本發明屬于有色金屬材料制造技術領域，具體涉及一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝。
背景技術：
含硅硬鋁合金具有高強度、質輕及優良耐磨性能，廣泛應用于發動機活塞、多類空調壓縮機葉片及葉輪等耐磨部件。發明專利[ZL201210313325.6]公開了一種類似合金的成分。但此類鋁合金因合金元素含量高達15～25％，硬度及強度高，脆性大，很難實現其塑性加工，通常采用粉末冶金方法制備成型，大大制約其各方面的應用。目前部分企業采用的解決方法是適當降低合金含量，以提高合金塑性；并采用熔鑄方法制坯，通過塑性加工獲得各種規格的材料或制品。在這種情況下，熱處理成為關鍵工序，因為只有通過熱處理或形變熱處理，才能使合金獲得預期的高強耐磨性能。發明專利[ZL201210313190.3]公開了一種類似合金的生產工藝，采用雙級時效熱處理使合金獲得較高力學性能。但是，因為此類合金成分復雜，在熱處理過程中可能發生多種相變，形成多種第二相，包括各種強化相和硬脆雜質相，所以合金的組織與性能控制難度大，普通熱處理制度難以使合金的潛力得到充分發揮，通常情況是提高了合金的硬度與強度，結果其塑性與韌性顯著下降，反之亦然。強度和硬度不高將降低合金的耐磨性能，而塑性太差將影響后續加工及使用。因此，對于此類合金的塑性加工產品，如何通過熱處理工藝控制，使其達到良好的力學性能和耐磨性能匹配，一直是行業內尚未解決的技術難題。
技術實現要素：
本發明針對上述已有技術存在的問題，提供一種與現有技術顯著不同、包含形變的高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝。
本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，包括下述步驟：
步驟一
在525～580℃對高強耐磨Al-Si-Cu合金進行高溫熱處理，高溫熱處理后進行溫水淬火，得到高溫處理后的合金；所述溫水的溫度為40～80℃；
步驟二
對步驟一所得高溫處理后的合金進行冷變形；冷變形率控制在5～20％，得到冷變形后的合金；
步驟三
對步驟二所得冷變形后的合金進行兩次退火處理，得到成品；兩次退火處理中，第一次退火處理的溫度為280～320℃、時間為30～60分鐘，第一次退火后立即進行第二次退回處理，第二次退火處理的溫度為100～140℃、時間為480～600分鐘。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，步驟一中，所述高強耐磨Al-Si-Cu合金為經熱擠壓成形的合金半制品。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，步驟一中，在525～580℃對高強耐磨Al-Si-Cu合金進行高溫熱處理120～240分鐘，高溫熱處理后立即在40～80℃溫水中淬火。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，所述高溫熱處理的溫度條件為540～560℃、保溫時間150～210分鐘；高溫熱處理后立即50～60℃溫水中淬火。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，步驟二中所述冷變形包括冷軋或冷拉。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，步驟二中，冷變形率控制在8～15％。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，步驟三中，一次退火的溫度為280～300℃，保溫時間為30～40分鐘。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，步驟三中，第二次退火的溫度為100～120℃、保溫時間為420～510分鐘。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，步驟三中，在第一次退火完成后將材料轉移至二次退火爐進行第二次退火，轉移時間不大于10秒。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，所述高強耐磨Al-Si-Cu合金中，合金元素總含量大于等于18wt％。
作為優選方案，本發明一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝特別適用于含Si10～15wt％、優選為12.5～15wt％，Cu3.0～5.0wt％、優選為4.5～5.0wt％，Mg0.5～1.5wt％、優選為1.0～1.5wt％的鋁合金擠壓制品。
本發明的技術原理簡述如下：所述高強耐磨Al-Si-Cu合金，含有多種合金元素，可形成多種強化相，通過熱處理可使各種強化相均能均勻彌散析出，顯著提高合金的力學性能和耐磨性。第一步高溫熱處理，是為了細化晶粒，并使合金元素充分固溶于鋁基體，淬火后形成不穩定的過飽和固溶體；該系列合金脆性較大，采用溫水淬火，是為了防止半制品因淬火應力過大而開裂；第二步進行室溫冷軋或冷拉拔變形，其目的之一是校平矯直，目的之二是在半制品中形成均勻分布的應力場，以便在后續熱處理過程中促進第二相快速均勻形核并彌散析出；第三步先在較高溫度下進行退火熱處理，是為了使第二相快速形核，且形核率高；短時退火是為了防止在高溫下形核的第二相迅速聚集長大；其后快速轉移至低溫爐進行低溫長時退火，就是為了使第二相均勻彌散析出，充分發揮其強化作用。
本發明的技術優勢簡述如下：本發明提供的一種高強耐磨Al-Si-Cu合金的熱處理工藝，通過引入中間冷變形和溫水淬火，不僅使合金中的第二相得以均勻彌散析出，充分發揮其強化作用，而且有效抑制了淬火開裂傾向，并使合金保持較好韌性。且本發明的熱處理工藝操作簡便，與普通簡單熱處理工藝相比增加的成本很少。采用本發明處理后所得Al-Si-Cu合金擠壓半制品，室溫抗拉強度可達501MPa及以上，伸長率可達5％以上，平均晶粒尺寸可達20～35μm，耐磨性能優良；按本發明所設計方案所得產品的強度、加工性、耐磨性多能得到很好的兼顧。而采用常規熱處理獲得的該合金制品，抗拉強度僅為450～500MPa，伸長率達3～6％，平均晶粒尺寸可達50～120μm，耐磨性能一般，同時其強度、加工性以及耐磨性難以兼顧。
具體實施方式
以下通過實施例，對本發明的技術方案作進一步具體說明。需要說明的是，以下實施例僅用于解釋本發明，而不應視為對本發明的權利要求的范圍的限制。
實施例
經配料(Al-12.5％Si-4.5％Cu-1.2％Mg-0.7％Zn-0.3％Ni-0.03％La-0.03％Ce)、電阻爐熔煉、立式半連續鑄造、普通臥式熱擠壓，得到的一種鋁合金扁條，然后對其進行形變及熱處理。熱處理工藝及合金制品組織、性能參數見表1。在本發明的實施例中，12.5％Si表示合金中Si的質量百分含量為12.5％、4.5％Cu表示合金中Cu的質量百分含量為4.5％、1.2％Mg表示合金中Mg的質量百分含量為1.2％、0.7％Zn表示合金中Zn的質量百分含量為0.7％、0.3％Ni表示合金中Ni的質量百分含量為0.3％、0.03％La表示合金中La的質量百分含量為0.03％、0.03％Ce表示合金中Ce的質量百分含量為0.03％，余量為Al。
由表1可見，實施例1～6按照本發明的工藝進行形變及熱處理，均獲得良好的力學性能與耐磨性能，而對比例1～4，因沒有采用本發明的工藝進行熱處理，所以制品耐磨性降低或加工性能較差，甚至淬火直接開裂。上述結果表明了本發明的有效性。
表1各實施例和對比例的工藝參數及制品性能
在實施例和對比例中，需要進行兩次退火的，均按第一次退火后在10秒內轉移至第二次退火所用設備中并進行第二次退火的制度進行。