调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910483045.1 (22)申请日 2019.06.04 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北 大街西段438号 (72)发明人 胡建良王欢金淼郭宝峰 陈雷吴秀江 (74)专利代理机构 北京孚睿湾知识产权代理事 务所(普通合伙) 11474 代理人 刘翠芹 (51)Int.Cl. C22F 1/053(2006.01) C22C 21/10(2006.01) (54)发明名称 一种调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方 法 (57)摘要 本发。

2、明提供一种调控铝合金锻件晶粒组织 均匀性的方法， 其包括以下步骤： 步骤S1： 将表层 晶粒组织粗大的铝合金锻件进行低温小变形实 验； 步骤S2： 将步骤S1变形实验后获得的锻件进 行固溶热处理， 固溶温度为380480， 固溶 时间为2h4h； 步骤S3： 将步骤S2固溶热处理后 的锻件进行时效处理， 时效温度为120180 ， 时效时间为6h12h。 本发明的方法以较低温 度和较小变形量达到调控铝合金锻件晶粒组织 均匀性的目的， 为提升铝合金锻件品质提供了新 技术。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 110230014 A 2019.09.13 CN 110230014 A 1.。

3、一种调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法， 其特征在于： 其包括以下步骤： 步骤S1： 将表层晶粒组织粗大的铝合金锻件进行低温小变形实验； 其具体包括以下步 骤： S11、 从锻件厚度方向截取直径为10mm， 高度为15mm的圆柱锻件， 作为实验试件； S12、 将步骤S11得到的实验试件安装在热压缩模拟试验机的压头上， 压头与试验试件 的温度范围为150300， 以一定变形速率以及变形量对实验试件进行热压缩变形实 验； S13、 对步骤S12得到的热压缩实验试件进行金相观察， 观察该实验试件的晶粒组织均 匀性是否达到要求， 获得实验试件的晶粒组织均匀性达到要求的变形速率和变形量； S14、 利。

4、用步骤S13得到的变形速率及变形量对合金锻件进行低温小变形实验； 步骤S2： 将步骤S14变形实验后获得的锻件进行固溶热处理实验， 固溶温度为380 480， 固溶时间为2h4h； 步骤S3： 将步骤S2固溶热处理后的锻件进行时效处理， 时效温度为120180， 时效 时间为6h12h。 2.根据权利要求1所述的调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法， 其特征在于： 所述步 骤S13中热压缩变形的变形量为1030， 变形速率为0.1s-110s-1。 3.根据权利要求1所述的调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法， 其特征在于： 所述步 骤S2中固溶温度为380420， 固溶时间为2h。 4.根据权利。

5、要求1所述的调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法， 其特征在于： 所述步 骤S3中锻件进行时效处理的时效温度为120160。 5.根据权利要求1所述的调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法， 其特征在于： 所述步 骤S14中对合金锻件进行低温小变形实验能够使合金锻件产生高密度位错。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110230014 A 2 一种调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法 技术领域 0001 本发明属锻造技术领域， 涉及一种调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法。 背景技术 0002 7XXX系铝合金具有高强韧、 塑性加工性能好及可热处理强化等优点， 在车辆工业 和工兵装备， 特别是在航空航天。

6、领域得到了广泛的应用。 0003 大型合金锻件在常规热模锻工艺条件下， 锻件表层变形温度低， 变形量小， 从而导 致位错密度低， 不能为再结晶行为提供能量， 表层组织为粗大的原始晶粒组织。 而锻件心部 发生了再结晶， 能量得到释放， 晶粒组织细小均匀。 这种表层粗大晶粒组织在常规热模锻制 造的铝合金航空模锻件上广泛存在且难以避免， 使得锻件整体晶粒组织不均匀。 0004 而这类表层粗大晶粒组织会导致航空结构件服役性能的严重弱化， 通常需要通过 机械加工完全去除， 从而造成航空材料利用率大幅降低。 虽然在恒温条件下对工件以较低 速率进行大流变成形的等温模锻工艺能够提高锻件的晶粒组织均匀性， 但是。

7、， 其调控过程 具备高能耗和低效率的特点， 不适合工业大批量生产。 因此， 急需发明一种新方法， 既能有 效的实现锻件晶粒组织均匀性调控， 又能降低能耗， 提高生产效率。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法， 采用低温小 变形工艺提高锻件表层位错密度， 并结合热处理工艺促进材料发生静态再结晶， 实现了以 较小变形量调控合金锻件晶粒组织均匀性的目的， 解决了现有方法难以在较低温度和较小 变形条件下得到表层心部组织均匀的铝合金锻件的难题。 0006 具体地， 本发明提供一种调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法， 其包括以下步 骤： 0007 步骤S1： 将。

