阅读说明：本技术 一种提高Al-Mg系合金表面强度的处理方法 (Treatment method for improving surface strength of Al-Mg alloy ) 是由 刘清陈 王泽辉 杨林 王璐 乙姣姣 徐明沁 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种提高Al-Mg系合金表面强度的处理方法,包括如下顺序步骤：(1)对Al-Mg系合金材料进行表面处理,清洗,烘干；(2)步骤(1)完成后,将所述Al-Mg系合金材料置于450℃～500℃的加热炉中保温30min～40min进行预热处理；(3)所述预热处理完成后立即进行搅拌摩擦加工处理；(4)最后进行轧制成型处理。本发明方法能够进一步细化表层晶粒,达到提高Al-Mg系合金材料表面强度的目的；还能延长搅拌头寿命,提高搅拌摩擦加工处理的生产效率,降低生产成本。(The invention relates to a treatment method for improving the surface strength of Al-Mg series alloy, which comprises the following steps in sequence: (1) carrying out surface treatment, cleaning and drying on the Al-Mg alloy material; (2) after the step (1) is finished, placing the Al-Mg alloy material in a heating furnace at 450-500 ℃ for heat preservation for 30-40 min for preheating treatment; (3) immediately carrying out stirring friction processing after the preheating processing is finished; (4) and finally, carrying out rolling forming treatment. The method can further refine surface layer crystal grains and achieve the purpose of improving the surface strength of the Al-Mg alloy material; the service life of the stirring head can be prolonged, the production efficiency of friction stir processing is improved, and the production cost is reduced.)

一种提高Al-Mg系合金表面强度的处理方法

技术领域

本发明涉及合金材料加工技术领域，具体涉及一种提高Al-Mg系合金表面强度的处理方法。

背景技术

由于镁能与铝、铜、锌等金属构成高强度合金，因此，镁是重要的合金元素。特别是在铝合金应用方面，在铝合金中加入金属镁，能够使合金更轻、比强度更高。Al-Mg系合金(5000系铝合金)、Al-Mg-Si系合金(6000系铝合金)、Al-Zn-Mg系合金(7000系铝合金)中金属镁是主要的添加元素，被大量添加。其他的如Al-Cu系合金(2000系铝合金)、Al-Mn系合金(3000系铝合金)的一部分不使用镁作为主要添加元素的合金中也添加有少量镁。

在铝中添加镁的主要原因是铝对镁的固溶度大，能产生固溶硬化而提高铝合金的强度。Al-Mg系合金具有较高的比强度、耐蚀性、良好的成形性和可焊接性，在现代建筑、交通运输、航空航天、军工制造、机械、电力电子和家用电器等领域有着广泛的应用。A5052铝合金中镁添加量为2.2％～2.8％，具有中等强度、耐腐蚀性好，主要用于车辆和建筑等领域；A6061铝合金中镁添加量为0.8％～1.2％，主要用于船舶、车辆、工业型材、压力容器等领域。然而同时这些行业领域对Al-Mg系合金材料的性能尤其是表面性能的要求也越来越高。

搅拌摩擦加工(FSP)是由搅拌摩擦焊接(FSW)发展而来，利用搅拌头剧烈的搅拌作用，造成加工区材料发生剧烈塑性变形、混合、破碎和热暴露，实现材料微观组织的细化、均匀化和致密化。但搅拌摩擦加工后的零件表面存在明显的残余应力与微裂纹，导致Al-Mg系合金在应用过程中容易开裂，降低了合金的应用范围。

发明内容

为了解决采用搅拌摩擦加工后Al-Mg系合金材料表面存在明显的残余应力与微裂纹而导致材料容易开裂的技术问题，而提供一种提高Al-Mg系合金表面强度的处理方法。本发明的处理方法能够提高Al-Mg系合金材料表面强度。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种提高Al-Mg系合金表面强度的处理方法，包括如下顺序步骤：

(1)对Al-Mg系合金材料进行表面处理，清洗，烘干；

(2)步骤(1)完成后，将所述Al-Mg系合金材料置于450℃～500℃的加热炉中保温30min～40min进行预热处理；与固溶处理不同，随着温度的升高，合金材料出现强度、硬度下降的“软化”现象，预热能够降低合金材料的搅拌摩擦阻力；

(3)所述预热处理完成后立即进行搅拌摩擦加工处理；

(4)最后进行轧制成型处理。

进一步地，步骤(1)中所述表面处理的方法是：室温下对Al-Mg系合金材料进行打磨去皮，先用氢氧化钠溶液浸泡，再用硝酸溶液浸泡；所述清洗采用酒精清洗。氢氧化钠和硝酸处理的目的都是为了去除Al-Zn合金表面的氧化皮Al₂O₃，氧化皮能够与氢氧化钠和硝酸反应，先用氢氧化钠处理后，过量的碱以用硝酸中和，同时硝酸进一步去除氧化皮，之后用酒精冲洗干净。

更进一步地，所述氢氧化钠溶液的浓度为40g/L～60g/L，所述浸泡的时间为2min～3min；所述硝酸溶液的浓度为20g/L～50g/L，所述浸泡的时间为1min～2min。

进一步地，步骤(3)中所述搅拌摩擦加工处理的搅拌头倾斜角为2°、搅拌头旋转速度1200r/min～1500r/min、搅拌头轴肩压下量为0.2mm～0.5mm，所述Al-Mg系合金的进给速度为50mm/min～80mm/min。

