CN106756664A - 一种高强铝合金板材构件的制备方法 - Google Patents

一种高强铝合金板材构件的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高强铝合金板材构件的制备方法，先将高强铝合金板材进行固溶处理，固溶处理包括保温过程和淬火处理；将固溶处理后的高强铝合金板材以固体颗粒作为传压介质进行预时效成形，得到高强铝合金板材构件的半成品；最后经烘烤处理得到高强铝合金板材构件成品。本发明将高强铝合金板材的固体颗粒压力温成形与预时效处理相结合，形成了固溶处理、颗粒介质压力成形+预时效处理、烘烤强化处理的高强铝合金板材构件制备工艺链，提高了生产效率，有效抑制了零件的回弹，确保了产品的尺寸精度，且具有节能环保的优势；对成形后的零件进行烘烤处理，有效提高了高强铝合金构件的强度和硬度，延长零件的使用寿命。

Description

一种高强铝合金板材构件的制备方法
技术领域
本发明涉及高强铝合金板材构件技术领域，特别涉及一种高强铝合金板材构件固溶后预时效成形及烘烤硬化方法。
背景技术
高强铝合金材料具有密度低，比强度高，耐热、耐磨、耐腐蚀等优质特性，被广泛应用于航空航天、汽车工业和石油化工等领域。高强铝合金材料主要包括6xxx铝合金和7xxx铝合金材料，且这两种系列铝合金均为可热处理强化铝合金材料。
由于高强铝合金室温变形能力较差，延伸率一般都小于10％，传统的刚性模具冲压成形方法无法成形复杂形状零件，且成形结束时易产生较大的回弹，造成零件平直度和尺寸精度较差，极大地限制了其应用范围。近年来发展了温热成形技术，大大提高了高强铝合金的成形能力，虽然随着成形温度的升高，铝合金材料的成形性能显著提高，但高温条件成形铝合金构件会使其微观组织发生改变，造成成形零件的强度和硬度降低，不能满足工业应用的使用要求，降低成形零件的使用寿命。常规的提高零件强度和硬度的方法是通过对成形后的零件进行热处理以使零件的力学性能得到强化，如固溶处理+人工时效处理，但由于人工时效的时间较长，处理后得到零件尺寸仍然容易发生变化，进而影响零件尺寸精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强铝合金板材构件的制备方法，本发明提供的制备方法具有工艺简单、节能环保的优点，所得高强铝合金板材构件的尺寸精确，同时具有较高的强度和硬度。
为了实现上述发明目的，本发明提供了高强铝合金板材构件的制备方法，包括以下步骤：
(一)将高强铝合金板材进行固溶处理，所述固溶处理包括保温过程和淬火处理；
(二)将所述步骤(一)经固溶处理后的高强铝合金板材以固体颗粒为传压介质进行预时效成形，得到高强铝合金构件半成品；
(三)将所述步骤(二)预时效成形后得到的高强铝合金构件半成品进行烘烤处理，得到高强铝合金构件成品。
优选的，所述保温过程的温度为470～570℃。
优选的，所述保温过程的保温时间为30～150min。
优选的，保温过程后进行淬火处理的转移时间小于5s。
优选的，所述淬火处理为水淬。
优选的，所述淬火处理的温度为10～60℃。
优选的，所述固体颗粒为氧化锆陶瓷球。
优选的，所述氧化锆陶瓷球的直径为0.3～2.0mm，抗弯强度为1000～1300MPa，断裂韧性范围为14～16MPa，硬度不小于90～130HRA。
进一步优选的，所述氧化锆陶瓷球的直径为0.5～0.8mm。
优选的，所述预时效成形的温度为150～240℃。
优选的，所述预时效成形的保温时间优选0.5～3min。
优选的，所述烘烤处理的温度优选170～200℃。
优选的，所述烘烤处理的时间优选20～40min。