8、表层晶粒组织粗大的合金锻件进行低温小变形实验； 其具体包括以下 步骤： 0008 S11、 从锻件厚度方向截取直径为10mm， 高度为15mm的圆柱锻件， 作为实验试件； 0009 S12、 将步骤S11得到的实验试件安装在热压缩模拟试验机的压头上， 压头与试验 试件的温度范围为150300， 以一定变形速率以及变形量对实验试件进行热压缩变形 实验； 0010 S13、 对步骤S12得到的热压缩实验试件进行金相观察， 观察该实验试件的晶粒组 织均匀性是否达到要求， 获得实验试件的晶粒组织均匀性达到要求的变形速率和变形量； 0011 S14、 利用步骤S13得到的变形速率及变形量对合金锻件进行低。

9、温小变形实验； 0012 步骤S2： 将步骤S14变形实验后获得的锻件进行固溶热处理实验， 固溶温度为380 480， 固溶时间为2h4h； 0013 步骤S3： 将步骤S2固溶热处理后的锻件进行时效处理， 时效处理温度为120 160， 时效时间为6h12h。 说明书 1/5 页 3 CN 110230014 A 3 0014 优选地， 所述步骤S13中热压缩变形的变形量为1030， 变形速率为0.1s-1 10s-1。 0015 优选地， 所述步骤S2中固溶温度为380420， 固溶时间为2h。 0016 优选地， 所述步骤S3中锻件进行时效处理的时效温度为120160。 0017 优选地。

10、， 所述步骤S14中对合金锻件进行低温小变形实验能够使合金锻件产生高 密度位错。 0018 与现有技术相比， 本发明具有以下有益效果： 0019 本发明的方法实现了以较低温度和较小变形达到调控铝合金锻件晶粒组织均匀 性的目的， 为提升合金锻件品质提供了新技术。 其采用低温小变形工艺提高锻件表层位错 密度， 并结合热处理工艺促进材料发生静态再结晶， 实现了以较小变形量调控合金锻件晶 粒组织均匀性的目的， 解决了现有方法难以在较低温度和较小变形条件下得到表层心部组 织均匀的铝合金锻件的难题。 0020 本发明对经过低温小变形处理的合金锻件进行金相观察， 本发明的方法可以达到 调控合金锻件晶粒组织均。

11、匀性的目的。 另一方面， 铝合金锻件的表层粗大晶粒组织经过本 发明的方法处理后晶粒得到明显细化， 同时心部组织在固溶时效过程中没有发生明显长 大， 合金锻件表层和心部组织的晶粒尺寸趋于一致。 附图说明 0021 图1为本发明的流程示意图； 0022 图2为铝合金锻件的结构示意图； 0023 图3a为铝合金锻件表层的不均匀晶粒组织； 0024 图3b为铝合金锻件芯部的不均匀晶粒组织； 0025 图4a为实施例1采用低温小变形工艺获得的铝合金锻件表层的晶粒组织； 0026 图4b为实施例1采用低温小变形工艺获得的铝合金锻件芯部的晶粒组织； 0027 图5a为实施例1的高温短时退火+时效热处理后铝合。

12、金锻件表层的晶粒组织； 0028 图5b为实施例1的高温短时退火+时效热处理后铝合金锻件芯部的晶粒组织； 0029 图6a为实施例2采用低温小变形工艺获得的铝合金锻件表层的晶粒组织； 0030 图6b为实施例2采用低温小变形工艺获得的铝合金锻件芯部的晶粒组织； 0031 图7a为实施例2的高温短时退火加时效热处理后铝合金锻件表层的晶粒组织； 0032 图7b为实施例2的高温短时退火加时效热处理后铝合金锻件芯部的晶粒组织； 具体实施方式 0033 以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、 特征和方面。 附图中相同的附 图标记表示功能相同或相似的元件。 尽管在附图中示出了实施例的各种方面， 但。

