一种无铅铝合金的热处理方法 【技术领域】
一种无铅铝合金的热处理方法，涉及一种含Sn、Bi，不含Pb的变形铝合金的热处理方法。
背景技术
铅作为铝合金的一种合金元素，主要用于2XXX和6XXX系合金，以提高合金的可加工性，但是由于铅污染带来的废料回来问题，使得从二十世纪九十年代开始一些发达国家的铝业公司开始研究无铅的易加工铝合金，研究者们研究采用其它合金元素来替代铝合金中的铅，这些替代元素包括Si，Mn，Fe以及Ni等。如Kaiser markets采用Sn来替代6262中的Pb，设计了其内部牌号为KA62合金，与6262合金相比，该合金的物理性能和加工性能为B级。Reynolds则采用In和Sn替代6262合金中的Pb和Bi，这些合金元素在铝合金中形成了人们所期望的低熔点共晶相，且加工性能比6262有所提高；Kobe Steel公司则主要采用调整传统合金元素，尤其是Si，Mn，Fe以及Ni的含量来提高加工性能，研究结果表明，合金的Si含量降低可以提高合金的加工性能，并在此基础上变化2017和6061的Si含量分别设计了KE2和KE6。Reynolds金属公司研究了添加Ti和In取代AA6262合金中的Bi和Pb，得到了加工性能和传统6262相当的合金材料，随后公司又研究加入Bi和In来代替Pb，并在2001年申请了美国专利。
为使无铅铝合金性能达到或与2XXX或6XXX系合金性能相当，需要对这种新的合金进行适当的热处理，目前，对于成熟应用的特种成分的无铅铝合金有特殊的热处理工艺参数均处于保密状态，没有工业化的无铅铝合金的生产和热处理工艺披露。
【发明内容】
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效合金的力学性能的无铅铝合金的热处理方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种无铅铝合金的热处理方法，其无铅铝合金以铋，锡，铜，硅和铬为合金元素，铝为基体，其合金的质量百分比组成包括为：Si：0.4％-0.8％；Cu：0.15％-0.40％；Mg：0.8％-1.2％；Sn：0.4％-0.9％；Bi：0.4％-0.9％；Cr：0.04％-0.142％；Zn：≤0.25％；Mn：≤0.15％；Ti：≤0.10％，余量为铝及不可避免的杂质元素；其特征在于其热处理过程的步骤包括：
(1)将合金锭在热处理炉中，535±2℃温度下，保温60min，进行固溶热处理；
(2)将固溶热处理后的合金锭进行室温水淬；
(3)将水淬后的合金锭在165±2℃温度下，保温10h，进行时效处理；
(4)出炉冷却后，空冷至室温；再进行冷加工(冷拔)，冷加工拔变形量为0-4％。
本发明的方法，高温固溶的目的是在高温条件下使Cu和Mg有效地溶入铝基体中，为后面的人工时效创造条件。因此在本发明中选择高温固溶温度为535±2℃，保温60min，如果温度低于此温度，Cu和Mg不能最大限度地溶入基体铝中，达不到最大强化效果，如果温度高于此温度或保温时间太长，一方面使得原始晶粒快速长大，别一方面可能引起过烧，这两方面都会降低固溶强化效果。
对于过饱和的Al-Cu-Mg合金，在时效过程中的时效序列为GP区——针状Mg2Si非平衡相——片状Mg2Si平衡相，在等温时效过程中，析出相的数量随时效时间的延长而增加。本发明时效工艺为：时效温度：165±2℃，保温10h。如果温度低于此温度，Al-Cu-Mg化合物和Mg2Si相不能全部析出，反之如果温度高于此温度，会使析出的Al-Cu-Mg化合物和Mg2Si相长大，增加了合金中的空位，降低了时效强化效果；时效保温时间太短，会使析出相数量减少，保温时效超过10小时，析出相的增加不明显，但能耗增加，产品成本上升。
时效后的合金进行冷加工，一方面使挤压后产品的尺寸精度提高，另一方面进一步提高了变形合金的力学性能。
本发明的方法的优点在于：1、经过本发明热处理后的合金，具有优异的机械性能以及优异的抗腐蚀性和可焊接性；2、经过冷加工后的合金，尺寸精度高，力学性能得到更大的提高；3、热处理过程能耗少，生产成本低。
此类合金的热处理主要包括固溶处理和时效析出两个阶段，固溶处理的目的是使合金元素最大限度地溶入铝基体，时效处理的目的是使合金元素尽可能地以细小均匀地强化相析出。
本发明效果：经过本发明热处理后的变形铝合金，比热处理前合金的力学性能有了极大的提高，同时减少了合金的残余应力，合金的抗腐蚀性和可焊接性与含Pb的6262合金相当；经过冷加工后的合金，尺寸精度高，力学性能得到更大的提高；发明所述的热处理工艺能耗少，生产成本低，具有较强的工业可操作性。
【具体实施方式】
一种无铅铝合金的热处理方法，这种无铅铝合金是以镁，铋，锡，铜，硅和铬为主要合金元素，并含有其它不可避免的杂质元素。其基本组成为：Si：0.4-0.8％；Cu：0.15-0.40％；Mg：0.8-1.2％；Sn：0.4-0.9％；Bi：0.4-0.9％；Cr：0.04-0.142％；Zn：≤0.25％；Mn：≤0.15％；Ti：≤0.10％，余量为铝；为提高合金的强度，对合金进行热处理，其热处理工艺流程为热处理炉升温到设定温度——装炉——固溶处理(升温——保温)——淬火——时效处理(到温装炉，升温——保温)——出炉空冷——冷加工。其固溶温度为535±2℃，保温60min，水淬；时效温度为165±2℃，保温10h，空冷；冷变形量0-4％。
实施例1
挤压后的合金热处理后进行冷加工。具体工艺流程为：热处理炉升温到设定温度(535±2℃)——装炉——固溶处理(升温10℃/min——保温60min)——淬火(淬火转移时间5-10s)——时效处理(到温装炉，升温3℃/min——保温10h)——出炉空冷。
实施例2
挤压后的合金热处理后进行冷加工。具体工艺流程为：热处理炉升温到设定温度(535±2℃)——装炉——固溶处理(升温10℃/min——保温60min)——淬火(淬火转移时间5-10s)——时效处理(到温装炉，升温3℃/min——保温10h)——出炉空冷——冷加工(变形量0.5％)。
实施例3
挤压后的合金热处理后进行冷加工。具体工艺流程为：热处理炉升温到设定温度(535±2℃)——装炉——固溶处理(升温10℃/min——保温60min)——淬火(淬火转移时间5-10s)——时效处理(到温装炉，升温3℃/min——保温10h)——出炉空冷——冷加工(变形量3.0％)。
实施例4
挤压后的合金热处理后进行冷加工。具体工艺流程为：热处理炉升温到设定温度(535±2℃)——装炉——固溶处理(升温10℃/min——保温60min)——淬火(淬火转移时间5-10s)——时效处理(到温装炉，升温3℃/min——保温10h)——出炉空冷——冷加工(变形量4.0％)。
表1力学性能