一种用于A356铝合金的脉冲磁场热处理方法与流程

一种用于a356铝合金的脉冲磁场热处理方法
技术领域
1.本发明属于合金技术领域，具体涉及一种用于a356铝合金的脉冲磁场热处理方法。


背景技术：

2.a356铝合金属于al-si-mg系合金，不仅具有优秀的铸造流动性，还具有良好的耐腐蚀性和机械性能等特点，被广泛应用于汽车、船舶和航空工业等领域。a356铝合金铸件需要配合t6热处理，经过t6热处理可以使零件获得较好的显微组织和优良的力学性能。
3.常规的t6热处理包括3～7h的固溶处理和2～5h的时效处理，a356铝合金经过固溶处理能够使铝合金的强化元素充分且均匀地溶解到基体中，从而获得过饱和固溶体；在时效处理过程中，第二相从基体中均匀析出，使铝合金α-al晶粒尺寸、共晶硅尺寸和二次枝晶臂间距减小。进而改善合金的组织，提高合金性能。
4.虽然经过t6热处理能够使a356铝合金获得良好的力学性能，但是t6热处理需要时间较长，需要5～12h，严重制约a356铝合金铸件的生产效率。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种用于a356铝合金的脉冲磁场热处理方法，本发明提供的热处理方法能够在保证a356铝合金力学性能的同时大大缩短热处理的时间。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于a356铝合金的脉冲磁场热处理方法，包括以下步骤：
7.将a356铝合金铸件在脉冲磁场条件下依次进行固溶处理和时效处理；
8.所述固溶处理的保温时间为20～50min，所述时效处理的保温时间为30～60min。
9.优选的，所述脉冲磁场的强度为10～50mt，所述脉冲磁场的占空比为10～60％，所述脉冲磁场的频率为10～60hz。
10.优选的，所述固溶处理包括依次进行固溶加热、固溶保温和固溶后冷却。
11.优选的，所述固溶保温的温度为525～550℃。
12.优选的，所述固溶加热的升温速率为10～20℃/min
13.优选的，所述时效处理包括依次进行时效加热、时效保温和时效后冷却。
14.优选的，所述时效保温的温度为155～195℃。
15.优选的，所述时效加热的升温速率为10～20℃/min。
16.优选的，所述铝合金铸件包括a356铝合金铸件包括a356铝合金转向节类铸件或a356铝合金轮辋类铸件。
17.优选的，所述热处理用装置包括石英管4，置于所述石英管中的陶瓷板5，位于石英管外表面两侧的加热装置3，与所述加热装置相邻的脉冲磁场发生装置2，与所述加热装置3连接的水冷系统1。
18.本发明提供了一种用于a356铝合金的脉冲磁场热处理方法，包括以下步骤：将
a356铝合金铸件在脉冲磁场条件下依次进行固溶处理和时效处理；所述固溶处理的时间为20～50min，所述时效处理的时间为30～60min。本发明在固溶处理加热阶段施加脉冲磁场，提升体系的吉布斯自由能，提高si和mg等强化元素在基体中的溶解、扩散速率，在短时间内获得过饱和固溶体。在时效处理加热阶段，脉冲磁场降低合金第二相析出的热力学能垒，提高第二相的形核率，使得第二相加速析出和长大。本发明在脉冲磁场中进行热处理促进铝合金晶粒细化，减小合金的二次枝晶臂间距，改善共晶硅和mg2si的球化效果，进而使a356铝获得良好的力学性能。本发明在磁热耦合作用下进行热处理大大缩短了热处理的时间，a356铝合金的热处理时间仅为50～110min。
附图说明
19.图1为实施例中采用的脉冲磁场热处理用装置结构示意，其中1为水冷系统，2为脉冲磁场发生装置，3为加热装置，4为石英管，5为陶瓷板，6为待处理样品；
20.图2为实施例1中热处理后的a356铝合金的sem图；
21.图3为对比例1中热处理后的a356铝合金的sem图。
具体实施方式
22.本发明提供了一种用于a356铝合金的脉冲磁场热处理方法，包括以下步骤：
23.将a356铝合金铸件在脉冲磁场条件下依次进行固溶处理和时效处理。
24.在本发明中，所述铝合金铸件优选包括a356铝合金转向节类铸件或a356铝合金轮辋类铸件更优选为a356铝合金转向节铸件。本发明对所述铝合金铸件的加工方法无特殊要求，采用本领域常规的方式制备得到即可。
25.在本发明中，所述脉冲磁场的强度优选为10～50mt，更优选为20～40mt；所述脉冲磁场的占空比优选为10～60％，更优选为20～40％；所述脉冲磁场的频率优选为10～60hz，更优选为20～40hz。在本发明中，所述脉冲磁场的平均电流优选为10～60a，更优选为20～40a。
26.本发明优选在磁场条件下升温至固溶处理和时效处理所需温度。
