CN109201838A - 一种提高超塑成形构件材料性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高超塑成形构件材料性能的方法,包括以下步骤:1、在成形模具内安装两个随型电极,将两个随型电极连接至脉冲电源,能够使超塑成形构件的位于两个随型电极之间的区域形成导电通路;2、将超塑成形构件的板材坯料置于成形模具中,开始加热升温,当温度达到材料的超塑性成形温度后,保温10~30min,打开进气阀,并以0.03~0.05MPa/min的加压速度通入氩气,当气压达到成形压强后,保压10~30min,完成超塑成形;3、打开脉冲电源,脉冲电源电压为0‑~150V、频率为100~800Hz、持续时间为20~60s。采用上述技术方案,能够有效的减小了空洞尺寸和面积,提高了构件性能。

Description

一种提高超塑成形构件材料性能的方法
技术领域
本发明涉及一种提高超塑成形构件材料性能的方法,属于超塑性成形技术领域。
背景技术
金属的塑性通常用延伸率表示,其值一般小于40%,但在特定的条件下金属呈超塑性。超塑性是指在特定的条件下,即在低的应变速率、一定的变形温度(约为热力学熔化温度的一半)和稳定而细小的晶粒度(0.5~5μm)的条件下,某些金属或合金呈现低强度和大延伸率的一种特性,其延伸率可超过100%以上,如钢的延伸率超过500%,纯钛超过300%,铝锌合金超过1000%。目前常用的超塑性成形的材料主要有铝合金、镁合金、低碳钢、不锈钢及高温合金等。
超塑性成形由于具有一次成形复杂构件、成形精度高、成形构件整体性能好等优点,在工业生产中具有广泛的应用价值。然而,在超塑性变形过程中常伴随着材料的空洞化,特别是在铝合金、铝锂合金、镁合金等材料中空洞化尤为显著,这会大大降低材料的强度、刚度和韧性,给构件的使用可靠性带来巨大的威胁,严重限制了铝合金、铝锂合金、镁合金等材料超塑性构件在工业上的开发应用。
因此,研究抑制和减少空洞的措施对于提高超塑成形构件性能具有重要意义,目前的解决方法主要有以下几种:1、材料方面:从材料的成分设计出发,通过改变材料的成分、组成和组织等内在因素,降低材料内部难溶第二相,有效阻止空洞的形核;对材料进行预先处理,如通过累积叠轧、高压扭转、等通道挤压等大塑性变形技术,将材料组织进一步细化,极细的晶粒组织有利于抑制空洞的形核、长大;2、工艺方面:通过施加背压来达到减少空洞的目的,现有试验表明,静水压力至少为单向拉伸流变应力的1/3才能起到抑制空洞的作用,但有试验表明,静水压力须达到流变应力的一半以上。针对空洞降低超塑成形构件性能的问题,现有的解决方法存在一定的不足:对于固定牌号的材料,合金成分可变化范围较小,降低第二相程度较弱,抑制空洞产生具有很大的局限性;通过大塑性变形技术对细晶组织的材料进一步细化,难度大、成本高;在超塑性变形过程中施加背压时,需全程保证构件内外压强差恒定不变,背压的精确控制难度大。因此,现有解决材料空洞以提高超塑成形构件性能的方法很难在工业生产中推广应用。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种提高超塑成形构件材料性能的方法,对超塑成形构件进行脉冲电流处理,减少内部空洞,提高构件性能。
为了实现上述目的,本发明的一种提高超塑成形构件材料性能的方法,包括以下步骤:
1、在成形模具内安装两个随型电极,将两个随型电极连接至脉冲电源,能够使超塑成形构件的位于两个随型电极之间的区域形成导电通路;
2、将超塑成形构件的板材坯料置于成形模具中,开始加热升温,当温度达到材料的超塑性成形温度后,保温10~30min,打开进气阀,并以0.03~0.05MPa/min的加压速度通入氩气,当气压达到成形压强后,保压10~30min,完成超塑成形;
3、打开脉冲电源,脉冲电源电压为0-~150V、频率为100~800Hz、持续时间为20~60s;
4、卸载、出炉。
两个随型电极之间的电流在超塑成形构件内的方向与坯料的拉伸方向相同。
在所述步骤2中,通入氩气的加压速度为0.04MPa/min。
所述坯料为铝合金、铝锂合金或者镁合金。
所述脉冲电源产生的电流为三角波脉冲。
在所述步骤4中,首先停止加热,卸载气压,并且使超塑成形构件随炉降温,当温度降到100℃后出炉。
所述成形模具的至少与超塑成形构件的导电通路区域接触的部分的内表面做陶瓷雾化处理,形成陶瓷绝缘涂层。
两个所述随型电极中至少一个为环形。
在所述步骤1中,将所述超塑成形构件的大变形区域设置为导电通路区域。
采用上述技术方案,本发明的提高超塑成形构件材料性能的方法,具有以下有益效果:
