CN105215123A - 一种自然时效态铝锂合金薄板的成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自然时效态铝锂合金薄板的成形方法，通过使用清洁剂、清模胶对模具清洗，提高模具表面的粗糙度，减少了成形过程中对零件表面的划伤；通过采用感应快速加热的方式对板材预热，有效的改善的材料成形性能，此外，由于加热时间短，材料不会发生析出相回溶、再结晶，因此，在加热过程中材料性能不会发生改变；通过对上模具进行冷却处理，在成形过程中能迅速带走零件热量，因此，在成形过程中材料性能不会发生改变。通过本发明对自然时效态铝锂合金薄板进行成形，工艺简单、成本较低，易于实现大规模工业化生产。

Description

一种自然时效态铝锂合金薄板的成形方法
技术领域
本发明涉及一种金薄板的成形方法，具体讲涉及一种自然时效态铝锂合金薄板的成形方法。
背景技术
铝锂合金以其较高的断裂韧性、良好的抗疲劳性能以及良好的耐蚀性等综合性能，广泛用作钣金类零件和飞机的主体结构。由于自然时效态铝锂合金薄板，室温成形性能只是退火态板材的三分之一，延伸率也只有10％左右，大大低于退火板材的20％的延伸率，故造成零件成形后回弹严重，部分零件制造过程产生开裂，所以，目前多采用退火板成形，成形后进行淬火、校形、人工时效。虽然经这样的工艺处理也能实现零件的制造，但却存在诸如重复热处理造成的晶粒粗化、强度下降、滑移线、表面划伤、能耗高、生产效率低等弊端。因此，需要寻求一种制造成本低廉、可加工性更好且可保持材料性能的制造工艺。
CN103695817中披露了一种可热处理铝合金同步淬火成形工艺，其中包括用水介质淬火，但需重新淬火及后续自然时效使材料到使用状态，这一成形效率较低，能耗较大，而其具有一定局限性，1.0mm以下板材不适用于重复热处理次数的材料。
CN102974675A公开了一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法，该法需要对模具加热，然后通过热传导使零件温度提高，使成形性能获得改善，但是该现有技术中处理的材料在150℃～400℃温度范围停留较长时间，且时间不确定，这意味着对材料性能产生较大影响。现有技术中公开的(《ML377铝锂合金热稳定性研究》)表明，铝锂合金在200℃以上停留，材料性能将大幅下降，而其对模具加热能耗较大，效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自然时效态铝锂合金薄板的成形方法，克服现有铝合金制备工艺中的效率较低、能耗较大、和材料性能低等不足，本工艺具有制造成本低廉、可加工性更好且可保持材料性能等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种自然时效态铝锂合金薄板的成形方法，所述方法包括以下工艺步骤：
(1)配制清洗溶液；
(2)清洗模具至Ra0.6～0.8表面粗糙度；
(3)清洁2A97-T4铝锂合金板坯；
(4)下模具上依次放置柔性隔热垫和铝锂合金板坯并予固定；
(5)用干冰清洗上模具至-20℃～-10℃表面温度；
(6)用感应加热，以100℃/s～200℃/s升温速度将铝锂合金板坯加热至500℃～520℃，保温2-5min，撤去所述隔热垫，冲压成形并保压；
(7)切边修正步骤(6)的零件得到最终零件形状。
所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法的第一优选方案，所述步骤(1)中，按质量计，所述的清洗溶液包含：盐酸40-50g，EDTA0.2-0.3克，缓蚀剂65-70g，水1000-1100克。
所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法的第二优选方案，所述步骤(3)中，对所述铝锂合金板坯表面的清洁包括：用蘸有乙醇或丙酮的清洁棉布擦拭铝锂合金板坯表面，至擦拭棉布无油污后，用细砂毡蘸去离子水和粒度为20μm的刚玉砂手工抛光铝锂合金板坯表面，再用去离子水至少清洗5min，用无油无水的压缩空气将铝锂合金板坯表面吹干。
所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法的第三优选方案，所述的隔热垫厚度为1～3mm。