进一步地，步骤(4)中所述轧制成型处理为至少一道次的轧制过程，每道次压下量为20％～50％。

进一步地，步骤(4)中所述轧制成型处理为冷轧和/或热轧。

更进一步地，所述热轧的温度为300℃～400℃。当冷轧对材料性能提升效果不明显的时候可进行热轧。

有益技术效果：

本发明的处理方法操作过程易控，搅拌摩擦加工前将Al-Mg系合金材料在450℃～500℃下进行预热处理，使Al-Mg系合金材料内部发生再结晶，消除存在的残余应力与缩孔缩松等微观缺陷，提高材料的塑性变形能力；在此温度下进行搅拌摩擦加工处理，搅拌摩擦可以细化合金材料的表面层晶粒，提高合金材料的表面硬度，使表面强度提高；在预热处理后进行搅拌摩擦能够降低合金材料的搅拌摩擦阻力，使搅拌头受到的作用力减小，延长搅拌头寿命，同时综合考虑搅拌头倾斜角度、搅拌头旋转速度，搅拌头轴肩压下量等因素，加大材料的进给速度，能够提高搅拌摩擦加工处理的生产效率，降低生产成本；最后进行轧制以弥补搅拌摩擦加工后的残余应力和微裂纹等缺陷，同时进一步细化表层晶粒，达到提高Al-Mg系合金材料力学性能的作用。

附图说明

图1为实施例2经过步骤(3)和(4)后的样品实物图；其中a为经过步骤(3)搅拌摩擦加工后得到的样品；b为经过步骤(4)两道次压下量30％的轧制后的样品；c为在b上切割的拉伸试样；d为拉伸试样在搅拌摩擦处的断裂状态。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

实施例1

一种提高Al-Mg系合金——5052铝合金表面强度的处理方法，包括如下顺序步骤：

(1)取长120mm、宽60mm、厚6mm的5052铝合金板料，室温下对5052铝合金进行打磨去皮，先用浓度为40g/L的氢氧化钠溶液浸泡3分钟，后用浓度为20g/L硝酸浸泡2分钟，随后用酒精清洗，烘干；

(2)步骤(1)完成后，将所述5052铝合金板料置于450℃的加热炉中保温30min进行预热处理；

(3)对预热处理完成后的5052铝合金板料立即进行搅拌摩擦加工处理，搅拌头倾斜角为2°、搅拌头旋转速度1000r/min搅拌头轴肩压下量为0.2mm，5052铝合金板料的进给速度为35mm/min；

(4)打磨搅拌摩擦加成处理后存在的飞边，最后进行一次压下量为50％的冷轧成型处理。

实施例2

一种提高Al-Mg系合金——6061铝合金表面强度的处理方法，包括如下顺序步骤：

(1)取长120mm、宽60mm、厚6mm的6061铝合金板料，室温下对5052铝合金进行打磨去皮，先用浓度为50g/L的氢氧化钠溶液浸泡2分钟，后用浓度为30g/L硝酸浸泡1分钟，随后用酒精清洗，烘干；

(2)步骤(1)完成后，将所述6061铝合金板料置于480℃的加热炉中保温40min进行预热处理；

(3)对预热处理完成后的6061铝合金板料立即进行搅拌摩擦加工处理，搅拌头倾斜角为2°、搅拌头旋转速度1200r/min搅拌头轴肩压下量为0.5mm，6061铝合金板料的进给速度为50mm/min；

(4)打磨搅拌摩擦加成处理后存在的飞边，最后进行两道次冷轧成型处理，每道次压下量为30％。

本实施例6061铝合金经过步骤(3)和(4)处理后的样品实物如图1所示，a为经过步骤(3)搅拌摩擦加工后得到的样品；b为经过步骤(4)经过两道次压下量30％轧制后的样品；c为在b上切割的拉伸试样；d为拉伸试样在搅拌摩擦处的断裂状态。由图1可知，经过步骤(3)搅拌摩擦加工后得到的6061铝合金样品，a图中可见其表面的飞边和微裂纹缺陷较明显，然后微裂纹会对材料的力学性能有不好的影响；经过步骤(4)两道次压下量30％的轧制后的b图中，未见飞边和微裂纹的明显缺陷；按照c图进行切割拉伸试样，对得到的拉伸试样进行拉伸试验测试，从d图中可知，拉伸试样在搅拌摩擦处断裂，性能数据见表1，由于搅拌摩擦后此处试样的厚度变薄，因此会在此处断裂，但是从表1数据可知，经过本发明方法处理后强度和塑性均有提升。

对比例1

本对比例与实施例1的处理方法相同，不同之处在于未进行步骤(2)的预热处理。

对比例2

本对比例与实施例2的处理方法相同，不同之处在于未进行步骤(2)的预热处理。

对以上实施例和对比例按照现行GB/T 16865标准进行拉伸试验测试，测试项目包括屈服强度、拉伸强度和断裂伸长率。

表1Al-Mg系合金在实施例和对比例处理后的性能数据

	屈服强度(MPa)	拉伸强度(MPa)	断裂伸长率(％)
				实施例1	90	226	24
对比例1	68	206	21.5
				实施例2	102	231	25
对比例2	88	207	19

由表1可知，未进行预热处理对Al-Mg系合金的力学性能具有较大程度上不好的影响。这是由于预热处理随着温度的升高，合金材料出现强度、硬度下降的“软化”现象，降低了合金材料在后续搅拌摩擦处理过程中的阻力，这样一方面可使搅拌摩擦的效率提高、加快材料进给速度，另一方面搅拌摩擦可以细化合金材料的表面层晶粒，提高合金材料的表面硬度，使表面强度提高；在搅拌摩擦后进行轧制能够以弥补搅拌摩擦加工后的残余应力和微裂纹等缺陷，很大程度上可消除飞边、减少微裂纹，同时进一步细化表层晶粒，达到提高Al-Mg系合金材料力学性能的作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。