CN102416558B - 特别适用于冷弯塑性成形铝合金挤压构件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特别适用于冷弯塑性成形的铝合金挤压构件的制备方法，包括选择合金成分质量百分数为Mg:0.48～0.52；Si：0.28～0.30；Fe≤0.15；Mn≤0.1；Cu≤0.1；Ti；0.08～0.12；Zn≤0.05；其余为Al；将符合上述成分要求的铝合金挤压圆铸锭加热后挤压获得均一固溶淬火组织的直型材；将直型材冷弯塑性成形；构件人工时效处理。有益效果是：所有的工艺设计及热处理工艺参数均可实现规模化生产要求，“个体”构件弯形精度具有在现性，尤其适用于中空结构铝合金挤压构件。该构件有效克服材料因塑性失稳或不均匀塑变导致的工艺缺陷；方便构件后续深加工。

Description

特别适用于冷弯塑性成形铝合金挤压构件的制备方法

技术领域

本发明涉及一种塑性加工领域的冷弯成形工艺，特别涉及一种特别适用于冷弯塑性成形的中空结构铝合金挤压构件的制备方法。

背景技术

铝合金挤压型材作为一种形状多样的环保材料已被广泛用于众多行业的结构件中，例如，在医疗器械领域应用的带有弧形弯度“C形臂”构件。和钢材比较，在保持刚性设计前提下，较低密度铝合金的一个优势是铝型材壁厚为同样钢型材壁厚的三倍，且因此改善了冷弯成形性。冷弯作为一种冷成形工艺过程，其塑性变形是通过一组驱动轮传递的冷弯动量获得。传统的工艺方法仅仅关注成形过程中模具的设计和调整，中国专利公告号CN201579317U,公告日是2010年9月15日，名称为“带有铝合金冷弯成型工装组合的冷弯机”中公开了一种应用工装组合可以精确加工中空铝型材的冷弯机。但该技术方案所存在的不足之处是，忽视了铝合金冷弯成形过程所具有的几何学、材料学及物理冶金学等方面的复杂性，使得冷弯成形一直是处于一种经验性很强的应用技术。

精确的冷弯成形在很大程度上取决于“直型材”的精确挤压生产，以及，材料的物理冶金过程控制，这对形成批量生产要求的冷弯成形精度的批次再现性，以及，同一批次重复性控制尤为重要。确切地说，批量生产要求的重现性是和铝合金挤压构件的成形精度和冶金质量息息相关的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述已有技术的不足，提供一种在保证合金强度增益的基础上，提高挤压构件冷弯塑性成形能力，以及，经济地批量生产可行性的，特别适用于冷弯塑性成形的铝合金挤压构件的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种特别适用于冷弯塑性成形的铝合金挤压构件的制备方法，包括以下步骤：

A.选择合金成分质量百分数为

Mg:  0.48 ～ 0.52 ；    Si：0.28 ～ 0.30 ；   Fe≤0.15 ；

Mn  ≤0.1 ；           Cu ≤0.1 ；          Ti ；0.08～0.12

Zn  ≤0.05 ；        其余为Al；

B. 将符合上述成分要求的铝合金挤压圆铸锭加热后挤压以获得均一固溶淬火组织的直型材；

C.将锯切后直型材实现冷弯塑性成形；

D.冷弯塑性成形后挤压构件人工时效处理。

所述步骤B直型材在室温停放至基本稳定状态，表征材料塑性储备的抗拉强度与屈服强度的比值为1.7～1.9。

所述步骤C阶段是在一带有铝合金冷弯成形工装组合的冷弯机实现的，其成形过程进给压缩道次分配参数是：第一道次无塑性应变发生，第二道次塑性应变占总应变50%，第三道次占35%，最后道次占15%。

所述步骤D阶段的挤压构件已发生塑性应变，且时效温度为170～180℃，保温时间为8小时。 

本发明的有益效果是：1、所有的工艺设计及热处理工艺参数均可实现规模化生产的工业应用，以及批量生产时，“个体”构件弯形精度的重现性，尤其适用于中空结构铝合金挤压构件。

2、通过低组分强化相合金及其均一固溶淬火冶金组织挤压型材提供的塑性储备，以及合理分配冷弯变形的塑性应变比例实现的冷作硬化效应等达成的材料综合性能，可有效克服材料因塑性失稳或不均匀塑变导致壁厚变化、折皱及弹性回跳等常见工艺缺陷。

3、应变――人工时效热处理获得的材料强度增益，进一步改善了合金力学性能，利于该构件后续钻孔、攻丝等深加工工序。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明从6063铝合金化学成分“有序化”设计出发，通过挤压过程材料组织性能均一性和型材平直度控制获得固溶淬火组织均一的挤压构件；合理地分配压缩道次参数确定的塑性应变比，以实现构件冷弯塑性成形；最后，将冷弯成形后 挤压构件实施人工时效处理，可获得材料力学性能增益。