13、是除非特 别指出， 不必按比例绘制附图。 0034 具体地， 本发明提供一种调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的方法， 本实施例中以 铝合金为例进行说明， 具体地， 其包括以下步骤： 0035 步骤S1： 将表层晶粒组织粗大的铝合金锻件进行低温小变形实验； 其具体包括以 下步骤： 说明书 2/5 页 4 CN 110230014 A 4 0036 S11、 从锻件厚度方向截取直径为10mm， 高度为15mm的圆柱锻件， 作为实验试件； 0037 S12、 将步骤S11得到的实验试件安装在热压缩模拟试验机的压头上， 压头与试验 试件的温度范围为150300， 以一定变形速率以及变形量对实验试件进行热压。

14、缩变形 实验； 0038 S13、 对步骤S12得到的热压缩后的实验试件进行金相观察， 观察该实验试件的晶 粒组织均匀性是否达到要求， 如达到要求， 获得实验试件的晶粒组织均匀性达到要求的变 形速率和变形量。 0039 如该实验试件的晶粒组织均匀性未达到要求， 重复步骤S11至步骤S13， 直至该实 验试件的晶粒组织均匀性达到要求。 0040 S14、 利用步骤S13得到的变形速率及变形量对铝合金锻件进行低温小变形实验； 0041 步骤S2： 将步骤S14变形实验后获得的锻件进行固溶热处理实验， 固溶温度为380 480， 固溶时间为2h4h； 0042 步骤S3： 将步骤S2固溶热处理后的锻。

15、件进行时效处理， 时效温度为120180， 时效时间为6h12h。 0043 优选地， 步骤S13中热压缩变形的变形量为1030， 变形速率为0.1s-110s -1。 0044 优选地， 步骤S14中对合金锻件进行低温小变形实验能够使合金锻件产生高密度 位错。 0045 优选地， 步骤S2中对铝合金锻件进行短时固溶热处理， 使得铝合金锻件表层发生 静态再结晶， 并在再结晶晶粒的晶界上析出细小弥散的第二相， 抑制再结晶晶粒的长大。 同 时， 调控固溶工艺中的温度和时间， 避免锻件心部发生晶粒粗化。 0046 优选地， 步骤S3中锻件进行时效处理包括第一级失效处理和第二级时效处理， 所 述第一级。

16、时效处理温度为120140， 所述第二级时效处理温度为140160。 0047 在实际应用中， 在常规热模锻工艺条件下， 锻件表层变形温度低， 变形量小， 从而 导致位错密度低， 不能为再结晶行为提供能量， 表层组织为粗大的原始晶粒组织， 但能量仍 存在变形组织中。 而锻件心部发生了再结晶， 能量得到释放， 晶粒组织细小均匀。 此外， 在后 续固溶时效过程中， 锻件表层高形变储能反而为第二相的形核与长大提供了驱动力， 导致 析出相尺寸粗大， 如图2所示。 显然， 这种表层粗大组织在常规热模锻制造的铝合金航空模 锻件上广泛存在且难以避免， 使得锻件整体组织不均匀。 而这类表层粗大组织会导致航空 。

17、结构件服役性能的严重弱化， 通常需要通过机械加工完全去除， 从而造成航空材料利用率 大幅降低。 0048 本发明通过低温小变形调控锻件表层位错密度， 并与后续热处理工艺相匹配， 使 锻件表层充分发生静态再结晶， 细化晶粒组织， 同时避免锻件心部晶粒发生较明显的粗化。 低温小变形工艺通过对锻件进行低温快速塑性变形， 使锻件表层获得应变的高效累积。 在 后续热处理过程中， 累积的形变储能通过静态再结晶行为释放， 防止锻件表层析出相在热 处理过程中发生异常长大。 0049 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。 0050 具体实施例1 0051 本发明是一种铝合金锻件晶粒组织均匀性低温小变。

18、形调控方法， 下面所有实施例 说明书 3/5 页 5 CN 110230014 A 5 中均选用7050铝合金锻件为对象， 其化学成分如表1所示。 0052 表1 本发明实施例1中所用材料7050铝合金的合金成分(wt.) 0053 AlZnMgCuSiFeCrMn 86.116.54.681.660.3680.2880.2620.089 0054 步骤S1： 将具有不均匀变形组织的铝合金锻件进行低温小变形， 铝合金锻件的结 构如图2所示， 变形参数为： 变形量为30， 变形温度为150， 变形速度为0.1s-1， 铝合金锻 件的不均匀组织如图3a和图3b所示， 图3a为铝合金锻件表层的不均匀。