27.在本发明中，所述固溶处理优选包括依次进行固溶加热、固溶保温和固溶后冷却；所述固溶加热的升温速率优选为10～20℃/min，更优选为12～16℃/min；所述固溶保温的温度优选为525～550℃，更优选为535～545℃；所述固溶保温的时间为20～50min，优选为30～40min。本发明优选在固溶保温阶段施加脉冲磁场。
28.在本发明中，所述固溶后冷却优选为水冷。在本发明中，所述水冷优选为将固溶保温后的样品浸泡于水中；所述水的温度优选为20～35℃，更优选为25～30℃；所述浸泡的时间优选为5～8s，更优选为6～7s。
29.在本发明中，所述时效处理优选包括依次进行时效加热、时效保温和时效后冷却；所述时效加热的升温速率优选为10～20℃/min，更优选为13～16℃/min。在本发明中，所述时效保温的温度优选为155～195℃，更优选为160～190℃；所述时效保温的时间为30～60min，优选为40～50min。本发明优选在时效保温阶段施加脉冲磁场。
30.在本发明中，所述时效后冷却优选为水冷或空冷，更优选为空冷；所述时效后冷却的温度优选为20～35℃，更优选为25～30℃。
31.本发明对所述热处理的装置无特殊要求，只要加热的同时能够提供脉冲磁场即可。
32.在本发明的实施例中，所述热处理用装置结构示意图为图1，所述热处理用装置包括石英管4，置于所述石英管中的陶瓷板5，位于石英管外表面两侧的加热装置3，与所述加热装置3相邻的脉冲磁场发生装置2，所述加热装置3连接的水冷系统1。本发明将待处理样品6置于陶瓷板5表面。本发明优选利用加热装置3控制热处理温度，本发明利用水冷系统1控制磁场线圈不发生过热。
33.本发明在热处理的固溶保温和时效保温过程中添加脉冲磁场，在磁场和热场耦合的作用下促使铝合金的晶粒尺寸和二次枝晶臂间距降低，共晶硅均匀分布，尺寸细小，球化效果明显。脉冲磁场和热场耦合的方式加快析出物的析出，大幅缩短了热处理的时间，使a356铝合金的热处理时间不超过1.5h，极大地提高了生产效率。同时能够在保持合金强度不降低的前提下，提升伸长率。提高合金力学性能的同时缩短了热处理的时间。
34.为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
35.实施例1
36.开启加热装置3，按照15℃/min的升温速率使石英管4中温度升至540℃，将a356铝合金转向节类铸件6置于陶瓷板5表面后将陶瓷板5置于石英管4中，开启脉冲磁场发生装置2，限定脉冲磁场强度为33mt，占空比为20％，频率为20hz，平均电流为20a，保持石英管中温度为540℃，进行固溶保温30min；将固溶保温后的样品于温度为30℃的水中浸泡7s；
37.开启加热装置3，使石英管中温度升至185℃，将水冷后样品再次置于陶瓷板5表面，通过调节脉冲磁场发生装置2、加热装置3和水冷系统1使石英管处于脉冲磁场强度为33mt，占空比为20％，频率为20hz，平均电流为20a，温度为185℃的条件下进行时效保温50min；将时效保温后样品取出在空气中冷却至25℃，得到热处理后的a356铝合金转向节类铸件。
38.对比例1
39.将a356铝合金转向节类铸件在540℃下固溶保温处理450min后水冷；将水冷后样品在175℃时效保温处理250min后空冷至室温，得到热处理后的a356铝合金铸件。
40.对实施例1中热处理后的a356铝合金进行扫描电镜检测，得到sem图，如图2所示；对对比例1中热处理后的a356铝合金进行扫描电镜检测，得到sem图，如图3所示。
41.利用image-pro plus软件检测实施例1和对比例1热处理后a356铝合金的二次枝晶臂间距、共晶硅平均直径、共晶硅平均面积和共晶硅长径比，其结果列于表1中。
42.按照gb/t 228.1-2010检测实施例1和对比例1热处理后a356铝合金的抗拉强度和伸长率，其结果列于表1中。
43.表1实施例1和对比例1热处理后a356铝合金的微观组织特点及力学性能
[0044][0045]
结合表1和图2～3可以看出，在脉冲磁场的影响下，共晶硅的主要形态为椭圆状，且以小颗粒最多，分布均匀且球化效果明显，表明脉冲磁场可以降低共晶硅的尺寸，提高共晶硅球化程度，改善a356铝合金的组织。
[0046]
由表1可以看出，本发明提供的热处理方法较常规热处理方法虽然对a356铝合金抗拉强度影响较小，但是显著提高了伸长率。
[0047]
实施例1的热处理时间为80min，对比例1热处理的时间为700min，本发明提供的热处理方法大幅减少了热处理时间，同时a356铝合金的组织更均匀，共晶硅球化度更高。
[0048]
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

