CN101386968B - 一种热处理后的铝合金构件的加工处理方法 - Google Patents
一种热处理后的铝合金构件的加工处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种热处理后的铝合金构件的加工处理方法，它包括粗加工、半精加工和精加工，其特征在于：所述粗加工之前要进行冷热循环处理；所述粗加工之后要进行低温时效处理；所述半精加工之后精加工之前要进行低温时效处理或冷热循环处理。本发明方法通过深冷处理和低温时效相结合的办法，有效地解决了机加工后铝合金构件的尺寸的不稳定问题，工艺步骤简单，降低了制造成本，大大提高了产品的质量和合格率，有着极大的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金的加工处理方法，具体涉及铝合金在热处理之后的加工处理方法。
背景技术
铝合金由于其优良的比强度、工艺性及耐蚀性，在各领域都得到广泛的应用。但随着各类产品精度要求越来越高，特别是航空航天、精密仪器仪表等领域，目前的制造技术手段已经面临巨大的挑战。最突出的难题即是铝合金毛坯在热处理后，常常产生很大的残余应力，在后续的机械加工过程中，随着材料的不断去除，残余应力将重新分布直至达到内应力平衡，使其的铝合金构件的加工尺寸不仅难以控制，甚至导致大量的加工产品热处理后报废。另外残余拉应力还会使热处理后的铝合金构件增加产生应力腐蚀开裂的敏感性，导致早期疲劳失效等。
目前大部分为了稳定热处理后的铝合金构件尺寸的解决方法：一是采用预拉伸棒/板材直接机械加工，但材料损耗十分严重，大大加大了成本；二是热处理后，采用模压法来释放构件上某些部位的残余应力，但同时有可能使其他部位的残余应力增大，另外，鉴于铝合金模锻件本来就已存在很大的残余应力，模压变形量过大将可能引起冷作硬化、裂纹和断裂；而变形过小则又可能使应力消除效果不佳；三是在加工过程中辅以时效处理和多次的基准校正等工序，但这样做耗时费资，产品制造周期大量延长，不但加大了成本，且效果也不佳。因此，热处理后的铝合金构件加工尺寸不稳定难以控制的问题已经成为其应用的制约性技术环节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效地解决热处理后的铝合金构件加工尺寸不稳定难以控制的问题且成本低的加工处理方法。
本发明的目的是这样实现的：一种热处理后的铝合金构件的加工处理方法，它包括粗加工、半精加工和精加工，其特征在于：上述粗加工之前要进行冷热循环处理；上述粗加工之后要进行低温时效处理；上述半精加工之后精加工之前要进行低温时效处理或冷热循环处理，其中当零件加工精度要求IT7及以上时，宜选择冷热循环处理，当加工精度要求IT8及以下时，宜选择低温时效处理。
上述的热处理后的铝合金构件的加工处理方法中，当处理后的铝合金需要存放时，为了保证存放后的铝合金构件的质量，上述铝合金构件在上述精加工之后要进行低温时效处理后存放。
上述的热处理后的铝合金构件通常是指经过T6处理后的铝合金构件，亦可是其它热处理后的铝合金。
上述冷热循环处理是指将上述铝合金构件降温至-140℃后保温不少于30分钟，再升温至120℃后保温不少于60分钟，然后自然冷却的处理过程；上述低温时效处理是指将所述铝合金构件加热至100℃～140℃后保温4～16小时然后自然冷却的处理过程。
如果上述降温和升温速度太慢，温差的作用则不明显，不易达到松弛残余应力的效果，所以上述冷热循环处理中的降温速度不小于8℃/min，升温速度不小于6℃/min；上述低温时效处理中的升温速度不小于6℃/min。
上述冷热循环处理可以通过液氮深冷和电阻加热实现，上述的液氮为市售商品。
为了提高本发明的有益效果，上述冷热循环处理为1～2次。
如上所述的热处理后的铝合金构件的加工处理方法，其具体工艺步骤依次为：