1、本发明在材料高温超塑性成形后施加短时脉冲电流,使产生的小空洞得到愈合,V形空洞变为O形空洞,有效的减小了空洞尺寸和面积,提高了构件性能;
2、本发明在超塑成形构件产生空洞的局部施加脉冲电流,可以根据构件的实际结构灵活设计脉冲电流的施加方式,工装简单易于实现,成本低、效率高。
附图说明
图1为本发明的实施例中超塑成形贴模前的状态示意图。
图2为本发明的实施例中超塑成形贴模后的状态示意图。
图3为图1中A-A剖视图。
图4为图2中B部的局部放大图。
图5为现有技术中空洞形貌图。
图6为本发明的方法电脉冲处理后的空洞形貌图。
图7为现有技术中未经电脉冲处理与经本发明的方法电脉冲处理后的空洞尺寸分布对照表。
具体实施方式
本发明提供一种提高超塑成形构件材料性能的方法,通过在铝合金、铝锂合金、镁合金等超塑成形构件中施加短时脉冲电流,减少内部空洞,提高构件性能。以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图所示,本实施例以对7B04铝合金筒形件开展施加脉冲电流的高温超塑气胀成形为例,具体实施步骤如下所示:
1、电流回路设计。
根据筒形件的特点进行电流回路设计,在成形模具的下模具2内安装贴合于筒形件上的随型电极4、5,本实施例中,随型电极4、5均为环形,并且二者连通于筒形件的圆角部位之间,如图1所示。
如图4所示,两个随型电极4、5之间的电流在筒形件内的方向与坯料3的拉伸方向相同。
2、超塑性成形。
将7B04铝合金板材置于超塑性成形模具的上模具1与下模具2之间,并开始加热升温,当温度达到材料的超塑性成形温度515℃后,保温10min,使板料温度分布均匀。打开进气阀,并以0.04MPa/min的速度通入氩气,在气体压力作用下坯料发生胀形成形。当气压达到成形压强0.4MPa后,保压15min,坯料经自由胀形、贴模等变形阶段,最终与下模具内表面贴合,完成超塑性成形。此时筒形件圆角部位、下模具2凹槽内的环形电极4、5和脉冲电源7形成通电回路,如图2所示。
3、脉冲电流处理。
打开脉冲电源,在筒形件圆角部位施加脉冲电流,脉冲电压为60V、频率为250Hz、持续时间为20s。下模具2的内表面做陶瓷雾化处理,形成一个陶瓷绝缘涂层6,从而起到高温绝缘的效果。
4、卸载、出炉
停止加热,卸载气压,成形构件随炉降温,当温度降到100℃后取出成形好的筒形件。
显然,上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种提高超塑成形构件材料性能的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)在成形模具内安装两个随型电极,将两个随型电极连接至脉冲电源,能够使超塑成形构件的位于两个随型电极之间的区域形成导电通路;
(2)将超塑成形构件的板材坯料置于成形模具中,开始加热升温,当温度达到材料的超塑性成形温度后,保温10~30min,打开进气阀,并以0.03~0.05MPa/min的加压速度通入氩气,当气压达到成形压强后,保压10~30min,完成超塑成形;
(3)打开脉冲电源,脉冲电源电压为0-~150V、频率为100~800Hz、持续时间为20~60s;
(4)卸载、出炉。
2.如权利要求1所述的提高超塑成形构件材料性能的方法,其特征在于:两个随型电极之间的电流在超塑成形构件内的方向与坯料的拉伸方向相同。
3.如权利要求1所述的提高超塑成形构件材料性能的方法,其特征在于:在所述步骤2中,通入氩气的加压速度为0.04MPa/min。
4.如权利要求1任一项所述的提高超塑成形构件材料性能的方法,其特征在于:所述坯料为铝合金、铝锂合金或者镁合金。
5.如权利要求1任一项所述的提高超塑成形构件材料性能的方法,其特征在于:所述脉冲电源产生的电流为三角波脉冲。
6.如权利要求1任一项所述的提高超塑成形构件材料性能的方法,其特征在于:在所述步骤4中,首先停止加热,卸载气压,并且使超塑成形构件随炉降温,当温度降到100℃后出炉。
7.如权利要求1-6任一项所述的提高超塑成形构件材料性能的方法,其特征在于:所述成形模具的至少与超塑成形构件的导电通路区域接触的部分的内表面做陶瓷雾化处理,形成陶瓷绝缘涂层。
8.如权利要求1-6任一项所述的提高超塑成形构件材料性能的方法,其特征在于:两个所述随型电极中至少一个为环形。
9.如权利要求1-6任一项所述的提高超塑成形构件材料性能的方法,其特征在于:在所述步骤1中,将所述超塑成形构件的大变形区域设置为导电通路区域。
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