本发明提供了一种高强铝合金板材构件的制备方法，先将高强铝合金材料进行固溶处理，固溶处理包括保温过程和淬火处理；将固溶处理后的高强铝合金板材以固体颗粒为传压介质进行预时效成形，得到高强铝合金板材构件半成品；然后对高强铝合金板材构件半成品进行烘烤处理，得到高强铝合金板材构件成品。本发明将高强铝合金板材的固体颗粒压力温成形与预时效处理相结合，形成了固溶处理、预时效成形(固体颗粒压力成形+预时效处理)、烘烤处理的高强铝合金板材构件制备工艺链，提高了生产效率，有效抑制了零件的回弹，确保了产品的尺寸精度，且固体颗粒可重复使用，且具有节能环保的优势；而对预时效成形后的半成品进行烘烤处理，有效提高了高强铝合金板材构件的强度和硬度，延长零件的使用寿命。由本发明实施例的结果可知，本发明所提供的的方法成形效果好，尺寸精确，回弹较小，实施例以AA6061型和AA7075型高强铝合金板材为母材采用上述工艺制备了高强铝合金板材构件，AA6061型高强铝合金板材的原始屈服强度为288MPa，硬度为110HV，采用本发明所提供的制备方法得到的高强铝合金构件的屈服强度为279MPa左右，硬度为101HV左右，而AA7075型高强铝合金板材的原始屈服强度为458MPa，硬度为155HV左右，采用本发明所提供的制备方法得到的高强铝合金构件的屈服强度为441MPa左右，硬度为146HV左右，构件的强度,和硬度接近母材的原始强度和硬度，应用范围广。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高强铝合金板材构件制备工艺流程示意图；
图2为本发明实施例1所得高强铝合金板材构件；
图3为本发明实施例2所得高强铝合金板材构件；
图4为本发明实施例3所得高强铝合金板材构件；
图5为本发明实施例4所得高强铝合金板材构件；
图6为对比例所得高强铝合金板材构件。
具体实施方式
本发明提供了一种高强铝合金构件的制备方法，包括如下步骤：
(一)将高强铝合金板材进行固溶处理，所述固溶处理包括保温过程和淬火处理；
(二)将所述步骤(一)经固溶处理后的高强铝合金板材以固体颗粒为传压介质进行预时效成形，得到高强铝合金构件半成品；
(三)将所述步骤(二)预时效成形后得到的高强铝合金构件半成品进行烘烤处理，得到高强铝合金构件成品。
本发明首先将高强铝合金板材进行固溶处理，固溶处理包括保温过程和淬火处理。本发明对所述高强铝合金板材的种类和来源没有特殊要求，主要针对6系列、7系列高强铝合金板材，在本发明实施例中所述高强铝合金材料具体为AA6061、AA7075。本发明主要针对厚度4.5mm以下的薄板，在本发明实施例中所使用的高强铝合金板材为1.0mm。
在本发明中，所述保温过程的温度优选为470～570℃，当高强铝合金板材为6xxx铝合金时更优选510～560℃，当高强铝合金板材为7xxx铝合金时优选470～500℃；所述保温过程的保温时间优选为30～150min，更优选60～130min，最优选为90～110min。
在本发明中，所述高强铝合金板材经保温过程后进行淬火处理，保温过程后进行淬火处理的转移时间优选小于5s，优选0～3s。所述淬火处理优选水淬。所述淬火处理的温度优选为10～60℃，更优选20～50℃，最优选为25～30℃。
在本发明中，所述固溶处理完成后，将得到的高强铝合金板材进行预时效成形处理。本发明对淬火处理后进行预时效成形处理的时间间隔没有特殊要求，优选在淬火处理完成后1h以内进行预时效成形处理，本发明实施例中淬火处理后直接进行预时效成形工艺。所述预时效成形步骤是以固体颗粒为传压介质进行的，压力成形和预时效处理合二为一，即板材构件成形后立即进行预时效处理，优选具体为：以固体颗粒为传压介质，将淬火处理后得到的高强铝合金板材进行压力成形，成形后保温保压，进行预时效处理。本发明采用固体颗粒压力成形和预时效处理合二为一的工艺，在使用固体颗粒压力成形后，保持构件成形终了的压力状态，保温进行预时效以稳固板材组织，这一保压保温的过程能够使板坯与与模具的贴合更加充分，成形尺寸更加精确，同时能够释放加工残余应力和硬化效应，有效的抑制回弹，另外，还提高了生产效率，降低了加工成本。本发明中，所述固体颗粒优选氧化锆陶瓷球，氧化锆陶瓷球具有较高的强度和韧性，以氧化锆陶瓷球的作为传压介质可使高强铝合金材料与凹模表面紧密贴合，强化零件表面，提高二者之间的热交换效率，且氧化锆陶瓷球的导热性差，进一步减少了成形过程中能量消耗。本发明中，所述氧化锆陶瓷球的直径优选为0.3～2.0mm，更优选为0.5～0.8mm；所述氧化锆陶瓷球的抗弯强度为1000～1300MPa，断裂韧性为14～16MPa，硬度为90～130HRA。
