[发明专利]合金均匀化过程中冶金性能的优化和控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种方法，其通过在均匀化过程中预测合金转变的程度(degree of transformation)，用于在均匀化工艺过程中优化和控制合金的冶金性能(metallurgical properties)。

背景技术

铸造后，铝合金通常要进行均匀化。均匀化工艺的目的是：

1.溶解沉淀硬化相从而优化材料的最终冶金性能，该沉淀硬化相是在铸造工艺期间偏析出的。

2.将不溶相转化为优选的相，从而有利于后续的加工操作(如挤压或轧制)。

3.使得由铸造工艺产生的固溶体中的弥散相沉淀至合适的尺寸和分布，从而优化材料的最终冶金性能。

传统上，铝合金的均匀化工艺是通过将目标材料加热至预定温度范围(均热温度)并将该材料保持指定时间(均热时间)来进行控制。该控制方法要么假定材料具有恒定的加热速率，或者完全忽略在加热过程中产生的转变的量。在图1-3中以图表形式示出了该控制的传统方法。图1描述了用于上述冶金转变的假设极限(hypothetical limits)。图2描述了传统控制的目标，其在均热期间假设为等温状态。图3描述了具有动态温度和时间状态的更实际的控制目标。

传统的控制方法导致了在均匀化后，材料性能的不一致，这是由于没有考虑工艺周期的加热部分的冶金反应部分，以及批次内可能发生的变化。在相同均热时间和温度下，具有较慢加热速率的较大批量，与具有较快加热速率的较小批量相比，前者更大的温度风险。除此之外，在整个批次期间温度的变化导致难以保证该批次的最冷部分能够在进行所需冶金反应的温度下保持足够的时间，同时该批次的最热部分可能会在该温度保持太长时间，从而导致弥散相的粗化。这种情况在图2和图3之间的差别中进行了描述，其中温度作为动态量进行表示，并且通过控制范围表示，该控制范围在整个装料(load)期间每次在不同部位获得。

发明内容

本发明的一方面是提供一种在加热炉中优化和控制合金均匀化的方法。该方法包括限定转变的目标程度，从而获得合金的至少一种冶金性能。该所需的冶金性能包括，但是并不仅限于，溶解沉淀硬质相，将不溶相转化为优选的相，并且将弥散相沉淀至合适尺寸和分布状态。通过对在预定温度加热了预定量的时间的多个试样合金转变程度进行分析，通过回归分析，获得了一种转变模型(transformation model)从而用来预测合金转变的程度。该均匀化工艺通过以下方式进行控制和优化，即在整个均匀化工艺的加热和均热部分期间，步进随(incremental)时间推移监测合金的温度，从而利用转变模型步进地计算冶金转变的程度。记录冶金转变程度的每个步进计算从而获得冶金转变的总量。利用转变模型，计算出炉内的时间总量从而获得转变的目标程度。

该均匀化整合(integration)工艺确保了在整个均匀化期间在炉子的能力范围内，目标冶金反应和性能能够始终获得满足。通过由均匀化整合控制均匀化工艺，与以下性能相关的材料的冶金性能被优化至最终用户所需的目标水平：机械性能(包括，但不限于：屈服强度，极限强度，延伸率，断裂韧性和疲劳寿命)；后续操作的加工性(包括，但不限于：挤压，锻造和轧制)；和加工后最终产品的改进表面精整度。

附图说明

根据下文给出的优选实施方式的详细描述，同时结合附图说明，本发明的特征和优点是显而易见的，其中：

图1图示了利用传统控制方法的冶金转变的假设极限；

图2图示了假设在整个均热期间具有等热条件的传统控制目标；

图3图示了利用传统控制方法使用动态温度和时间条件的更实用控制目标；

图4为图表，其图示了用于开发本发明均匀化整合模型的代表性时间/温度研究；

图5为图表，其图示了利用本发明均匀化整合模型时，参数A(％转变/秒)随温度的变化关系；

图6为图表，其图示了利用本发明均匀化整合模型时，与转变速率相对于转变程度的变化关系；和

图7其图示了利用实验室均匀化得到的铸锭、均匀化整合循环得到的铸锭和标准均匀化得到的铸锭的金相检验。

具体实施方式