铝合金材料的热处理工艺及高延展性铝合金材料的制作方法

1.本发明属于密封盘加工技术领域，具体涉及一种铝合金材料的热处理工艺及高延展性铝合金材料。

背景技术：

2.密封盘是空调压缩机中的重要零部件，该使用场景要求密封盘具有较好的延展性，使用过程中不会出现开裂等情况，以确保其密封性能。
3.现有技术中密封盘的加工方法一般是先将原料压铸成铸件，而后再对铸件作热处理以提升性能，如提升抗拉强度、延展性、硬度等。如公开号为cn110885943a的中国发明专利申请公开了一种高延展性高强度的稀土铝合金材料及其制备方法，该制备方法在将原料压铸成型后，采用的热处理工艺包括：(1)将样件在520℃下固溶9h；(2)将固溶后的样件进行水淬，然后在180℃时效8h；(3)将完成步骤(2)的样件空冷24h。
4.采用上述热处理工艺获得的稀土铝合金材料的抗拉强度在295-375mpa之间、延伸率在8-11％之间，硬度在80-93hbw之间。
5.又如文献(陈彬，铝合金压力铸造和挤压铸造的研究，2009年)也公开了一种铝合金材料的热处理工艺，该热处理工艺也是包括了固溶热处理步骤(540℃下固溶20h)和时效热处理步骤(150℃下时效20h)。
6.可以看出，现有技术中在对铝合金材料进行热处理时，都是遵循“固溶-水淬-时效”这个步骤去执行的，然而这种热处理工艺制备的铝合金材料其延展性仍不足，仍会出现开裂现象。

