一種6061鋁合金的電流固溶時(shí)效熱處理的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種6061鋁合金的電流固溶時(shí)效 熱處理的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金主要是通過時(shí)效析出強(qiáng)化，而時(shí)效前的固溶處理對后續(xù)的時(shí)效過程具有重 要的影響，因此往往通過提高合金固溶體的過飽和程度而增加時(shí)效析出相的數(shù)量來達(dá)到提 高強(qiáng)化效果的目的。傳統(tǒng)變形組織的固溶溫度遠(yuǎn)低于非平衡低熔共晶點(diǎn)，導(dǎo)致粗大化合物 相不能徹底溶解，將對合金的綜合性能產(chǎn)生不利影響。合金淬火所獲得的溶質(zhì)過飽和程度 既與合金的成分有關(guān)，也與固溶程度有關(guān)。因此，在不提高合金元素總含量的前提下，如何 提高固溶體的過飽和度，減少粗大未溶結(jié)晶相，對提高時(shí)效析出程度和改善抗斷裂性能具 有積極意義。
[0003] 傳統(tǒng)的固溶處理是一種在低熔點(diǎn)共晶體熔化溫度下保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻 以獲得一定過飽和度的方法。隨著固溶溫度的提高和固溶時(shí)間的延長，合金固溶體的過飽 和程度會得到相應(yīng)的提高，但能耗很大。陳康華等采取逐步升溫的強(qiáng)化固溶方法，突破了低 熔點(diǎn)共晶體的共晶點(diǎn)，避免了過燒，從而提高了合金的時(shí)效析出程度并改善了抗斷裂性能。 這種強(qiáng)化固溶方法是提高鋁合金綜合性能的一個(gè)有效途徑，尤其是顯著提高了抗應(yīng)力腐蝕 性能，但并沒有顯著減少高溫固溶處理時(shí)間，即沒有降低固溶處理的能耗。
[0004] 時(shí)效處理是將固溶淬火后的工件在室溫或較高溫度下保持適當(dāng)時(shí)間，以提高其力 學(xué)性能的方法。目前常采用的時(shí)效處理工藝有:單級時(shí)效(T6)具有最高的強(qiáng)度，但晶界為鏈 狀連續(xù)的析出物，具有較高的應(yīng)力腐蝕敏感性和較低的斷裂韌性；雙級時(shí)效（T76、T74和 T73)破壞了晶界析出相的連續(xù)性，使晶粒內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生粗化，減小了應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕 敏感性，也提高了斷裂韌性，但卻犧牲了部分強(qiáng)度;三級時(shí)效(T77)可以由特殊三級時(shí)效、回 歸再時(shí)效(RRA處理)和變形熱處理三種方法實(shí)現(xiàn)，是在峰值時(shí)效后加一短時(shí)間的高溫處理 (回歸），使晶內(nèi)強(qiáng)化相重溶，然后再進(jìn)行峰值時(shí)效(再時(shí)效），使合金在保持T6狀態(tài)的強(qiáng)度的 同時(shí)獲得了接近T73狀態(tài)的抗應(yīng)力腐蝕能力。以上時(shí)效處理方法雖然在一定程度上改善了 合金的組織和性能，但仍然存在很大的能耗問題。
[0005] 劉偉等在2091鋁鋰合金均勻化過程中施加電場，發(fā)現(xiàn)第二相粒子的體積分?jǐn)?shù)減 少、尺寸變小，合金的塑性明顯改善。劉北興等發(fā)現(xiàn)在1420鋁鋰合金的預(yù)變形時(shí)效過程中施 加強(qiáng)靜電場可提高強(qiáng)度，細(xì)化彌散分布的V相。最近，何立子在強(qiáng)磁場下進(jìn)行7050高強(qiáng)合金 均勻化時(shí)，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁場可以促進(jìn)非平衡凝固的結(jié)晶相溶解，當(dāng)晶界殘余相面積分?jǐn)?shù)為5.2 % 時(shí)，施加直流電將達(dá)到這一殘余相面積分?jǐn)?shù)的均勻化溫度降低了 30°C。
