CN102888574A

CN102888574A - 一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法

Info

Publication number: CN102888574A
Application number: CN2012104308313A
Authority: CN
Inventors: 何祝斌; 凡晓波; 林鹏; 苑世剑
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2013-01-23

Abstract

一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法，它涉及一种可热处理强化铝合金管材零件的热成形方法，本发明是为了解决现有的可热处理强化铝合金管材零件先成形后热处理时易产生明显形状尺寸变化，以及采用热溶成形冷模淬火工艺对转移装置、坯料定位和成形工艺步骤要求高等技术问题，成形方法如下：先将铝合金管坯进行固溶水淬处理，放在热态模具内进行二次加热，然后对管端进行密封和轴向补料，并向管坯内通入热态介质，最后对成型后零件进行时效处理，本发明的成形方法对设备要求不高，可精确控制成形温度，成形后的管材尺寸精度高，且强度显著提高，可应用于成形可热处理强化铝合金如2000系、6000系和7000系铝合金。

Description

一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法

技术领域

本发明涉及一种可热处理强化铝合金管材零件的热成形方法。

背景技术

铝合金是一种重要的轻质结构材料，在航天航空及交通运输等行业有着广泛应用，但是，铝合金在室温下的成形性能较差，利用传统的加工方法很难成形形状复杂的零件，通常采用提高成形温度的方法来改善其成形性能。通过加热，不但可以提高材料的变形能力，同时还能明显降低材料的变形抗力，从而降低对设备吨位的要求。

可热处理强化铝合金如2000系、6000系和7000系铝合金，通过热处理强化（固溶处理+时效）后强度显著提高。常规成形方法中，该类铝合金零件通常采用先在退火态完成零件的成形，然后将成形零件进行热处理以提高其强度，满足最终的使用要求。但是，固溶处理时需要将成形零件加热到一定温度（450~550℃）并保持一定时间后进行快速冷却淬火，以获得过饱和固溶体，为后续的时效做好准备。固溶加热和淬火过程中，由于不均匀的热胀冷缩及热应力、内应力影响，零件形状尺寸容易发生变化，影响零件尺寸精度。对于管状零件而言，截面形状越复杂多变、相对壁厚越小、轴线越弯曲，则零件的形状尺寸精度受影响程度越大。

近年，发展起来一种针对铝合金板材零件的热溶成形冷模淬火工艺，将在加热炉中充分固溶的坯料，快速转移定位到成形冷模内进行成形，在成形的同时完成淬火，最后进行必要的时效处理。该成形方法将成形与热处理相结合，可一次成形形状复杂的高强度铝合金零件。该成形方法的关键是要保证材料在足够高的温度下完成成形，并以足够快的冷却速度完成淬火，否则一方面无法完成复杂形状零件的成形，另一方面也无法实现有效淬火从而影响最终时效强化效果，该热溶成形冷模淬火工艺虽然也可以用来成形管材零件，但因为其成形工艺步骤要比板材零件多，所以要满足上述的成形和淬火条件更为困难。

发明内容

本发明是要解决现有的可热处理强化铝合金管材零件先成形后热处理时易产生明显形状尺寸变化，以及采用热溶成形冷模淬火工艺对转移装置、坯料定位和成形工艺步骤要求高等技术问题，而提供一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法。

本发明的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法按以下步骤实现：

一、将铝合金管坯放在加热炉中，在温度为450~575℃的条件下，加热30~180min，进行固溶，固溶完成后取出水淬；

二、将模具加热至温度为150~400℃；

三、将步骤一处理后的铝合金管坯放在步骤二处理后的模具中，合模加热至温度为150~400℃，然后对铝合金管坯两端进行密封和轴向补料，再向管坯内通入热态介质，进行压制，完成铝合金管材零件的成形；

四、将成形后的铝合金管材零件取下，冷却至室温，然后在温度为120~250℃的条件下进行时效处理，得到最终的铝合金管材零件。

本发明的有益效果

本发明的铝合金管材零件固溶水淬后热成形过程如图1所示，采用先将铝合金管坯进行固溶水淬处理以获得过饱和固溶体，再将铝合金管坯放在热态模具内进行二次加热并合模加压成形，最后将成形后的管材零件进行时效强化处理。本发明的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法有以下优点：（1）成形前先对管坯进行固溶淬火处理，避免了在零件成形后因固溶处理时加热与冷却引起的零件形状尺寸变化，保证了零件形状尺寸精度；（2）固溶后管坯水淬时冷却速度一般为200℃/s而模内冷却时的冷却速度为30~100℃/s，本发明的成形方法更利于获得过饱和固溶体，时效后零件强度更大幅度提高；（3）先对管坯进行固溶水淬，然后在热态模具内二次加热，避免了现有成形方法需要将固溶后的热态管坯快速转移、快速成形的问题，灵活度比较大，降低了对成形设备的要求；（4）成形时，模具温度始终恒定，容易实现对管材温度的精确控制，且不需要在模具中加工复杂的冷却水道，降低了模具制造成本；（5）时效后，零件强度大幅度提高，可应用于成形2000系、6000系和7000系等可热处理强化铝合金，获得充分强化且尺寸精度高的铝合金管材零件。