技术实现要素：

7.本发明的发明目的是提供一种铝合金材料的热处理工艺及高延展性铝合金材料，本发明提出了一种全新的热处理工艺，利用该工艺获得的铝合金材料具有优良的延展性。
8.为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：
9.一种铝合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：
10.(1)将铝合金铸件置于炉中，在1～3h内将炉温自室温升温至300～400℃；
11.(2)在300～400℃下保温4～9h；
12.(3)在2～5h内将炉温降至250～300℃；
13.(4)出炉后空冷至室温。
14.本发明摒弃了现有技术中“固溶-水淬-时效”的热处理工艺，而是将铝合金铸件升温至300-400℃后保温热处理一定时间，而后缓慢冷却至250-300℃后再出炉空冷，这种热处理工艺获得的铝合金材料具有高达35％的延伸率，延展性优异，且硬度仍保持在70-120hrh之间，抗拉强度保持在195-275mpa之间，综合性能优良。该热处理工艺增强材料延展性的机制尚不明确，推测是在上述温区内的保温处理改变了铝合金的分子排列结构，增强延展性，而缓慢降温步骤能够确保组织中不会产生过多的过渡相，避免了延伸率的迅速下
降。
15.在上述的铝合金材料的热处理工艺中，步骤(1)中，升温速率为13～150℃/h
·
mm，其中，mm表示铝合金铸件的壁厚。
16.作为优选，在上述的铝合金材料的热处理工艺中，步骤(1)中，铝合金铸件壁厚δ与升温时间t1存在以下关系：
17.(δ-2)/0.5＝(t
1-1)/(0.12～0.13)；
18.即铝合金铸件壁厚δ为2mm及2mm以下时，升温时间约为1h，铝合金铸件壁厚δ每增加0.5mm，升温时间t1即延长0.12-0.13h。
19.作为优选，在上述的铝合金材料的热处理工艺中，步骤(1)中，铝合金铸件壁厚δ与升温结束时的炉温t1存在以下关系：
20.(δ-2)/0.5＝(t
1-300)/6.25；
21.即铝合金铸件壁厚δ为2mm及2mm以下时，升温阶段结束时的炉温t1为300℃，铝合金铸件壁厚δ每增加0.5mm，升温阶段结束时的炉温t1即增加6.25℃。
22.作为优选，在上述的铝合金材料的热处理工艺中，步骤(2)中，铝合金铸件壁厚δ与保温时间t2存在以下关系：
23.(δ-2)/0.5＝(t
2-4)/(0.31～0.32)；
24.即铝合金铸件壁厚δ为2mm及2mm以下时，保温时间t2约为4h，铝合金铸件壁厚δ每增加0.5mm，保温时间t2即延长0.31～0.32h。
25.在上述的铝合金材料的热处理工艺中，步骤(3)中，降温速率为2-12.5℃/h
·
mm，其中，mm表示铝合金铸件的壁厚。
26.作为优选，在上述的铝合金材料的热处理工艺中，步骤(3)中，铝合金铸件壁厚δ与降温时间t3存在以下关系：
27.(δ-2)/0.5＝(t
2-2)/(0.18～0.19)；
28.即铝合金铸件壁厚δ为2mm及2mm以下时，降温时间t3约为2h，铝合金铸件壁厚δ每增加0.5mm，降温时间t3即延长0.18～0.19h。
29.步骤(3)中，铝合金铸件壁厚δ与降温结束时的炉温t1存在以下关系：
30.(δ-2)/0.5＝(t
1-250)/(3.12～3.13)；
31.即，铝合金铸件壁厚δ为2mm及2mm以下时，降温结束时的炉温t1约为250℃，铝合金铸件壁厚δ每增加0.5mm，降温结束时的炉温t1即增加3.12～3.13℃。
32.以上对升温速率、升温时间t1、升温结束时的炉温t1、保温时间t2、降温时间t3、降温速率和降温结束时的炉温t2的限定均是为了确保铝合金铸件在不同厚度下均能够保持性能一致。
33.作为优选，在上述的铝合金材料的热处理工艺中，按质量百分数计，所述的铝合金铸件的元素组成为：4.5-6.5％的si，0.1-0.65％的mg，0.4-0.75％的fe，0.35-0.55％的mn，余量为al。
34.作为进一步优选，在上述的铝合金材料的热处理工艺中，按质量百分数计，所述的铝合金铸件中还含有zn、cu、sn、ni、ti和cr中的至少一种，其中，各元素的含量为：0＜zn≤0.5％，0＜cu≤1.0％，0＜sn≤0.3％，0＜ni≤0.3％，0＜ti≤0.1％，0＜cr≤0.2％。
35.本发明还提供了一种高延展性铝合金材料，该铝合金材料即是采用本发明上述的
铝合金材料的热处理工艺制备而成的，该高延展性铝合金材料可以是空调压缩机中使用的密封盘。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
37.本发明摒弃了现有技术中“固溶-水淬-时效”的热处理工艺，而是将铝合金铸件升温至300-400℃后保温热处理一定时间，而后缓慢冷却至250-300℃后再出炉空冷，这种热处理工艺获得的铝合金材料具有高达35％的延伸率，延展性优异，且硬度仍保持在70-120hrh之间，抗拉强度保持在195-275mpa之间，综合性能优良。
附图说明
38.图1为采用本发明铝合金材料的热处理工艺制备的空调压缩机用密封盘的图片(局部)；
39.图2为对比例1制备的空调压缩机用密封盘的装配状态图；
40.图3为采用本发明铝合金材料的热处理工艺制备的空调压缩机用密封盘的装配状态图。
具体实施方式
41.下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。
42.实施例1