在本发明中，所述预时效成形的温度优选为150～240℃，更优选160～200℃。本发明中，所述预时效成形的保温时间优选为0.5～3min，更优选1～2min。本发明对预时效成形中所用的成形方法没有特殊要求，常规的压力成形均可，压力大小优选30～50MPa。在本发明实施例中预时效成形的过程具体为，先向模具的料筒内填入固体颗粒，料筒设置在模具的下模内，将淬火处理后的板材放在模具的下模上，下模位于凹模下，闭合模具，通过压头施加压力，固体颗粒作为传压介质进行压力成形，成形后保温进行预时效，完成预时效成形。所述预时效成形后，本发明优选将得到的产品自然冷却至室温，得到高强铝合金板材构件半成品。
在本发明中，所述预时效成形后，将得到的构件半成品进行烘烤处理，得到高强铝合金构件成品。本发明对构件从预时效成形至烘烤处理的间隔时间没有特殊要求，预时效成形后可不必立刻进行烘烤处理，间隔时间对构件的性能影响较小，即自然时效不会显著影响构件的性能，在本发明实施例中预时效成形后室温放置7天后进行烘烤处理，所得高强铝合金构件尺寸精度较高，且具有优异的强度和硬度，其强度和硬度接近原始母材的强度和硬度。此外，在烘烤处理前可根据需求对高强铝合金构件半成品进行焊接、装配或喷漆等工艺。在本发明中，所述的烘烤处理温度优选170～200℃，更优选180～190℃；所述烘烤处理的时间优选为20～40min，更优选30～35min。
本发明实施例中的具体工艺流程如图1所示，首先对高强铝合金板材进行固溶处理，即将高强铝合金板材放入加热炉保温，保温过程结束后进行淬火处理；向模具下模的料筒中填入固体颗粒，再将淬火处理后的板材转移至下模上，上模为凹模，凹模的形状可以是任意形状，图1所示形状仅为示意形状，模具的温度为预时效成形的温度，闭合模具，如图1所示，通过压头施加载荷，以固体颗粒为传压介质对板材进行压力成形，成形后保压保温进行预时效处理，完成预时效成形工艺；取出预时效成形的构件，自然冷却至室温得到高强铝合金板材构件半成品；最后对半成品进行烘烤处理，得到最终的成品零件。
本发明将预时效工艺和成形工艺合二为一，提高了生产效率，并采用固体颗粒进行压力成形，有效抑制了零件的回弹，确保了产品的尺寸精度，同时抑制了构件半成品在放置、运输和装配过程中自然时效的影响，保证烘烤处理后具有较高的使用强度，且具有节能环保的优势；对成形后的零件进行烘烤处理，有效提高了高强铝合金构件的强度和硬度，延长了零件的使用寿命。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明提供的高强铝合金构件的制备方法进行清楚、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。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
选用AA6061高强铝合金板材，将板材放入加热炉，加热炉的温度为550℃，保温时间60min，保温后水淬，保温后进行淬火处理的转移时间为3s，淬火温度20℃。将氧化锆陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化锆陶瓷球的粒径为0.5～0.8mm，抗弯强度为1000～1300MPa，断裂韧性为14～16MPa，硬度为90～130HRA；再将淬火处理后的板材放置在模具的下模上，模具温度为150℃，闭合模具后，通过压头施加压力进行成形，压力为30MPa，成形后保压保温3min进行预时效处理，预时效结束后取出成形构件，自然冷却得到高强铝合金构件半成品；室温放置7天，然后对半成品进行烘烤处理，烘烤处理的温度190℃，时间为20min，得到最终成品。
图2为本实施例所得成品，根据图2可知，本实施例所得成品表面质量好，成形尺寸精度高。
按照国家标准GBT228-2002对本实施例所采取工艺处理后的单向拉伸试样的屈服强度进行测试，测得按照本实施例所述的工艺除去成形的步骤得到的板材的屈服强度为279MPa，接近原始板材屈服强度(288MPa)。
按照国家标准GB4342-84对图2中所示各点进行显微硬度测量，如表1所示，板材的原始硬度为110HV，由表1可知，本实施例所得成品的的硬度值均保持在101HV左右，接近板材的原始硬度。
表1本实施例所得成品不同测量点硬度
测量点 1 2 3 4 5
硬度值(HV) 103 105 101 99 101
实施例2