所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法的第四优选方案，所述步骤(5)中，用干冰清洗上模具的步骤包括：(1)将长度7-10mm和直径4～8mm的棒状干冰加入干冰清洗机冰斗里；(2)将干冰清洗机的枪嘴垂直置于20～25mm的上模具的待清洗面，以2～2.5kg/min出冰量，9～10bar的喷射压力和0.2～0.25s/cm2清洗速度清洗。
所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法的第五优选方案，使上模具表面温度达到-20℃～-10℃时间为30s-60s。
所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法的第六优选方案，所述步骤(6)中，保温3-4min。
所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法的第七优选方案，所述步骤(6)中，冲压成形速度为50mm/s～95mm/s。
所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法的第八优选方案，所述步骤(6)中，保压时间130～180s。
与最接近的现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的技术方案，通过使用清洁剂、清模胶对模具清洗，提高模具表面的粗糙度，减少了成形过程中对零件表面的划伤。
2、通过采用感应快速加热的方式对板材预热，有效的改善的材料成形性能。此外，由于加热时间短，材料不会发生析出相回溶、再结晶，因此，在加热过程中材料性能不会发生改变。此外，通过对上模具进行冷却处理，在成形过程中能迅速带走零件热量，因此，在成形过程中材料性能不会发生改变。
3、通过本发明对自然时效态铝锂合金薄板进行成形，工艺简单、成本较低，易于实现大规模工业化生产。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。实施例1：
(1)配制清洗溶液对模具表面按照清洗、去除黑膜的步骤清理进行清洗，清洗液成分为按重量％包含有：盐酸45g、EDTA0.2g、缓蚀剂65g，水1000g。然后采用清模胶对模具表面进行清洗，使模具表面粗糙度为Ra0.6。
(2)使用蘸有乙醇的清洁棉布将2A97-T4铝锂合金板坯(厚度1.5mm)表面擦拭干净，目视棉布上的无油，用细砂毡蘸去离子水和粒度为20μm的刚玉砂手工抛光铝锂合金板坯(厚度1.5mm)表面，使用去离子水清洗零件表面待刷涂部位5min，用无油无水的压缩空气将铝锂合金板坯(厚度1.5mm)表面吹干。
(3)将柔性隔热垫放置于下模具上方，隔热垫厚度为2mm，将2A97-T4铝锂合金板坯(厚度1.5mm)放置于柔性隔热垫上方并固定。
(4)选取长度为7-10mm、直径为4～8mm的圆棒状干冰，将干冰加入到干冰清洗机的冰斗里，将干冰清洗机的枪嘴垂直于上模具的待清洗面，枪嘴距离待清洗面20mm，对待清洗面喷射干冰进行清洗，出冰量为2.5kg/min，喷射压力为10bar，清洗速度为0.25s/cm2，1min后上模具表面温度达到-18℃。
(5)立即采用(与步骤4间隔20s)感应加热的方式以150℃/s的加热速度将2A97-T4铝锂合金板坯(厚度1.5mm)升温至500℃后，保温4min，用时3s快速撤去隔热垫，然后进行冲压成形速度为60mm/s，保压130s。
(6)对零件切边修正，获得最终零件形状，零件回弹量<0.5％。
(7)单个零件制备过程需用时约为8分钟。与对比例1相比，效率大幅增加。
实施例2：
(1)配制清洗溶液对模具表面按照清洗、去除黑膜的步骤清理进行清洗，清洗液成分为按重量％包含有：盐酸45g、EDTA0.2g、缓蚀剂65g，水1000g。然后采用清模胶对模具表面进行清洗，使模具表面粗糙度为Ra0.6。
(2)使用蘸有乙醇的清洁棉布将2A97-T4铝锂合金板坯(厚度1.5mm)表面擦拭干净，目视棉布上的无油，用细砂毡蘸去离子水和粒度为20μm的刚玉砂手工抛光2A97-T4铝锂合金板坯(厚度1.5mm)表面，使用去离子水清洗零件表面待刷涂部位10min，用无油无水的压缩空气将铝锂合金板坯(厚度1.5mm)表面吹干。
(3)将柔性隔热垫放置于下模上方，隔热垫厚度为1mm，将2A97-T4铝锂合金板坯(厚度1.5mm)放置于柔性隔热垫上方并固定。