43.本实施例一种铝合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：
44.(1)将铝合金铸件置于炉中，在1h内将炉温自室温逐渐升温至300℃；
45.本实施例的铝合金铸件为空调压缩机用密封盘(图1展示了密封盘的局部图)，具体地，采用超低速压铸工艺先制备铝合金铸件，该铝合金铸件的元素组成为：4.5％的si，0.65％的mg，0.4％的fe，0.35％的mn，余量为al；
46.制得的密封盘的壁厚为2mm；
47.(2)在300℃下保温4h；
48.(3)在2h内将炉温逐渐降至250℃；
49.(4)出炉后空冷至室温。
50.实施例2
51.本实施例一种铝合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：
52.(1)将铝合金铸件置于炉中，在1.13h内将炉温自室温逐渐升温至306.25℃；
53.本实施例的铝合金铸件为空调压缩机用密封盘，具体地，采用超低速压铸工艺先制备铝合金铸件，该铝合金铸件的元素组成为：5％的si，0.4％的mg，0.6％的fe，0.55％的mn，余量为al；
54.制得的密封盘的壁厚为2.5mm；
55.(2)在306.25℃下保温4.31h；
56.(3)在2.19h内将炉温逐渐降至253.13℃；
57.(4)出炉后空冷至室温。
58.实施例3
59.本实施例一种铝合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：
60.(1)将铝合金铸件置于炉中，在1.25h内将炉温自室温逐渐升温至312.50℃；
61.本实施例的铝合金铸件为空调压缩机用密封盘，具体地，采用超低速压铸工艺先制备铝合金铸件，该铝合金铸件的元素组成为：6.5％的si，0.1％的mg，0.75％的fe，0.4％的mn，余量为al；
62.制得的密封盘的壁厚为3mm；
63.(2)在312.50℃下保温4.63h；
64.(3)在2.38h内将炉温逐渐降至256.25℃；
65.(4)出炉后空冷至室温。
66.实施例4
67.本实施例一种铝合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：
68.(1)将铝合金铸件置于炉中，在1.38h内将炉温自室温逐渐升温至318.75℃；
69.本实施例的铝合金铸件为空调压缩机用密封盘，具体地，采用超低速压铸工艺先制备铝合金铸件，该铝合金铸件的元素组成为：5％的si，0.4％的mg，0.6％的fe，0.55％的mn，0.2％的zn，0.45％的cu，0.3％的sn，0.1％的ni，0.1％的ti，0.1％的cr，余量为al；
70.制得的密封盘的壁厚为3.5mm；
71.(2)在318.75℃下保温4.94h；
72.(3)在2.56h内将炉温逐渐降至259.38℃；
73.(4)出炉后空冷至室温。
74.实施例5
75.本实施例一种铝合金材料的热处理工艺，包括以下步骤：
76.(1)将铝合金铸件置于炉中，在1.5h内将炉温自室温逐渐升温至325℃；
77.本实施例的铝合金铸件为空调压缩机用密封盘，具体地，采用超低速压铸工艺先制备铝合金铸件，该铝合金铸件的元素组成为：5％的si，0.4％的mg，0.6％的fe，0.55％的mn，0.5％的zn，0.1％的cu，0.1％的sn，0.3％的ni，0.05％的ti，0.2％的cr，余量为al；
78.制得的密封盘的壁厚为4mm；
79.(2)在325℃下保温5.25h；
80.(3)在2.75h内将炉温逐渐降至262.50℃；
81.(4)出炉后空冷至室温。
82.实施例6-17
83.实施例6-17中铝合金铸件的元素组成与实施例5相同，实施例1-17的热处理工艺中各参数如表1所示。
84.表1
[0085][0086]
对比例1
[0087]
本对比例的铝合金铸件的元素组成与实施例5相同，不同之处在于：采用与文献(陈彬，铝合金压力铸造和挤压铸造的研究，2009年)中相同的热处理工艺对铝合金铸件作热处理。
[0088]
根据实际使用时对柱头形变量的测量，对实施例1-17制得的密封盘的力学性能进行测试，测试结果如表2所示。
[0089]
表2
[0090]
产品编号延伸率(％)硬度(hrh)抗拉强度(mpa)实施例135.4％82.3217
实施例234.8％84.1199实施例335.1％80.7234实施例435.5％88.2199实施例535.7％86.1224实施例635.6％90.3230实施例735.6％92.7219实施例835.8％95.7241实施例935.7％97.8237实施例1035.5％93.7249实施例1136.1％96.5256实施例1235.8％102.4219实施例1335.9％108.7238实施例1435.6％110.9226实施例1536.2％107.4255实施例1633.6％118251实施例1734.1％102237对比例113.7％148295
[0091]
由表2可见，对比例1制得的密封盘的硬度较高，达到了121hrh，而延展性仅有13.7％；本发明各实施例的硬度虽有所降低，但延展性却到达了35-36％，综合性能优良。
[0092]
并且，如图2所示，当将对比例1的密封盘装配到空调压缩机中时，密封盘上柱头的头部在压制过程中发生了开裂；而如图3所示，当将本发明制备的密封盘装配到空调压缩机中时，柱头的头部在压制过程中不会发生开裂，表现出优异的延展性。

