[发明专利]一种轻合金型材制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能轻合金型材的制造技术。

背景技术

轻合金（铝合金、镁合金等）型材因质量轻、比强度高，广泛用于建筑结构、高压输电载体、交通工具结构及其它工业结构，但现有轻合金型材制造方法通常需采用热挤压（或热轧、锻造）、冷轧/冷拔成形，中间需串插长时间的去应力退火，若想获得高的力学性能，型材最终还需长达数十小时的固溶时效热处理。因而目前轻合金型材制造工序繁多、时间冗长、耗能高。在低碳经济时代，轻合金型材制造面临一场技术革命，低能耗、短流程制造是高性能轻合金型材制造技术的发展趋势。

传统的静态时效技术是让产品在中低温环境下（通常是室温至250℃，热处理炉中或大气中）长时间放置（不进行塑性变形），基体中过饱和强化元素析出形成大量弥散分布的强化相粒子，从而使基体强化。根据静态时效温度不同，时效所需时间从十几小时至数天甚至数月不等，耗时非常长。

等径角挤压（ECAE，Equal Channel Angular Extrusion）技术是已有技术，目前只是用于实验室对材料组织演变及性能变化进行相关研究。由于产品经等径角挤压前后的形状并不改变，并不能用于成形产品。有些合金在等径角挤压过程中会有动态时效的效应，但等径角挤压技术并不等同于动态时效技术：等径角挤压是在特定的等径角挤压模具中对材料进行塑性变形，强调的是材料所发生的塑性变形过程，而动态时效技术是指利用材料在进行大量塑性变形过程因塑性变形促进强化相大量析出从而强化合金，强调的是强化相的动态析出；其塑性变形过程不只局限于等径角挤压。

动态时效（dynamically aging）技术是指合金在中低温条件下（20~300℃）进行大塑性变形过程中因塑性变形促使大量的弥散强化相从基体中析出而强化基体的一种技术，动态时效过程只需十几秒到几十秒，时间非常短。

动态时效强化的效果需在中低温下才能产生，温度高时没有此强化效果。而在中低温下，完成从铸锭到型材的形状改变非常困难，因而单独应用动态时效技术制备型材非常困难。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种减少铝合金、镁合金等高性能轻合金型材的制造工序、大大降低制造周期和能耗的轻合金型材制造方法。

技术方案：本发明的轻合金型材制造方法，包括以下步骤： 

1）在450~550℃温度条件下对轻合金铸锭进行热挤压成型；  

2）对所述步骤1）中热挤压成型的产品进行快冷处理，将温度降至动态时效处理温度，即20℃~300℃；     

3）在等径角挤压模具中对产品进行等径角挤压处理。 

本发明中，步骤1）热挤压成型的挤压比可选用5~100，挤压速度可选用5mm/s~500mm/s。

本发明中，步骤3）的等径角挤压处理的角度可选用60^o~135^o，等径角挤压次数可选用2~20次。

本发明中，步骤2）中快冷处理的时间可通过控制冷却水温度、水流量和快冷区大小进行调节，使其与挤压速度相匹配。

本发明的制造方法集成了传统热挤压技术和动态时效技术，利用等径角挤压实现在大塑性变形过程中促使合金中强化相快速析出，从而强化合金。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有以下优点： 

本发明制造方法中的等径角挤压处理步骤可在保持产品形状不变情况下实现大塑性变形，可获得超细晶粒、高性能产品。这种具有超细晶粒结构的产品，可方便进行后续的冷轧/冷拔等加工工序，无需中间去应力退火。

在大塑性变形过程中轻合金中强化相可快速析出，从而强化合金，该过程即为“动态时效”的概念，以与传统的静态时效区别。整个动态时效过程只需十几秒到几十秒，时间非常短，缩短了加工时间，提高了工作效率。

本发明集成了传统热挤压技术和动态时效技术的技术优点，完全去除了挤压变形后的时间冗长的高温固溶处理、淬火和静态低温时效处理等工艺过程，可以实现短流程制造，大大降低了制造环节的能耗。

本发明集成了动态时效技术、热挤压成形和等径角挤压技术，均匀化了材料组织，最大程度地减少甚至消除铸态组织的气孔等缺陷，弱化了传统挤压的织构，晶粒尺寸得到了显著细化，从而大幅度提高合金的综合力学性能，使强度和塑韧性同步提高，最终的合金时效硬化效果可达到T6处理（传统静态时效工艺中峰值时效工艺）。

具体实施方式