[0006] 現(xiàn)有的電場處理裝置存在溫度分布不均、樣品尺寸小、設(shè)備復(fù)雜龐大的缺點(diǎn)，只能 做小塊試樣用于科學(xué)研究，沒有工程價(jià)值。在電場的施加過程中，并沒有電流的產(chǎn)生(一般 能檢測到的只有<50μπι)，而電流直接或間接地以焦耳熱效應(yīng)方式促進(jìn)了粒子的可動性，因 此可知電流對粒子運(yùn)動的效應(yīng)要大于電場效應(yīng)。但是，目前電流處理多用于Cu-Cr-Zr及鋼 鐵材料中，有關(guān)鋁合金電流時(shí)效方面的應(yīng)用極少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種6061鋁合金的電流固溶時(shí)效熱處理的工藝 方法，是一種適用于快速加熱、節(jié)約能耗的鋁合金連續(xù)固溶和時(shí)效處理工藝方法。
[0008] 本發(fā)明的6061鋁合金的電流固溶時(shí)效熱處理的工藝方法，具體包括如下步驟： [0009] 步驟1，均勻化處理：
[0010] 將6061鋁合金鑄錠放入電流熱處理爐內(nèi)，對鑄錠通入電流，加熱至550~570°C，保 溫8~12h，停止通入電流，空冷至室溫，獲得錠坯，其中，電流強(qiáng)度為1~500A，電流類型為直 流電；
[0011] 步驟2,熱擠壓：
[0012] 將錠坯放入加熱爐內(nèi)，預(yù)熱至480~520°C，保溫2~4h，出爐進(jìn)行擠壓成形，獲得方 坯，其中，擠壓速度為1.5~4.Omm/s，擠壓比為8~10,擠壓后的方坯，空冷至室溫；
[0013] 步驟3,固溶處理：
[0014] 將方坯放入電流熱處理爐內(nèi)，對方坯通入電流，加熱至555~575 °C，保溫0.5~2h， 停止通入電流，出爐在室溫下水冷，其中，電流強(qiáng)度為1~500A，電流類型為直流電；
[0015] 步驟4,時(shí)效處理：
[0016] 將方坯放入電流熱處理爐內(nèi)，對方坯通入電流，加熱至160~180°C，保溫7~24h， 停止通入電流，然后出爐空冷，其中，電流強(qiáng)度為1~500A，電流類型為直流電。
[0017]其中，
[0018]所述的電流熱處理爐為空氣循環(huán)熱處理爐；
[0019] 所述步驟1、步驟2、步驟3和步驟4中的加熱速度為1~5°C/min，由所述工件的最大 厚度尺寸確定；
[0020] 所述步驟1、步驟3和步驟4中，通入電流的方法為:在6061鋁合金或方坯的兩端，通 過銅夾具通入電流；
[0021] 所述的步驟1中，溫度為560°C，保溫時(shí)間為8h;
[0022] 所述的步驟3中，電流強(qiáng)度為500A，溫度為550°C，保溫時(shí)間為lh;
[0023] 所述的步驟4中，電流強(qiáng)度為500A，溫度為170°C，保溫時(shí)間為12h。
[0024] 由于固溶處理階段和時(shí)效階段分別或同時(shí)施加電流均會對合金的最終性能產(chǎn)生 顯著影響，所以最佳保溫時(shí)間選擇各狀態(tài)下的峰值強(qiáng)度對應(yīng)的時(shí)間。
[0025]本發(fā)明的6061鋁合金的電流固溶時(shí)效熱處理的工藝方法，有益效果為：
[0026]合理地控制電流強(qiáng)度、均勻化、固溶處理和時(shí)效處理的加熱溫度和保溫時(shí)間，在顯 著降低熱處理能耗的前提下，獲得顯著的固溶強(qiáng)化效果，最終獲得優(yōu)良力學(xué)性能的工件，應(yīng) 用于工業(yè)生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下實(shí)施例中，6061合金的化學(xué)成分見表1:
[0028] 表1 6061合金化學(xué)成分(wt. % )
[0029]
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 6061鋁合金的電流固溶時(shí)效熱處理的工藝方法，具體包括如下步驟：