技术特征：

1.一种铝合金材料的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铝合金铸件置于炉中，在1～3h内将炉温自室温升温至300～400℃；(2)在300～400℃下保温4～9h；(3)在2～5h内将炉温降至250～300℃；(4)出炉后空冷至室温。2.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理工艺，其特征在于，其特征在于，步骤(1)中，升温速率为13～150℃/h
·
mm，其中，mm表示铝合金铸件的壁厚。3.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理工艺，其特征在于，其特征在于，步骤(1)中，铝合金铸件壁厚δ与升温时间t1存在以下关系：(δ-2)/0.5＝(t
1-1)/(0.12～0.13)。4.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理工艺，其特征在于，其特征在于，步骤(1)中，铝合金铸件壁厚δ与升温结束时的炉温t1存在以下关系：(δ-2)/0.5＝(t
1-300)/6.25。5.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，铝合金铸件壁厚δ与保温时间t2存在以下关系：(δ-2)/0.5＝(t
2-4)/(0.31～0.32)。6.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理工艺，其特征在于，其特征在于，步骤(3)中，降温速率为2-12.5℃/h
·
mm，其中，mm表示铝合金铸件的壁厚。7.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理工艺，其特征在于，其特征在于，步骤(3)中，铝合金铸件壁厚δ与降温时间t3存在以下关系：(δ-2)/0.5＝(t
2-2)/(0.18～0.19)；铝合金铸件壁厚δ与降温结束时的炉温t1存在以下关系：(δ-2)/0.5＝(t
1-250)/(3.12～3.13)。8.如权利要求1-7中任意一项所述的铝合金材料的热处理工艺，其特征在于，按质量百分数计，所述的铝合金铸件的元素组成为：4.5-6.5％的si，0.1-0.65％的mg，0.4-0.75％的fe，0.35-0.55％的mn，余量为al。9.如权利要求8所述的铝合金材料的热处理工艺，其特征在于，按质量百分数计，所述的铝合金铸件中还含有zn、cu、sn、ni、ti和cr中的至少一种，其中，各元素的含量为：0＜zn≤0.5％，0＜cu≤1.0％，0＜sn≤0.3％，0＜ni≤0.3％，0＜ti≤0.1％，0＜cr≤0.2％。10.一种高延展性铝合金材料，其特征在于，采用如权利要求1-9中任意一项所述的铝合金材料的热处理工艺制备而成。

技术总结

本发明公开了一种铝合金材料的热处理工艺及高延展性铝合金材料。该热处理工艺包括以下步骤：(1)将铝合金铸件置于炉中，在1～3h内将炉温自室温升温至300～400℃；(2)在300～400℃下保温4～9h；(3)在2～5h内将炉温降至250～300℃；(4)出炉后空冷至室温。本发明摒弃了现有技术中“固溶-水淬-时效”的热处理工艺，而是将铝合金铸件升温至300-400℃后保温热处理一定时间，而后缓慢冷却至250-300℃后再出炉空冷，这种热处理工艺获得的铝合金材料具有高达35％的延伸率，延展性优异，且硬度仍保持在70-120HRH，综合性能优良。综合性能优良。综合性能优良。