技术特征：
1.一种用于a356铝合金的脉冲磁场热处理方法，包括以下步骤：将a356铝合金铸件在脉冲磁场条件下依次进行固溶处理和时效处理；所述固溶处理的保温时间为20～50min，所述时效处理的保温时间为30～60min。2.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，所述脉冲磁场的强度为10～50mt，所述脉冲磁场的占空比为10～60％，所述脉冲磁场的频率为10～60hz。3.根据权利要求1述热处理方法，其特征在于，所述固溶处理包括依次进行固溶加热、固溶保温和固溶后冷却。4.根据权利要求3所述热处理方法，其特征在于，所述固溶保温的温度为525～550℃。5.根据权利要求3所述热处理方法，其特征在于，所述固溶加热的升温速率为10～20℃/min。6.根据权利要求1述热处理方法，其特征在于，所述时效处理包括依次进行时效加热、时效保温和时效后冷却。7.根据权利要求6所述热处理方法，其特征在于，所述时效保温的温度为155～195℃。8.根据权利要求6所述热处理方法，其特征在于，所述时效加热的升温速率为10～20℃/min。9.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，所述铝合金铸件包括a356铝合金铸件包括a356铝合金转向节类铸件或a356铝合金轮辋类铸件。10.根据权利要求1所述热处理方法，其特征在于，所述热处理用装置包括石英管(4)，置于所述石英管中的陶瓷板(5)，位于石英管外表面两侧的加热装置(3)，与所述加热装置相邻的脉冲磁场发生装置(2)，与所述加热装置(3)连接的水冷系统(1)。

技术总结
本发明属于合金技术领域，具体涉及一种用于A356铝合金的脉冲磁场热处理方法。本发明提供的热处理方法，包括以下步骤：将铝合金铸件在脉冲磁场条件下依次进行固溶处理和时效处理；所述固溶处理的保温时间为20～50min，所述时效处理的保温时间为30～60min。在固溶处理保温阶段施加脉冲磁场，提升体系的吉布斯自由能，提高Si和Mg等强化元素在基体中的溶解、扩散速率，在短时间内获得过饱和固溶体。在时效处理保温阶段，脉冲磁场降低合金第二相析出的热力学能垒，提高第二相的形核率，使得第二相加速析出和长大。在脉冲磁场中进行热处理大大缩短了热处理的时间，对A356铝合金的热处理时间仅为50～110min。间仅为50～110min。间仅为50～110min。


技术研发人员：刘永珍 赵旭东 潘浩 秦永刚 刘峰 胡朝晟 麻永林 宫美娜
受保护的技术使用者：包头汇众铝合金锻造有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/25