本发明铝合金挤压构件的制备方法，包括以下步骤：

A. 合金“有序化”设计：将Mg₂Si强化相控制在0.8～0.9%低质量分数水平，限制Fe作为有害元素含量，并应用添加Ti的微合金化技术，以使挤压型材获得足够塑性储备的细晶固溶淬火组织；由下列成分质量百分数组成，

Mg:  0.48 ～ 0.52 ；    Si：0.28 ～ 0.30 ；   Fe≤0.15 ；

Mn  ≤0.1 ；           Cu ≤0.1 ；          Ti ；0.08～0.12

Zn  ≤0.05 ；        其余为Al 。  

B. 挤压过程控制：将符合上述成分要求的铝合金挤压圆铸锭加热，以保持型材挤压出模孔温度在合金固溶温度510℃以上；尔后通过一挤压出口型材在线均衡激速冷却系统，并根据识别的型材壁厚及几何结构调整冷却水流量和流速，实现挤压型材长度及横截面上温度均衡控制，以获得均一固溶淬火组织的直型材。其特征是，直型材在室温停放至基本稳定状态，且表征材料塑性储备的强屈比（抗拉强度/屈服强度）达1.7～1.9。

C.冷弯塑性成形：将经锯切后的上述状态直型材输入冷弯成形机，驱动轮的冷弯动量通过一特殊的工装组合直接传递至挤压构件，并因此发生塑性弯曲变形。型材置于弯曲机上、下滚轮之间，调整两个下辊轮与上辊轮之间距离可确定进给压下量。其特征在于，进给道次压缩参数的分配规律是，开始道次并未引起材料塑性变形，构件弯曲变形主要在2、3道次完成，占全部应变85%，在此阶段，具有高强屈比型材有利于吸收材料塑性屈服后的发生的弯曲变形能量，第4道次则起到精确整形作用。

D.人工时效：将冷弯塑性成形后的铝合金挤压构件实施人工时效处理；该材料因弯曲成形过程引入塑性应变能，更有效激活了时效加热过程中沉淀析出行为，且析出相更为弥散并因此获得强度增益。其特征是，时效温度170～180℃，保温时间为：8小时。

实施例1：

现以6063铝合金挤压构件为例进行说明：

A.6063铝合金的化学成分为Mg- 0.50；Si -0.30；Fe -0.12； Ti -0.08；（质量百分数）。

B.挤压在线固溶—淬火处理：挤压型材出模孔温度510～540℃，用于挤出型材在线淬火设施包括可调节水流速率或气/水混合速率的一组或多组喷嘴，可使挤出型材温度呈稳定连贯减少。挤出型材进入淬火区温度在440℃以上，最小冷却速率85℃/分。

C.冷弯塑性成形：固溶淬火处理后经锯切的铝合金挤压构件，经自然时效至基本稳定状态进行冷弯塑性成形处理。成形过程进给压缩道次分配参数是：第1道次无塑性应变发生，第2道次塑性应变占总应变50%，第3道次占35%，最后道次占15%。

D.冷弯塑性成形构件“应变—时效”热处理：175℃/8小时。与普通T6峰值时效的6063合金拉伸力学性能典型值进行比较，结果如下表1。

经过冷弯塑性应变—人工时效处理后，成形构件的屈服强度及抗拉强度分别比普通T6状态高出12%及6%，布氏硬度值提高12%；可显著改善该构件钻孔、攻丝等切割加工性能。

上述铝合金挤压构件的成形精度，经测量已接近机加工水平；例如一种医疗器械用“C形臂”构件产品。可实现弯曲半径R675±2.2mm，构件弧形面上平面度及平行度均在1mm以内。

弧形挤压型材是重要的结构部件，但在传统工艺链里冷弯成形工艺限制了设计的自由度和几何成形精度。本发明提出的工艺方法及其实现的铝合金挤压构件，不失为其中一种技术选择，它具有批量生产的经济可行性。

Claims (1)

1.一种特别适用于冷弯塑性成形的铝合金挤压构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.选择合金成分质量百分数为

Mg:  0.48 ～ 0.52 ；    Si：0.28 ～ 0.30 ；         Fe≤0.15 ；

Mn  ≤0.1 ；                  Cu ≤0.1 ；                       Ti ；0.08～0.12

Zn  ≤0.05 ；                  其余为Al；

B. 将符合上述成分要求的铝合金挤压圆铸锭加热后，通过挤压出口型材在线均衡激速冷却系统，以获得均一固溶淬火组织的直型材； 

C.将锯切后直型材实现冷弯塑性成形；

D.冷弯塑性成形后挤压构件人工时效处理；

其中，所述步骤B直型材在室温停放至基本稳定状态，表征材料塑性储备的抗拉强度与屈服强度的比值为1.7～1.9；

所述步骤C阶段是在一带有铝合金冷弯成形工装组合的冷弯机实现的，其成形过程进给压缩道次分配参数是：第一道次无塑性应变发生，第二道次塑性应变占总应变50%，第三道次占35%，最后道次占15%；

所述步骤D阶段的挤压构件已发生塑性应变，且时效温度为170～180℃，保温时间为8小时。