[0032] 步驟1，均勻化處理：
[0033] 將尺寸為Φ 160 X 580mm的6061鋁合金鑄態(tài)圓棒放入空氣循環(huán)熱處理爐內(nèi)，對鑄錠 的兩端，通過銅夾具通入500A直流電，加熱至550°C，保溫8h，停止通入電流，爐空冷至室溫， 獲得徒還；
[0034]步驟2,熱擠壓：
[0035] 將錠坯放入加熱爐內(nèi)，預(yù)熱至500°C，保溫2h，出爐進(jìn)行擠壓成形，獲得尺寸為10X 200 X 12000mm的方坯，其中，擠壓速度為3. Omm/s，擠壓比為10，擠壓后的方坯進(jìn)行空冷，切 割；
[0036] 步驟3,固溶處理：
[0037] 將尺寸為10X20X580mm的方坯放入空氣循環(huán)熱處理爐內(nèi)，對方坯的兩端，通過銅 夾具通入電流，加熱至550°C，加熱速度為5°C/min，保溫0.5h，停止通入電流，出爐在室溫下 水冷，其中，電流為1A直流電；
[0038] 步驟4,時(shí)效處理：
[0039]將方坯放入空氣循環(huán)熱處理爐內(nèi)，對方坯的兩端，通過銅夾具通入電流，加熱至 160°C，加熱速度為5°C/min，保溫24h，停止通入電流，然后出爐空冷，其中，電流為1A直流 電。
[0040] 實(shí)施例2
[0041] 6061鋁合金的電流固溶時(shí)效熱處理的工藝方法，具體包括如下步驟：
[0042] 步驟1，均勻化處理：
[0043] 將尺寸為?160X580mm的6061鋁合金鑄態(tài)圓棒放入空氣循環(huán)熱處理爐內(nèi)，對鑄錠 的兩端，通過銅夾具通入500A直流電，加熱至550°C，保溫10h，停止通入電流，爐空冷至室 溫，獲得錠坯；
[0044] 步驟2,熱擠壓：
[0045] 將錠坯放入加熱爐內(nèi)，預(yù)熱至500°C，保溫2h，出爐進(jìn)行擠壓成形，獲得尺寸為10X 200 X 12000mm的方坯，其中，擠壓速度為3. Omm/s，擠壓比為10，擠壓后的方坯進(jìn)行空冷，切 割；
[0046] 步驟3,固溶處理：
[0047] 將尺寸為10X20X580mm的方坯放入空氣循環(huán)熱處理爐內(nèi)，對方坯的兩端，通過銅 夾具通入電流，加熱至550°C，加熱速度為5°C/min，保溫lh，停止通入電流，出爐在室溫下水 冷，其中，電流為500A直流電；
[0048] 步驟4,時(shí)效處理：
[0049]將方坯放入空氣循環(huán)熱處理爐內(nèi)，對方坯的兩端，通過銅夾具通入電流，加熱至 170°C，加熱速度為5°C/min，保溫24h，停止通入電流，然后出爐空冷，其中，電流為1A直流 電。
[0050] 實(shí)施例3
[0051] 6061鋁合金的電流固溶時(shí)效熱處理的工藝方法，具體包括如下步驟：
[0052] 步驟1，均勻化處理：
[0053] 將尺寸為?160X580mm的6061鋁合金鑄態(tài)圓棒放入空氣循環(huán)熱處理爐內(nèi)，對鑄錠 的兩端，通過銅夾具通入500A直流電，加熱至560°C，保溫12h，停止通入電流，爐空冷至室 溫，獲得錠坯；
[0054]步驟2,熱擠壓：
[0055] 將錠坯放入加熱爐內(nèi)，預(yù)熱至500°C，保溫2h，出爐進(jìn)行擠壓成形，獲得尺寸為10X 200 X 12000mm的方坯，其中，擠壓速度為3. Omm/s，擠壓比為10，擠壓后的方坯進(jìn)行空冷，切 割；
[0056] 步驟3,固溶處理：
[0057] 將尺寸為10X20X580mm的方坯放入空氣循環(huán)熱處理爐內(nèi)，對方坯的兩端，通過銅 夾具通入電流，加熱至560°C，加熱速度為5°C/min，保溫1.5h，停止通入電流，出爐在室溫下 水冷，其中，電流為1A直流電；
[0058] 步驟4,時(shí)效處理：
[0059] 將方坯放入空氣循環(huán)熱處理爐內(nèi)，對方坯的兩端，通過銅夾具通入電流，加熱至 180°C，加熱速度為5°C/min，保溫24h，停止通入電流，然后出爐空冷，其中