CN107686954A - 一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明主要属于金属材料塑性成形加工领域，具体涉及一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法。所述热处理方法包括固溶处理步骤、冷模具成形步骤、保压淬火步骤和时效步骤，所述热处理方法在所述固溶处理步骤和所述冷模具成形步骤之间还包括板料的强制冷却步骤，所述强制冷却步骤用于将所述板料冷却至一定温度后再进行变形，所述热处理方法能够提高铝合金的热冲压成形性。采用固溶后快速冷却至成形温度的热处理方法，充分发挥了材料在高温下的延展性，在原有铝合金热冲压工艺的基础上进一步提高了零件的成形性。
Description
技术领域
本发明主要属于金属材料塑性成形加工领域，具体涉及一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法。
背景技术
7075铝合金是以锌为主要合金元素的铝合金，属于热处理可强化铝合金，是最为常用的7XXX系高强铝合金。限制7075铝合金板料应用的主要原因是其在室温下材料的塑性延伸率低，断裂延伸率基本在15%以下。现有技术中，为了提高7075铝合金的冲压成形性，铝合金热冲压工艺被应用于7075铝合金的冲压成形，在不降低材料强度的同时，提高材料成形过程中的塑性。
常规铝合金热冲压工艺的工艺路线是：固溶处理-冷模具成形-保压-时效，如图1所示。在该工艺中，板料经固溶处理后迅速转移至冷模具中，在成形的过程中实现淬火。这样做的目的是防止析出相在转移过程中析出，以降低材料的强度。虽然该工艺可以大幅提高铝合金材料的成形性。但是，该工艺要求板料的初始成形温度在略低于固溶温度附近，而非材料的最优成形温度区间。
因此，对铝合金板料成形前的热处理工艺进行改进，对于提高材料的成形性具有重要意义。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，所述热处理方法通过在所述固溶处理步骤和所述冷模具成形步骤之间添加板料的强制冷却步骤，所述强制冷却步骤用于将所述板料冷却至一定温度后再进行变形；采用固溶后快速冷却至成形温度的热处理方法，充分发挥了材料在高温下的延展性，在原有铝合金热冲压工艺的基础上进一步提高了零件的成形性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，所述热处理方法包括固溶处理步骤、冷模具成形步骤、保压淬火步骤和时效步骤，所述热处理方法在所述固溶处理步骤和所述冷模具成形步骤之间还包括板料的强制冷却步骤，所述强制冷却步骤用于将所述板料冷却至一定温度后再进行变形，所述热处理方法能够提高7075铝合金的热冲压成形性。
进一步地，在所述强制冷却步骤中，将所述板料冷却至所述7075铝合金的最佳成形温度，所述7075铝合金的最佳成形温度为400-420℃。
进一步地，将所述板料冷却至所述7075铝合金的最佳成形温度的过程中，控制冷却速度高于25℃/s。
进一步地，所述强制冷却步骤具体为：将经过固溶处理的7075铝合金板料采用强制空冷或喷雾冷却的方式进行强制冷却，冷却速度高于25℃/s，当冷却至410℃时迅速转移板料至模具，转移时间控制在3s以内，以保证板料在变形时的初始温度为400-420℃。
进一步地，所述固溶处理的步骤中，所述7075铝合金板料的固溶温度为480℃，固溶时间为10-60min。
进一步地，所述冷模具成形步骤中将模具采用通水冷却，板料在所述模具内成形并保压淬火，出模后进行人工时效。
进一步地，经过所述保压淬火步骤，将成形后的铝合金板料水淬至室温。
进一步地，所述人工时效步骤的条件为：120℃/24hs。
本发明的有益技术效果：
相比于常规的铝合金热冲压工艺， 通过本发明所述方法对7075铝合金进行处理后，能够获得成形性更好的零件，零件的减薄率和厚度均匀性均有大幅提高。同时，材料的力学性能未出现下降，板料强度与常规热冲压工艺相当。本发明所述热处理方法对于提高铝合金的热冲压成形性具有重要意义，适用于航空航天、交通运输等领域对铝合金板料需求的快速发展。
附图说明
图1为现有技术中常规铝合金热冲压工艺路线；
图2为本发明实施例1中所述热处理方法的铝合金热冲压工艺示意图；
图3为变形温度对7075铝合金材料塑性延伸率的影响；
图4为冷却速度对7075铝合金材料抗拉强度的影响。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
通过实验研究变形温度对7075铝合金材料塑性延伸率的影响，实验条件为：将厚度为2mm的7075铝合金板料进行固溶处理，固溶温度480℃，固溶时间10min。将固溶后的板料以50℃/s的冷速冷却至不同温度（300℃、350℃、400℃、450℃），在不同的应变速率下（0.01s-1、0.1s-1、1s-1和10s-1）进行等温拉伸，获得变形温度对材料塑性延伸率的影响，如图3所示，7075铝合金板料在400℃下具有最好的塑性延伸率。
通过实验研究冷却速度对7075铝合金材料抗拉强度的影响，实验条件为：将厚度为2mm的7075铝合金板料进行固溶处理，固溶温度480℃，固溶时间10min。将固溶后的板料采用不同冷却速度冷却至400℃，再水淬至室温，人工时效120℃/24hs，获得T6态的力学性能，进行室温准静态拉伸实验，获取材料的抗拉强度，如图4所示。由图可以看出，板料在以27.3℃/s的冷速冷至400℃时，可以获得同初始板料相当的力学性能，而冷速为20℃/s时，板料的抗拉强度有所下降。