a、将热处理后的铝合金构件进行冷热循环处理，即将所述铝合金构件降温至-140℃后保温30～180分钟，再升温至120℃后保温60～300分钟，然后自然冷却后进行粗加工；
b、将上述粗加工后的铝合金构件进行低温时效处理，即将所述铝合金构件加热至100℃～140℃后保温4～16小时然后自然冷却后进行半精加工；
c、将上述半精加工后的铝合金构件再进行如上述的低温时效处理或冷热循环处理后进行精加工；
d、将上述精加工后的铝合金构件再进行如上述的低温时效处理后存放。
其中上述的冷热循环处理中：
铝合金构件壁厚≤8mm，降温至-140℃后保温30分钟，升温至120℃后保温60分钟；
8mm≤铝合金构件壁厚≤20mm，降温至-140℃后保温30～90分钟，升温至120℃后保温60～150分钟；
铝合金构件壁厚≥20mm，降温至-140℃后保温90～180分钟，升温至120℃后保温150～300分钟；
且所述冷热循环处理过程为1～2次；所述冷热循环处理中的降温速度不小于8℃/min，升温速度不小于6℃/min；
其中上述的低温时效处理中：
铝合金构件壁厚≤8mm，加热至100℃～140℃后保温4小时；
8mm≤铝合金构件壁厚≤20mm，加热至100℃～140℃后保温4～8小时；
铝合金构件壁厚≥20mm，加热至100℃～140℃后保温时间8～16小时；
所述低温时效处理中的升温速度不小于6℃/min。
上述的冷热循环处理和低温时效处理，其保温时间优选为在所述的范围内随铝合金构件的壁厚增加而增加，上述的冷热循环处理中：铝合金构件壁厚＝20mm，降温至-140℃后保温时间优选为90分钟，升温至120℃后保温时间优选为150分钟。
上述的冷热循环处理可以在冷热循环系统中进行，通过液氮深冷和电阻加热实现。这种冷热循环系统由冷热循环箱与液氮容器组成；所述的冷热循环箱和液氮容器均为市售商品。本发明中选用的液氮容器为自增压液氮罐，压力≥0.8MPa；冷热循环箱容积为700mm×600mm×600mm，冷冻能力为500kg；也可根据不同的处理规模选择不同规格的冷热循环箱和液氮容器。
上述铝合金构件的处理量每批次不大于300公斤。
本发明的有益效果为：
1、本发明人在研发过程中，进行了各种工艺参数的设计，并通过圆环开口正交试验逐一用于铝合金热处理工艺试验，从而确定了本发明中的各项技术参数，使得本发明能有效地解决热处理后的铝合金构件加工尺寸不稳定难以控制的问题。如表1、表2为本发明人为考核本发明的有益效果的测试数据。
表1本发明中冷热循环处理的效果
| 试样组 | 深冷温度A/℃ | 深冷保温时间B/hour | 加热保温时间C/hour | 循环次数D/n | △L<sub>i</sub>/mm |
| 1(未经本发明处理) | / | / | / | / | 0.118 |
| 2 | -120 | 0.8 | 1 | 3 | 0.026 |
| 3 | -120 | 0.6 | 3 | 2 | 0.022 |
| 4 | -120 | 0.4 | 2 | 1 | 0.028 |
| 5 | -140 | 0.8 | 2 | 3 | 0.020 |
| 6 | -140 | 0.6 | 3 | 2 | 0.024 |
| 7 | -140 | 0.4 | 1 | 1 | 0.024 |
| 8 | -160 | 0.8 | 3 | 2 | 0.020 |
| 9 | -160 | 0.6 | 2 | 3 | 0.021 |
| 10 | -160 | 0.4 | 1 | 1 | 0.022 |
| I<sub>j</sub> | 0.076 | 0.066 | 0.072 | 0.074 | / |
| II<sub>j</sub> | 0.068 | 0.067 | 0.069 | 0.066 | / |
| III<sub>j</sub> | 0.063 | 0.074 | 0.066 | 0.067 | / |