选用AA6061高强铝合金板材，将板材放入加热炉，加热炉的温度为560℃，保温时间120min，保温后水淬，保温结束后立即进行淬火处理，淬火温度25℃。将氧化锆陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化锆陶瓷球的粒径为1.0～1.6mm，抗弯强度为1000～1300MPa，断裂韧性为14～16MPa，硬度为90～130HRA；再将淬火处理后的板材放置在模具的下模上，模具温度为200℃，闭合模具后，通过压头施加压力进行成形，压力为40MPa，成形后保压保温1min进行预时效处理，预时效结束后取出成形构件，自然冷却得到高强铝合金构件半成品；室温放置7天，然后对半成品进行烘烤处理，烘烤处理的温度180℃，时间为30min，得到最终成品。
图3为本实施例所得成品，由图3可知本实施例所得成品表面质量好，成形精度较高。
按照国家标准GBT228-2002对本实施例所采取工艺处理后的单向拉伸试样的屈服强度进行测试，测得按照本实施例所述的工艺除去成形的步骤得到的板材的屈服强度为275MPa，接近原始板材屈服强度(288MPa)。
按照国家标准GB4342-84对图3中所示各点进行显微硬度测量，如表2所示，板材的原始硬度为110HV，由表2可知，本实施例所得成品的的硬度值均保持在100HV以上，接近板材的原始硬度。
表2本实施例所得成品不同测量点硬度
测量点 1 2 3 4 5
硬度值(HV) 100 101 101 103 101
实施例3
选用AA7075高强铝合金板材，将板材放入加热炉，加热炉的温度为470℃，保温时间90min，保温后水淬，保温后进行淬火处理的转移时间为4s，淬火温度30℃。将氧化锆陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化锆陶瓷球的粒径为1.6～2.0mm，抗弯强度为1000～1300MPa，断裂韧性为14～16MPa，硬度为90～130HRA；再将淬火处理后的板材放置在模具的下模上，模具温度为160℃，闭合模具后，通过压头施加压力进行成形，压力为35MPa，成形后保压保温1.5min进行预时效处理，预时效结束后取出成形构件，自然冷却得到高强铝合金构件半成品；室温放置7天，然后对半成品进行烘烤处理，烘烤处理的温度170℃，时间为30min，得到最终成品。
图4为本实施例所得成品，由图4可知本实施例所得成品表面质量好，成形精度较高。
按照国家标准GBT228-2002对本实施例所采取工艺处理后的单向拉伸试样的屈服强度进行测试，测得按照本实施例所述的工艺除去成形的步骤得到的板材的屈服强度为441MPa，接近原始板材屈服强度(455MPa)。
按照国家标准GB4342-84对图5中所示各点进行显微硬度测量，如表4所示，板材的原始硬度为155HV，由表3可知，本实施例所得成品的的硬度值均保持在141HV以上，接近板材的原始硬度。
表3本实施例所得成品不同测量点硬度
测量点 1 2 3 4 5
硬度值(HV) 149 144 148 145 146
实施例4
选用AA7075高强铝合金板材，将板材放入加热炉，加热炉的温度为480℃，保温时间110min，保温后水淬，保温后进行淬火处理的转移时间为2s，淬火温度25℃。将氧化锆陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化锆陶瓷球的粒径为0.3～0.6mm，抗弯强度为1000～1300MPa，断裂韧性为14～16MPa，硬度为90～130HRA；再将淬火处理后的板材放置在模具的下模上，模具温度为230℃，闭合模具后，通过压头施加压力进行成形，压力为45MPa，成形后保压保温2min进行预时效处理，预时效结束后取出成形构件，自然冷却得到高强铝合金构件半成品；室温放置7天，然后对半成品进行烘烤处理，烘烤处理的温度190℃，时间为20min，得到最终成品。
图5为本实施例所得成品，由图5可知本实施例所得成品表面质量好，成形精度较高。
按照国家标准GBT228-2002对本实施例所采取工艺处理后的单向拉伸试样的屈服强度进行测试，测得按照本实施例所述的工艺除去成形的步骤得到的板材的屈服强度为439MPa，接近原始板材屈服强度(455MPa)。