19、晶粒组织， 图3b为铝 合金锻件芯部的不均匀晶粒组织。 0055 铝合金锻件经步骤S1处理后的组织如图4a和图4b所示， 图4a为实施例1采用低温 小变形工艺获得的铝合金锻件表层的晶粒组织， 图4b为实施例1采用低温小变形工艺获得 的铝合金锻件芯部的晶粒组织。 0056 步骤S2： 将步骤S1获得的变形后的铝合金锻件进行固溶处理， 然后立即淬火， 固溶 处理的工艺为： 将铝合金锻件加热到470保温， 保温时间为2小时。 0057 步骤S3： 将固溶后的铝合金锻件进行双级时效处理， 时效参数为： 第一级时效温度 为121， 时效时间为12小时； 第二级时效温度为177， 时效时间为12小时， 经。

20、固溶时效后 的铝合金锻件晶粒组织如图5a和图5b所示， 图5a为实施例1的高温短时退火+时效热处理后 铝合金锻件表层的晶粒组织： 图5b为实施例1的高温短时退火+时效热处理后铝合金锻件芯 部的晶粒组织。 0058 对经过低温小变形处理的铝合金锻件进行金相观察， 对比图3a、 图3b与图5a、 图5b 可知， 本发明的方法可以达到调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的目的。 0059 观察图5a和图5b发现， 铝合金锻件的表层粗大晶粒组织经过本发明的方法处理后 晶粒得到明显细化， 同时心部组织在固溶时效过程中没有发生明显长大， 铝合金锻件表层 和心部组织的晶粒尺寸趋于一致。 0060 具体实施例2 00。

21、61 本发明是一种铝合金锻件晶粒组织均匀性低温小变形调控方法， 下面所有实施例 中均选用7050铝合金锻件为对象， 其化学成分如表2所示。 0062 表2 本发明实施例2中所用材料7050铝合金的合金成分(wt.) 0063 AlZnMgCuSiFeCrMn 86.116.54.681.660.3680.2880.2620.089 0064 步骤S1： 将具有不均匀变形组织的铝合金锻件进行低温小变形， 变形参数为： 变形 量为20， 变形温度为250， 变形速度为1s-1； 铝合金锻件的不均匀组织如图2所示， 铝合金 锻件经步骤S1处理后的组织如图6a和图6b所示， 图6a为实施例2采用低温小。

22、变形工艺获得 的铝合金锻件表层的晶粒组织： 图6b为实施例2采用低温小变形工艺获得的铝合金锻件芯 部的晶粒组织。 0065 步骤S2： 将步骤S1获得的变形后的铝合金锻件进行固溶处理， 然后立即淬火， 固溶 处理的工艺为： 将铝合金锻件加热到470保温， 保温时间为4小时。 0066 步骤S3： 将固溶后的铝合金锻件进行双级时效处理， 时效参数为： 第一级时效温度 说明书 4/5 页 6 CN 110230014 A 6 为121， 时效时间为12小时； 第二级时效温度为177， 时效时间为12小时， 经固溶时效后 的铝合金锻件晶粒组织如图7a和图7b所示， 图7a为实施例2的高温短时退火和时。

23、效热处理 后铝合金锻件表层的晶粒组织； 图7b为实施例2的高温短时退火和时效热处理后铝合金锻 件芯部的晶粒组织。 0067 对经过低温小变形处理的铝合金锻件进行金相观察， 对比图3a、 图3b与图7a、 图7b 可知， 本发明的方法可以达到调控铝合金锻件晶粒组织均匀性的目的。 通过观察图7a和图 7b， 发现锻件表层组织和心部组织的再结晶程度相当， 并且表层与心部晶粒尺寸相当。 经过 4小时的高温固溶， 并未发现再结晶晶粒长大的现象。 综上所述， 本发明提出的方法能够实 现铝合金锻件的晶粒组织均匀性调控。 0068 最后应说明的是： 以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案， 而非对其 限。

24、制； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或全部技术特征进 行等同替换； 而这些修改或替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方 案的范围。 说明书 5/5 页 7 CN 110230014 A 7 图1 图2 说明书附图 1/5 页 8 CN 110230014 A 8 图3a 图3b 图4a 说明书附图 2/5 页 9 CN 110230014 A 9 图4b 图5a 图5b 说明书附图 3/5 页 10 CN 110230014 A 10 图6a 图6b 图7a 说明书附图 4/5 页 11 CN 110230014 A 11 图7b 说明书附图 5/5 页 12 CN 110230014 A 12 。