| R<sub>j</sub> | 0.013 | 0.008 | 0.006 | 0.008 | / |
表2本发明中低温时效处理的效果
| 试样组 | 时效温度A/℃ | 时效保温时间B/hour | △L<sub>i</sub>/mm |
| 1(未经本发明处理) | / | / | 0.118 |
| 1 | 100 | 2 | 0.055 |
| 2 | 100 | 3 | 0.054 |
| 3 | 100 | 4 | 0.045 |
| 4 | 120 | 2 | 0.039 |
| 5 | 120 | 3 | 0.039 |
| 6 | 120 | 4 | 0.045 |
| 7 | 140 | 2 | 0.036 |
| 8 | 140 | 3 | 0.030 |
| 9 | 140 | 4 | 0.030 |
| I<sub>j</sub> | 0.154 | 0.130 | / |
| II<sub>j</sub> | 0.123 | 0.123 | / |
| III<sub>j</sub> | 0.096 | 0.120 | / |
| R<sub>j</sub> | 0.058 | 0.010 | / |
表1和表2中，Ij，IIj，IIIj分别表示温度、保温时间等不同工艺参数的影响效果，其值越大，该水平下的尺寸变化就越大，效果越差；Rj为极差，即表示各因素的影响大小，极差越大，该极差所对应的因素的影响就越大。
上述圆环开口法的试验方法与步骤如下：
将未开口的圆环试样进行初始T6热处理及后续稳定化处理，用维氏硬度计在圆环平面上按一定间距打两个压痕，并用万能工具显微镜(分辨率1um)精确测量两压痕间距L0；用线切割法在两压痕间距内对圆环进行开口，用丙酮液清洗圆环压痕，再测量圆环开口后两压痕中心间距Li，则△Li＝Li—L0；通过比较△Li的大小，可以评价各个稳定化处理工艺的效果。另外，不同工艺处理后的圆环试样，开口后在室温存放过程中压痕中心距亦发生不同程度的变化，定期对压痕中心距进行测量，则圆环开口经时变化△Lt＝Lt—Li；将△Lt对时间作图，可以表示出△Li随时间变化的情况，由此可以最终评价各种尺寸稳定化处理工艺的效果。
2、本发明和现有技术比较，能够降低构件应力腐蚀开裂的敏感性，避免早期的疲劳失效问题。
3、本发明和现有技术比较，能使铝合金成型件毛坯得到广泛的应用，从而避免采用预拉伸棒/板材直接机械加工，节省大量原材料的同时，大幅降低生产成本。
4、本发明和现有技术比较，能有效地使构件加工后达到其精度要求，免去加工中繁琐的基准校正及反复的数控补偿工作，缩短产品制造周期，且也降低了生产成本。
总之，本发明不仅适用于超硬铝合金精密构件T6处理后切削加工前的稳定化处理工序，亦可推广应用于其他系列的铝合金精密构件制造中，有效地解决了铝合金精密构件的制造难题，应用范围广泛。并且本发明工艺步骤简单，制造成本低，大大提高了产品的质量合格率，其经济效益显著。
附图说明
图1为实施例1铝合金某回转体构件稳定化处理前后加工尺寸变化对比。
图2为实施例2铝合金某长条构件稳定化处理前后加工尺寸变化对比。
图3为实施例3铝合金某叉形构件稳定化处理前后加工尺寸变化对比。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
一种热处理后的7A04超硬铝合金某回转体构件(壁厚为12mm)的加工处理方法，其具体工艺步骤如下：
a、将T6处理后的7A04超硬铝合金某回转体构件进行冷热循环处理，即将上述铝合金构件降温至-140℃后保温1小时，再升温至120℃后保温2小时，循环两次，自然冷却后进行粗加工：即将回转体构件的外径由Ф86mm加工至Ф84mm、内径由Ф62mm加工至Ф68mm；
b、将上述粗加工后的铝合金构件进行低温时效处理，即将上述铝合金构件加热至120℃后保温8小时然后自然冷却后，进行半精加工：即将回转体构件的外径由Ф84mm加工至Ф82.5mm、内径由Ф68mm加工至Ф69.5mm；