按照国家标准GB4342-84对图5中所示各点进行显微硬度测量，如表4所示，板材的原始硬度为142HV，由表4可知，本实施例所得成品的的硬度值均保持在146HV左右，接近板材的原始硬度。
表4本实施例所得成品不同测量点硬度
测量点 1 2 3 4 5
硬度值(HV) 147 148 145 144 146
对比例
使用温热成形技术完成实施例2中的高强铝合金板材构件的成形，并对其进行人工时效处理，完成高强铝合金板材构件的制备，以此作为对比例。
具体工艺为：选用AA6061高强铝合金板材，将板材放入加热炉，加热时间560℃，保温时间120min，保温后水淬，保温结束后立即进行淬火处理，淬火温度25℃。将氧化锆陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化锆陶瓷球的粒径为1.0～1.6mm，抗弯强度为1000～1300MPa，断裂韧性为14～16MPa，硬度为90～130HRA；再将淬火处理后的板材放置在模具的下模上，模具温度为200℃，闭合模具后，通过压头施加压力进行成形，压力为40MPa，成形后取出成形构件，自然冷却得到高强铝合金构件半成品；室温放置7天，然后对半成品进行人工时效处理，人工时效处理的温度180℃，保温15h，得到最终成品。
图6为本对比例所得成品，由图6可知，使用温热成形技术，然后进行人工时效处理，所得成品的表面质量和成形性能均低于实施例2所得成品。
按照国家标准GBT228-2002对本实施例所采取工艺处理后的单向拉伸试样的屈服强度进行测试，测得按照本实施例所述的工艺除去成形的步骤得到的板材的屈服强度为275MPa。
按照国家标准GB4342-84对图6中所示各点进行显微硬度测量，如表5所示，板材的原始硬度为110HV，由表5可知，本实施例所得成品的硬度值均在70HV左右，远低于实施例2所得成品的硬度。
表5本对比例所得成品不同测量点硬度
测量点 1 2 3 4 5
硬度值(HV) 68 70 73 75 73
上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强铝合金板材构件的制备方法，包括以下步骤：
(一)将高强铝合金板材进行固溶处理，所述固溶处理包括保温过程和淬火处理；
(二)将所述步骤(一)经固溶处理后的高强铝合金板材以固体颗粒为传压介质进行预时效成形，得到高强铝合金构件半成品；
(三)将所述步骤(二)预时效成形后得到的高强铝合金构件半成品进行烘烤处理，得到高强铝合金构件成品。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保温过程的温度为470～570℃，所述保温过程的保温时间为30～150min，保温过程后进行淬火处理的转移时间小于5s。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淬火处理为水淬，所述淬火处理温度为10～60℃。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固体颗粒为氧化锆陶瓷球。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧化锆陶瓷球的直径为0.3～2.0mm，抗弯强度为1000～1300MPa，断裂韧性范围为14～16MPa，硬度不小于90～130HRA。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氧化锆陶瓷球的直径为0.5～0.8mm。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预时效成形的温度为150～240℃。
8.如权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述预时效成形的保温时间为0.5～3min。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烘烤处理的温度为170～200℃。
10.如权利要求1或9所述的制备方法，其特征在于，所述烘烤处理的时间为20～40min。
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