【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料热处理，特别是提供了一种调控2000系铝合金晶粒尺寸和析出相，进而提高合金高温强度及热稳定性的提高2000系铝合金高温力学性能的方法。
技术介绍
1、2000系铝合金存在热稳定性较好的析出相，如s相(al2cumg)、θ′相(al2cu)和ω相(al2cu)等，能够在150℃～250℃的环境中长期稳定的服役，被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。随着航天飞行器、飞机、高速列车等向轻量化、超高速、低成本的方向发展，进一步提高2000系铝合金的高温强度和热稳定性已成为本领域研究的热点。
2、目前，提高2000系铝合金高温强度和热稳定性的主要方法是调控析出相的种类和分布。例如，采用两级均匀化、多级固溶处理或提高固溶温度，以获得更多细小的析出相来提高合金的强度和热稳定性[王鹏；刘冠华；刘志义.固溶温度对al-cu-mg-ag合金显微组织与力学性能的影响[j].矿冶工程，2019，39(6)：115-119.]。采用断续时效细化晶内、晶界的析出相、改变无沉淀析出带处析出相的分布，使合金热稳定性和延伸率得到了提高[张建波；张永安；朱宝宏；等.多级断续时效对al-cu-mg-ag-zr合金组织和性能的影响[j].稀有金属，2011，35(2)：170-175.]。采用欠时效处理形成不完全析出，使过饱和溶质原子保留在基体内，高温变形时溶质原子与位错相互作用，阻碍了析出相的长大，从而提高合金的热稳定性[夏卿坤；刘志义；李云涛；等.一种al-cu-mg-ag合金欠时效态的耐热性能[j].稀有金属材料与工程，2007
3、除了析出相外，晶粒尺寸对多晶合金的高温强度和热稳定性也有很大影响。在多晶合金中，高温下晶界扩散效应的增强会使应力松弛更容易发生[naveed a,alexanderh.mechanisms of grain boundarysoftening and strain-rate sensitivity indeformation ofultrafine-grained metals at high temperatures[j].actamaterialia,2011,59:4323-4334.]。降低晶界密度(获得大尺寸晶粒)有利于改善合金的高温强度和热稳定性，但也导致晶界对位错滑移的阻碍作用下降，使合金室温强度降低。
4、因此，如何在室温力学性能不发生明显降低的前提下改善高温力学性能，是耐热铝合金研究面临的挑战之一。2000系铝合金常规的加工路径是熔铸-均匀化-变形-固溶-时效，为了保证合金析出强化效果的同时有效调控合金的晶粒尺寸，本申请提出在不改变固溶、时效制度的前提下，在固溶处理前增加一道再结晶退火工序。通过再结晶退火处理来调控合金的晶粒尺寸，再利用后续的固溶时效处理调控合金中析出相的种类及分布，从而实现晶粒尺寸和析出相形貌分布特征的合理匹配，达到提高合金高温强度及热稳定性的目的。然而，采用实验方法确定合适的再结晶退火温度和退火时间工作量大、实验周期和实验成本较高。如何快速确定使晶粒尺寸较大的再结晶退火温度是上述退火工艺的关键。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术公开了一种提高2000系铝合金高温力学性能的方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种提高2000系铝合金高温力学性能的方法，该方法具体包括以下步骤：
3、s1)根据实际生产条件对待处理铝合金的再结晶温度区间及合金相关再结晶动力学参数进行确定；
4、s2)根据s1)得到的再结晶温度区间及合金相关再结晶动力学参数确定处理铝合金的退火温度ta的取值范围；
5、s3)根据s2)得到的退火温度ta对待处理铝合金进行再结晶退火处理；
6、s4)对经过s3)处理后的铝合金再进行固溶处理；
7、s5)对经过s4)处理后的铝合金再进行时效处理，空冷后获得具有高温力学性能的铝合金。
8、进一步，所述s1)的具体步骤为：
9、s1.1)根据实际生产条件确定待处理铝合金的保温时间ta和升温速率εa，获得合金在升温速率为εa的再结晶曲线a；
10、s1.2)根据再结晶曲线a确认升温速率为εa的再结晶温度区间范围δt，即为退火温度的可选择温度范围；
11、s1.3)然后将升温速率εa升高或降低，得到升温速率为εb，获得升温速率为εb的再结晶曲线b，根据所述再结晶曲线a和再结晶曲线ab上的温度特征点确定与材料有关的再结晶动力学参数。
12、所述获得再结晶曲线的方法为硬度法或三点弯应力松弛法；
13、所述的温度特征点为再结晶开始温度tstart和终了温度tfinish；通过切线法获得。
14、进一步，所述s1.3)中的所述参数包括时间指数n、合金的再结晶活化能值qr和常数b分别通过以下公式求出，具体公式如下所示：
15、
16、式中，r为气体常数，tfinish-a为合金在升温速率εa的条件下完成再结晶时的温度值，tfinish-b为合金在升温速率εb的条件下完成再结晶时的温度值；
17、
18、式中，n为时间指数，n＞0；tstart-a和tfinish-a分别表示在给定升温速率εa下产生再结晶体积分数为xstart-a和xfinish-a的温度值；
19、
20、式中：tfinish-a表示在给定升温速率εa下产生再结晶体积分数xfinish-a的温度值。
21、进一步，所述s2)中的退火温度ta通过以下公式求出：
22、
23、式中，xa1为在给定升温速率εa下升温至ta产生的再结晶体积分数，xf为在ta等温退火ta时的体积分数，xf≈1。
24、进一步，所述s3)的具体步骤为：
25、s3.1)先将待处理铝合金以升温速率εa从室温随炉加热至ta，
26、s3.2)在ta温度下，保温ta时间后完成再结晶退火，出炉水冷至室温。
27、进一步，所述s4)中的固溶处理为单级固溶处理。
28、进一步，所述单级固溶处理的温度为480-520℃，保温时间为1-6h。
29、进一步，所述s5)中的时效处理具体为：时效处理温度为180-200℃，保温时间为2-14h。
30、进一步，所述方法处理后的铝合金在250℃测试条件下的应力松弛稳定性提高20-60％，拉伸强度提高至少10.0％-25.0％。
31、一种具有高温力学性能的铝合金，该具有高温力学性能的铝合金采用上述方法得到。
32、本申请提出了再结晶退火+固溶时效处理改善2000系铝合金高温强度和热稳定性的思路，同时给出了根据退火时间需求快速确定合适的再结晶退火温度的方法，其目的是在不明显降低合金室温强度的前提下，较大幅度地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高2000系铝合金高温力学性能的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1)的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S1.3)中的所述参数包括时间指数n、合金的再结晶活化能值Qr和常数B分别通过以下公式求出，具体公式如下所示：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S2)中的退火温度TA通过以下公式求出：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S3)的具体步骤为：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S4)中的固溶处理为单级固溶处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单级固溶处理的温度为480-520℃，保温时间为1-6h。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S5)中的时效处理具体为：时效处理温度为180-200℃，保温时间为2-14h。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法处理后的铝合金在250℃测试条件下的应力松弛稳定性提高20-6
10.一种具有高温力学性能的铝合金，其特征在于，所述具有高温力学性能的铝合金采用如权利要求1-9任意一项所述方法得到。
...【技术特征摘要】
1.一种提高2000系铝合金高温力学性能的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s1)的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述s1.3)中的所述参数包括时间指数n、合金的再结晶活化能值qr和常数b分别通过以下公式求出，具体公式如下所示：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述s2)中的退火温度ta通过以下公式求出：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述s3)的具体步骤为：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述s4)中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志豪，谢建新，赵梓尧，王志磊，许皓宸，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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