c、将上述半精加工后的铝合金构件再进行如上述的低温时效处理后进行精加工：即将回转体构件的外径由Ф82.5mm加工至Ф82mm、内径由Ф69.5mm加工至Ф70mm；
d、将上述精加工后的铝合金构件再进行如上述的低温时效处理后存放。
上述过程中，冷热循环工艺使用设备为冷热循环系统(控温精度±2℃)，低温时效工艺采用电阻加热炉(控温精度±2℃)；
这种冷热循环系统由冷热循环箱(容积为700mm×600mm×600mm，冷冻能力为500kg)与自增压液氮罐(压力≥0.8MPa)组成；冷热循环箱和自增压液氮罐均为市售商品。
上述降温速度为8℃/min，升温速度为6℃/min。
加工后，随机抽取10件进行检验，其结果如表3所示。该产品要求某关键尺寸为82±0.10mm，试验结果表明，尺寸精度达到技术要求，合格率达100％。而未进行稳定化处理前该构件尺寸变化最大达到-0.32mm，平均尺寸变化值也在±0.22；因此本发明工艺对该构件有很好的效果。
表3某铝合金回转体构件外径尺寸测量数据
实施例2
一种热处理后的7A04超硬铝合金某长条构件(壁厚为8mm)的加工处理方法，其具体工艺步骤如下：
a、将T6处理后的7A09超硬铝合金某长条构件进行冷热循环处理，即将上述铝合金构件降温至-140℃后保温0.5小时，再升温至120℃后保温1小时，循环两次，然后自然冷却后进行粗加工：将侧壁由24mm加工至28mm；
b、将上述粗加工后的7A04超硬铝合金某长条构件进行低温时效处理，即将上述铝合金构件加热至120℃后保温4小时然后自然冷却后进行半精加工：即将内壁由28mm加工至29.5mm；
c、将上述半精加工后的铝合金构件再进行如上述的冷热循环处理1次后进行精加工：即将内壁由29.5mm加工至30mm；
d、将上述精加工后的铝合金构件再进行如上述的低温时效处理后存放。
上述过程中，冷热循环工艺使用设备为冷热循环系统(控温精度±2℃)，低温时效工艺采用电阻加热炉(控温精度±2℃)；冷热循环系统同实施例1；上述降温速度为8℃/min，升温速度为6℃/min。
切削加工后，随机抽取10件进行检验，其结果如表4所示。该产品要求外表面不加工，某关键尺寸为400—0.20mm，试验结果表明，尺寸精度达到技术要求，合格率达90％。未进行稳定化处理前该构件尺寸变化最大达到-0.28mm，平均尺寸变化值也在-0.16；因此本发明工艺对该构件亦有很好的效果。
表4某长条构件外壁尺寸测量数据
实施例3
一种热处理后的7A09超硬铝合金某叉形构件(壁厚为22.5mm)的加工处理方法，其具体工艺步骤如下：
a、将T6处理后的7A09超硬铝合金某长条构件进行冷热循环处理，即将上述铝合金构件降温至-140℃后保温1.5小时，再升温至120℃后保温2.5小时，循环两次，然后自然冷却后进行粗加工：将内侧壁由20mm加工至25mm；
b、将上述粗加工后的7A09超硬铝合金某长条构件进行低温时效处理，即将上述铝合金构件加热至120℃后保温8小时然后自然冷却后进行半精加工：即将内壁由25mm加工至27.5mm；
c、将上述半精加工后的铝合金构件再进行如上述的冷热循环处理1次后进行精加工：即将内壁由27.5mm加工至28mm；
d、将上述精加工后的铝合金构件再进行如上述的低温时效处理后存放。
上述过程中，冷热循环工艺使用设备为冷热循环系统(控温精度±2℃)，低温时效工艺采用电阻加热炉(控温精度±2℃)；冷热循环系统同实施例1；上述降温速度为8℃/min，升温速度为6℃/min。
切削加工后，随机抽取10件进行检验，其结果如表5所示。该产品要求外侧壁关键尺寸为650—0.20mm，试验结果表明，尺寸精度达到技术要求，合格率达90％。未进行稳定化处理前该构件尺寸变化最大达到-0.30mm，平均尺寸变化值也在-0.24；因此本发明工艺对该构件亦有很好的效果。