(4)选取长度为7-10mm、直径为4～8mm的圆棒状干冰，将干冰加入到干冰清洗机的冰斗里，将干冰清洗机的枪嘴垂直于上模具的待清洗面，枪嘴距离待清洗面22mm，对待清洗面喷射干冰进行清洗，出冰量为2.3kg/min，喷射压力为9bar，清洗速度为0.22秒/cm2，2min后上模具表面温度达到-12℃。
(5)立即采用(与步骤4间隔10s)感应加热的方式以180℃/s的加热速度将2A97-T4铝锂合金板坯(厚度1.5mm)升温至520℃后，保温3min，用时2s快速撤去隔热垫，然后进行冲压成形速度为70mm/s，保压160s。
(6)对零件切边修正，获得最终零件形状，零件回弹量<0.5％。
(7)单个零件制备过程需用时约为8分钟。与对比例1相比，效率大幅增加。
对比例：
(1)选用厚度为1.5mm2A97-O薄板，采用实施例1中的模具进行零件制造，冲压成形速度为60mm/s，保压130s。
(2)将成形后的零件进行固溶淬火处理，固溶温度为510℃，保温35min，然后在水介质中淬火，水温为4℃。
(3)将淬火后零件放置于模具中进行校形。
(4)对零件切边修正，获得最终零件形状，零件回弹量<0.5％。
(5)将校形后零件进行自然时效，室温停放96h。
(6)单个零件制备过程需用时约为35分钟。
根据实验标准HB5143-1996，分别在对上述实施例和对比例中的板坯和零件上切取试样，进行拉伸性能测试，测试结果如表1所示。
表1拉伸性能测试
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自然时效态铝锂合金薄板的成形方法，其特征在于所述方法包括以下工艺步骤：
(1)配制清洗溶液；
(2)清洗模具至Ra0.6～0.8表面粗糙度；
(3)清洁2A97-T4铝锂合金板坯；
(4)下模具上依次放置柔性隔热垫和2A97-T4铝锂合金板坯并予固定；
(5)用干冰清洗上模具至-20℃～-10℃表面温度；
(6)用感应加热，以100℃/s～200℃/s升温速度将2A97-T4铝锂合金板坯加热至500℃～520℃，保温2-5min，撤去所述隔热垫，冲压成形并保压；
(7)切边修正步骤(6)的零件得到最终零件形状。
2.根据权利要求书1所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法，其特征在于，所述步骤(1)中，按质量计，所述的清洗溶液包含：盐酸40-50g，EDTA0.2-0.3克，缓蚀剂65-70g，水1000-1100克。
3.根据权利要求书1所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对所述铝锂合金板坯表面的清洁包括：用蘸有乙醇或丙酮的清洁棉布擦拭铝锂合金板坯表面，至擦拭棉布无油污后，用细砂毡蘸去离子水和粒度为20μm的刚玉砂手工抛光铝锂合金板坯表面，再用去离子水至少清洗5min，用无油无水的压缩空气将铝锂合金板坯表面吹干。
4.根据权利要求书1所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法，所述的隔热垫厚度为1～3mm。
5.根据权利要求书1所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法，其特征在于，所述步骤(5)中，用干冰清洗上模具的步骤包括：(1)将长度7～10mm和直径4～8mm的棒状干冰加入干冰清洗机冰斗里；(2)将干冰清洗机的枪嘴垂直置于20～25mm的上模具的待清洗面，以2～2.5kg/min出冰量，9～10bar的喷射压力和0.2～0.25s/cm2清洗速度清洗。
6.根据权利要求书1所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法，其特征在于，使上模具表面温度达到-20℃～-10℃时间为30s-60s。
7.根据权利要求书1所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法，其特征在于，所述步骤(6)中，保温3-4min。
8.根据权利要求书1所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法，其特征在于，所述步骤(6)中，冲压成形速度为50mm/s～95mm/s。
9.根据权利要求书1所述的一种自然时效态铝锂合金薄板成形方法，其特征在于，所述步骤(6)中，保压时间130～180s。
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