[0023] 以下提供本發明一種適用于半固態觸變變形鋁合金二次加熱的制備方法的具體 實施方式。
[0024] 實施例1
[0025] 變形鋁合金6061半固態觸變坯料的兩段式二次加熱工藝：
[0026] 第一段式二次加熱溫度：845K
[0027] 第二段式二次加熱溫度：907Κ
[0028] 在第一段二次加熱過程中先保溫5min，然后按照ΙΟΚ/min的升溫速率將溫度升高 到預定的二次加熱溫度907K，再保溫15min，試樣完成兩段式二次加熱之后，立刻將試樣進 行水淬，保留二次加熱時的半固態組織，獲得的微觀組織如圖1所示。溫度從845K到907K， 從圖中可以觀察到細小的晶界及晶粒內部包含的部分液相，固相晶粒形狀為不規則的類球 狀體，在第一段加熱過程中，溫度低于固相線溫度IOK保溫，固溶合金元素，組織更加均勻、 穩定，避免組織粗化，促進后續第二次加熱過程中非枝晶組織的球化和液相的出現。
[0029] 實施例2
[0030] 變形鋁合金6061半固態觸變坯料的兩段式二次加熱工藝：
[0031] 第一段式二次加熱溫度：855K
[0032] 第二段式二次加熱溫度：907Κ
[0033] 在第一段二次加熱過程中先保溫5min，然后按照ΙΟΚ/min的升溫速率將溫度升高 到預定的二次加熱溫度907K，再保溫15min，試樣完成兩段式二次加熱之后，立刻將試樣進 行水淬，保留二次加熱時的半固態組織，獲得的微觀組織如圖2所示。溫度從855K到907K， 第一次加熱溫度為固相線溫度，從圖中可以看到固相顆粒基本球化完成而且尺寸均勻，大 部分液相出現在液相邊界處，有利于固相顆粒的球化，固相顆粒內部存在少量液相。
[0034] 實施例3
[0035] 變形鋁合金6061半固態觸變坯料的兩段式二次加熱工藝：
[0036] 第一段式二次加熱溫度：865K
[0037] 第二段式二次加熱溫度：907Κ
[0038] 在第一段二次加熱過程中先保溫5min，然后按照ΙΟΚ/min的升溫速率將溫度升高 到預定的二次加熱溫度907K，再保溫15min，試樣完成兩段式二次加熱之后，立刻將試樣進 行水淬，保留二次加熱時的半固態組織，獲得的微觀組織如圖3所示。從圖中可以看出，溫 度從865K到907K，第一次加熱溫度高于固相線10K，在保溫過程中部分液相融化，促進固相 顆粒的球化，在兩段式加熱完成之后，從圖中可以看到固相顆粒球化完成，液相存在于固相 顆粒內部及固相顆粒邊界處。
[0039] 利用常規二次加熱方法制備得到的變形鋁合金6061的半固態組織如圖4(a)所 示，其加熱溫度為907K，保溫時間為20min ;從圖中可以看出明顯的固、液兩相，滿足含有一 定固相分數的要求，但固相顆粒形狀非常不規則，晶粒尺寸大小不均，晶粒的聚合長大比較 明顯，同時晶粒內部出現大量的內含液相。這種固、液兩相的不均勻分布及不規則的固相 顆粒形狀不利于觸變成形，大顆粒的內含液相很可能導致縮松、縮孔等缺陷，影響最終半固 態成形制件的質量。利用兩段式二次加熱方法獲得的變形鋁合金6061的半固態組織如圖 4(b)所示，其中第一段式二次加熱溫度為6061的固相線溫度855K，保溫5min，然后按照 ΙΟΚ/min的升溫速率將溫度升高到預定的二次加熱溫度907K，再保溫15min ;從圖中可以 看出，兩段式二次加熱方法獲得的半固態微觀組織的固相顆粒球化完整、大小適中、尺寸均 勻，固相顆粒的聚合長大不明顯，而且固相顆粒內部含有比較少量的內含液相，適合于觸變 成形。
[0040] 從以上實例可以看出，變形鋁合金觸變坯料的兩段式二次加熱工藝為：首先將坯 料加熱到固相線溫度附近，然后改變溫度達到預定的最終二次加熱溫度后，再保溫一段時 間。利用兩段式二次加熱方法獲得適合于觸變成形的變形鋁合金半固態非枝晶組織，在改 善二次加熱工藝的基礎上，獲得了理想的半固態非枝晶組織，固相顆粒球化完整且尺寸均 勻，這對于半固態組織力學性能的提高和觸變成形工藝的改進具有重要的指導作用。
[0041] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人 員，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為 本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種適用于半固態觸變變形鋁合金二次加熱的制備方法，其具體步驟為：首先將變 形鋁合金半固態坯料加熱到第一段式二次加熱溫度，即變形鋁合金的固相線溫度附近，保 溫5?lOmin，然后快速升溫到最終設定的第二段式二次加熱溫度后，再保溫15?20min。
2. 如權利要求1所述的一種適用于半固態觸變變形鋁合金二次加熱的制備方法，其特 征在于，所述的第一段式二次加熱溫度為固相線溫度附近為Ts±10K，即第一段式二次加熱 溫度：Ts _c，Ts，Ts+c 其中，Ts為固相線溫度，參數C為一個溫度常數，C優選為10K。
3. 如權利要求1所述的一種適用于半固態觸變變形鋁合金二次加熱的制備方法，其特 征在于，所述的第二段式二次加熱溫度：預設的變形鋁合金最終二次加熱溫度Τ κ。
4. 如權利要求1所述的一種適用于半固態觸變變形鋁合金二次加熱的制備方法，其特 征在于，所述的保溫時間均為坯料中心溫度到達設定溫度后的保溫時間。
【文檔編號】C22F1/04GK104213058SQ201410233929
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月29日 優先權日:2014年5月29日
【發明者】路貴民, 王姣姣, 于建國 申請人:華東理工大學