表5某叉形构件外壁尺寸测量数据
实施例4～6
一种热处理后的7A04超硬铝合金某回转体构件(壁厚为12mm)的加工处理方法，其中各步骤具体参数见表6，加工处理方法及步骤同实施例1。
表6实施例4～6各步骤具体参数
实施例7～9
一种热处理后的7A04超硬铝合金某长条构件(壁厚为8mm)的加工处理方法，其中各步骤具体参数见表7，加工处理方法及步骤同实施例2。
表7实施例7～9各步骤具体参数
实施例10～12
一种热处理后的7A09超硬铝合金某叉形构件(壁厚为22.5mm)的加工处理方法，其中各步骤具体参数见表8，加工处理方法及步骤同实施例3。
表8实施例10～12各步骤具体参数
实施例13
一种热处理后的7A04超硬铝合金某回转体构件(壁厚为12mm)的加工处理方法，其特征在于在所述精加工之后所得的铝合金构件直接使用，不需进行低温时效处理后存放。其余步骤及具体参数同实施例1。
实施例14
一种热处理后的7A04超硬铝合金某长条构件(壁厚为8mm)的加工处理方法，其特征在于在所述精加工之后所得的铝合金构件直接使用，不需进行低温时效处理后存放。其余步骤及具体参数同实施例2。
实施例15
一种热处理后的7A09超硬铝合金某叉形构件(壁厚为22.5mm)的加工处理方法，其特征在于在所述精加工之后所得的铝合金构件直接使用，不需进行低温时效处理后存放。其余步骤及具体参数同实施例3。
Claims (7)
1.一种热处理后的铝合金构件的加工处理方法，它包括粗加工、半精加工和精加工，其特征在于：热处理后的铝合金构件在所述粗加工之前要进行冷热循环处理；所述粗加工之后要进行低温时效处理；所述半精加工之后精加工之前要进行低温时效处理或冷热循环处理；
所述冷热循环处理是通过液氮深冷和电阻加热实现，是将所述铝合金构件降温至-140℃后保温30～180分钟，降温速度不小于8℃/min，再升温至120℃后保温60～300分钟，升温速度不小于6℃/min，然后自然冷却的处理过程；
所述低温时效处理是指将所述铝合金构件加热至100℃～140℃后保温4～16小时，升温速度不小于6℃/min，然后自然冷却的处理过程。
2.根据权利要求1所述的热处理后的铝合金构件的加工处理方法，其特征在于：所述精加工之后要进行低温时效处理后存放。
3.根据权利要求1或2所述的热处理后的铝合金构件的加工处理方法，其特征在于：所述冷热循环处理为2次。
4.根据权利要求1或2所述的热处理后的铝合金构件的加工处理方法，其特征在于：
其中所述的冷热循环处理中：
铝合金构件壁厚≤8mm，降温至-140℃后保温30分钟，升温至120℃后保温60分钟；
8mm≤铝合金构件壁厚≤20mm，降温至-140℃后保温30～90分钟，升温至120℃后保温60～150分钟；
铝合金构件壁厚≥20mm，降温至-140℃后保温90～180分钟，升温至120℃后保温150～300分钟；
且所述冷热循环处理过程为1～2次；
其中所述的低温时效处理中：
铝合金构件壁厚≤8mm，加热至100℃～140℃后保温4小时；
8mm≤铝合金构件壁厚≤20mm，加热至100℃～140℃后保温4～8小时；
铝合金构件壁厚≥20mm，加热至100℃～140℃后保温时间8～16小时。
5.根据权利要求4所述的热处理后的铝合金构件的加工处理方法，其特征在于：
其中所述的冷热循环处理中：
铝合金构件壁厚＝20mm，降温至-140℃后保温90分钟，升温至120℃后保温150分钟。
6.根据权利要求1或2所述的热处理后的铝合金构件的加工处理方法，其中所述铝合金构件的处理量每批次不大于300公斤。
7.根据权利要求4所述的热处理后的铝合金构件的加工处理方法，其中所述铝合金构件的处理量每批次不大于300公斤。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20101103 Termination date: 20110919 |