附图说明

图1为本发明的铝合金管材零件固溶水淬后热成形过程示意图；其中T1为固溶温度，T2为成形温度，T3为时效温度；A~B段进行固溶，B~C段进行水淬，D~E段进行二次加热，F~G段进行冷却，I~J段进行时效；

图2为实施例1的铝合金管材零件固溶水淬后热成形过程的示意图；

图3为实施例1的铝合金管材零件固溶水淬后热成形过程的示意图；

图4为实施例2的铝合金管材零件固溶水淬后热成形过程的示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法按以下步骤进行：

二、将模具加热至温度为150~400℃；

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中模具通过模具中内置的加热棒进行加热，其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三之前，先将步骤一处理后的铝合金管坯预热至150~400℃，其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

本实施方式将铝合金管坯先进行预热，缩短了铝合金管坯在模具内的加热时间，从而缩短了成形时间。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中管坯内通入的热态介质通过模具内置的热态介质通道通入，其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中通入的热态介质为热油、压缩空气、惰性气体N₂和Ar中任意一种，其它步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中对铝合金管坯两端进行密封时，其中一个密封元件上设置了一个减容柱，且减容柱内附带加热元件，其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。

本实施方式通过附加的减容柱，可有效地减小管坯内部容量，有利于管坯内压快速建立，缩短成形时间，提高生产效率。

用以下试验验证本发明的有益效果：

实施例1、参照图2和图3，本实施例的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法按以下步骤进行：

一、将铝合金管坯6放在加热炉中，在温度为530℃的条件下，加热50min，进行固溶，固溶完成后取出水淬；二、启动加热棒3将下模具1和上模具2加热并保持至温度为250℃；三、将步骤一处理后的铝合金管坯6放在下模具1上，合上上模具2，将铝合金管坯6加热至温度为250℃，然后用左冲头4和右冲头5顶住铝合金管坯6两端，再向右冲头5中内置的热态介质通道7中通入热油，10s内完成压制，完成铝合金管材零件的成形；四、将成形后的铝合金管材零件取下，冷却至室温，然后在温度为160℃的条件下，保温18h，进行时效处理，得到最终的铝合金管材零件；其中铝合金管坯6为6061挤压态铝合金管坯；加热炉为箱式电阻加热炉；下模具1、上模具2、加热棒3、左冲头4、右冲头5和热态介质通道7之间的结构关系为：所述加热棒3设置在下模具1和上模具2内部，热态介质通道7设置在右冲头5内部。

实施例2、参照图4，本实施例的一种铝合金管材零件零件固溶水淬后热成形方法按以下步骤进行：

一、将铝合金管坯6放在加热炉中，在温度为530℃的条件下，加热50min，进行固溶，固溶完成后取出水淬；二、启动加热棒3将下模具1和上模具2加热并保持至温度为250℃；三、启动加热元件9将减容柱8加热并保持至温度为250℃；四、将步骤一处理后的铝合金管坯6放在下模具1上，合上上模具2，将铝合金管坯6加热至温度为250℃，然后用左冲头4和右冲头5顶住铝合金管坯6两端，再向右冲头5中内置的热态介质通道7中通入热油，10s内完成压制，完成铝合金管材零件的成形；五、将成形后的铝合金管材零件取下，冷却至室温，然后在温度为160℃的条件下，保温18h，进行时效处理，得到最终的铝合金管材零件；其中铝合金管坯6为6061挤压态铝合金管坯；加热炉为箱式电阻加热炉；下模具1、上模具2、加热棒3、左冲头4、右冲头5、铝合金管坯6、热态介质通道7、减容柱8和加热元件9之间的关系为：加热棒3设置在下模具1和上模具2内部；热态介质通道7设置在右冲头5内部；减容柱8设置在左冲头4的右侧；加热元件9设置在减容柱8的内部。

试验一、对实施例2中的6061挤压态铝合金管坯和实施例2得到的铝合金管材零件进行硬度试验，试验过程如下：

现根据试验标准：GB/T 4340.1-1999，采用MECRO-586维氏硬度计，在室温，试验力为0.98N，保压时间为15s的条件下对实施例2中成形前的6061挤压态铝合金管坯和实施例2得到的铝合金管材零件进行硬度试验；测得6061挤压态管坯的维氏硬度为75HV0.1，实施例2得到的铝合金管材零件的维氏硬度为112HV0.1，维氏硬度值为成形前6061挤压态铝合金管坯的150%，强度大幅提高，且形状、尺寸稳定，可应用于成形可热处理强化铝合金如2000系、6000系和7000系铝合金。

Claims

1.一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法，其特征在于一种固溶水淬后热成形制备铝合金管材零件的方法按以下步骤实现：

二、将模具加热至温度为150~400℃；

2.根据权利要求1所述的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法，其特征在于步骤二中模具通过模具中内置的加热棒进行加热。

3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法，其特征在于步骤三之前，先将步骤一处理后的铝合金管坯预热至150~400℃。

4.根据权利要求3所述的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法，其特征在于步骤三中管坯内通入的热态介质通过模具内置的热态介质通道通入。

5.根据权利要求3所述的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法，其特征在于步骤三中通入的热态介质为热油、压缩空气、惰性气体N₂和Ar中任意一种。

6.根据权利要求3所述的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法，其特征在于步骤三中对铝合金管坯两端进行密封时，其中一个密封元件上设置了一个减容柱，且减容柱内附带加热元件。