本实施例提供一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，如图2所述，所述热处理方法包括固溶处理步骤、冷模具成形步骤、保压淬火步骤和时效步骤，所述热处理方法在所述固溶处理步骤和所述冷模具成形步骤之间还包括板料的强制冷却步骤，所述强制冷却步骤用于将所述板料冷却至一定温度后再进行变形，所述热处理方法能够提高7075铝合金的热冲压成形性。
所述固溶处理的步骤中，所述7075铝合金板料的固溶温度为480℃，固溶时间为10-60min。
在所述强制冷却步骤中，将所述板料冷却至所述7075铝合金的最佳成形温度，所述7075铝合金的最佳成形温度为400℃。7075材料的最佳成形温度低于固溶温度，相比于在固溶温度下进行成形，板料在400℃下成形可提高塑性延伸率约30%。
7075铝合金是淬火敏感材料，在冷却过程中，其对冷却速率具有一定的要求。当冷却速率高于临界冷却速度时，材料可以获得良好的综合力学性能；当冷却速率低于临界冷却速度时，第二相粒子将在冷却过程中从过饱和固溶体中析出，并逐渐长大，从而导致材料性能的下降。因此，充分固溶后的7075铝合金应以适当的冷却速率冷却至最佳成形温度，再进行变形，这样可以在提高材料成形性的同时保证材料的最终力学性能。
在本实施例中，将所述板料冷却至所述7075铝合金的最佳成形温度的过程中，控制冷却速度高于25℃/s。
所述强制冷却步骤具体为：将经过固溶处理的7075铝合金板料采用强制空冷或喷雾冷却的方式进行强制冷却，冷却速度高于25℃/s，当冷却至410℃时迅速转移板料至模具，转移时间控制在3s以内，以保证板料在变形时的初始温度为400℃。在生产过程中，通过实验的方法对板料冷却过程中的温度节点进行测定，采用机械手严格控制热处理过程中的转移时间，以最大程度地提高材料的成形性。
所述冷模具成形步骤中将模具采用通水冷却的方式保持低温，板料在所述模具内成形并保压淬火，出模后进行人工时效。其中，经过所述保压淬火步骤，将成形后的铝合金板料水淬至室温；所述人工时效步骤的条件为：120℃/24hs。
7075铝合金通过上述热处理方法后，相比于常规的铝合金热冲压工艺，本实施例获得了成形性更好的零件，零件的减薄率和厚度均匀性均有大幅提高。同时，材料的力学性能未出现下降，板料强度与常规热冲压工艺相当。
本发明所提供的工艺原理不仅适用于7075铝合金，也适用于其它所有可热处理强化铝合金，如2XXX系、6XXX系、7XXX系铝合金，通过本发明提出的热处理工艺提高材料的热冲压成形性。
Claims (9)
1.一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，所述热处理方法包括固溶处理步骤、冷模具成形步骤、保压淬火步骤和时效步骤，其特征在于，所述热处理方法在所述固溶处理步骤和所述冷模具成形步骤之间还包括板料的强制冷却步骤，所述强制冷却步骤用于将所述板料冷却至一定温度后再进行变形，所述热处理方法能够提高7075铝合金的热冲压成形性。
2.根据权利要求1所述一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，其特征在于，在所述强制冷却步骤中，将所述板料冷却至所述7075铝合金的最佳成形温度，所述7075铝合金的最佳成形温度为400-420℃。
3.根据权利要求2所述一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，其特征在于，所述7075铝合金的最佳成形温度为400℃。
4.根据权利要求2所述一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，其特征在于，将所述板料冷却至所述7075铝合金的最佳成形温度的过程中，控制冷却速度高于25℃/s。
5.根据权利要求2所述一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，其特征在于，所述强制冷却步骤具体为：将经过固溶处理的7075铝合金板料采用强制空冷或喷雾冷却的方式进行强制冷却，冷却速度高于25℃/s，当冷却至410℃时迅速转移板料至模具，转移时间控制在3s以内，以保证板料在变形时的初始温度为400℃-420℃。
6.根据权利要求1所述一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，其特征在于，所述固溶处理的步骤中，所述7075铝合金板料的固溶温度为480℃，固溶时间为10-60min。
7.根据权利要求1所述一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，其特征在于，所述冷模具成形步骤中将模具采用通水冷却，板料在所述模具内成形并保压淬火，出模后进行人工时效。
8.根据权利要求6所述一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，其特征在于，经过所述保压淬火步骤，将成形后的铝合金板料水淬至室温。
9.根据权利要求1所述一种提高7075铝合金热冲压成形性的热处理方法，其特征在于，所述人工时效步骤的条件为：120℃/24hs。
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