CN111604399A - 一种铝合金板材热压成形方法 - Google Patents

一种铝合金板材热压成形方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金板材热压成形方法。本发明通过对铝合金实施重复五道次的热压加工工艺，粘接形成了具有应变硬化形核和边部晶粒细化的梯度微结构，解决了现有技术中无法有效实现的强韧性平衡的技术难题。多道次热压成形后材料表面发生不连续动态重结晶，几何动态重结晶和颗粒激发形核等结晶现象，形成了晶界强化、应变硬化的不同组合形式的强化机制，材料的极限拉伸强度显著提高，延展性却没有太大损失，实现了铝合金的强度和延展性的良好组合。

Description

一种铝合金板材热压成形方法
技术领域
本发明属于金属成形领域，具体涉及一种铝合金板材热压成形方法。
背景技术
铝合金具有质量轻、塑性成形和热加工性能良好、焊接性能强等优点，还具有比强度高、耐腐蚀性能优良等优势，可用于加工各种带材、板材、型材，广泛应用于汽车制造、装饰装修、航空航天、交通运输等领域。5052铝合金为AL-Mg系高强度防锈铝合金，具有抗疲劳、耐腐蚀性等特性，但它不易热处理强化，通常在半冷状态用于硬化强化处理，但冷作硬化时塑性降低。基于剧烈塑性变形的累积叠轧焊技术就是典型的冷作硬化技术，该技术将板材表面进行脱脂、加工硬化等处理后尺寸相等的两块薄板材料在一定温度下叠轧并使其自动焊合，然后重复进行相同的工艺反复叠片、轧制焊接，从而使材料的组织得到细化，夹杂物均匀分布，大幅度提高材料的力学性能。由于累积叠轧焊通常是在室温条件下进行的冷变形，因此对于5052铝合金来说，只能起到应变硬化强化的作用，而不能有效保留其塑性，因此想得到强度和韧性兼顾的5052铝合金是当今材料领域的一个难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成型方法简单，既提高强度又不损失塑性的铝合金板材热压成形方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)热处理：取厚度为M、长度和宽度均为6M的铝合金板材，置于热处理炉在300～400℃保温退火2～3小时，置室温中冷却，该热处理过程记为R；
2)一面清洗：对铝合金板材的一面清洗打磨，去除表面的污渍，并用酒精清洗、烘干后得到一面清洗的板材，该一面清洗过程记为YQ；
3)双面清洗：对铝合金板材的两面清洗打磨，去除表面的污渍，并用酒精清洗、烘干后得到双面清洗的板材，该双面清洗过程记为SQ；
4)一道次半成品板材成形：取两块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到一道次半成品板材；
5)二道次半成品板材成形：取一块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面与一块经YQ处理的一道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到二道次半成品板材；
6)三道次半成品板材成形：取一块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面与一块经YQ处理的二道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到三道次半成品板材；
7)四道次半成品板材成形：取一块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面与一块经YQ处理的三道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到四道次半成品板材；
8)五道次半成品板材成形：取一块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面与一块经YQ处理的四道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到五道次半成品板材；
9)五道次成品板材成形：取一块经SQ处理的R板材放置在两块经YQ处理的五道次半成品板材之间，将三块板材清洗打磨的一面相互贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为70％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到五道次成品板材。
本发明通过对铝合金实施重复五道次的热压加工工艺，粘接形成了具有应变硬化形核和边部晶粒细化的梯度微结构，解决了现有技术中无法有效实现的强韧性平衡的技术难题。多道次热压成形后材料表面发生不连续动态重结晶，几何动态重结晶和颗粒激发形核等结晶现象，形成了晶界强化、应变硬化的不同组合形式的强化机制，材料的极限拉伸强度显著提高，延展性却没有太大损失，实现了铝合金的强度和延展性的良好组合。
附图说明
图1为本发明一道次半成品成形过程示意图；
图2为本发明二道次半成品成形过程示意图；
图3为对比例1二道次成品成形过程示意图；
图4为本发明五道次成品板材金相组织图；
图5为本发明与对比例的应力应变试验曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：本实施例采用5052铝合金板材：
1)热处理：取两块5cm厚、长度和宽度均为30cm的板材，放置热处理炉中保温370℃下退火2小时，置室温环境中冷却，以获得完全再结晶的组织，该热处理过程记为R；
2)一面清洗：用钢丝刷对板材的一面进行清洗打磨，去除表面的污渍，并进行酒精清洗和烘干后得到一面清洗的板材，该一面清洗过程YQ；
3)双面清洗：用钢丝刷对板材的两面进行清洗打磨，去除表面的污渍，并进行酒精清洗和烘干后得到双面清洗的板材，该双面清洗过程SQ；
4)如图1所示，一道次半成品板材成形：将两块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面相贴合，将两块对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为450℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到一道次半成品板材；
5)如图2所示，二道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的一道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为450℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到二道次半成品板材；
参见图3，二道次成品板材成形：将一块经SQ处理的R板材放置在两块经YQ处理的二道次半成品板材之间，三块板材相互贴合，贴合面都为清洗打磨的面，将三块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为450℃，压缩率为70％，成形的板材置室温环境中冷却得到二道次成品板材(对比例1)；
6)三道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的二道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为450℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到三道次半成品板材；
三道次成品板材成形：将一块经SQ处理的R板材放置在两块经YQ处理的三道次半成品板材之间，三块板材相互贴合，贴合面都为清洗打磨的面，将三块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为450℃，压缩率为70％，成形的板材置室温环境中冷却得到三道次成品板材(对比例2)；
7)四道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的三道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为450℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到四道次半成品板材；
四道次成品板材成形过程：将一块经SQ处理的R板材放置在两块经YQ处理的四道次半成品板材之间，三块板材相互贴合，贴合面都为清洗打磨的面，将三块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为450℃，压缩率为70％，成形的板材置室温环境中冷却得到四道次成品板材(对比例3)；
8)五道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的四道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为450℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到五道次半成品板材；
9)五道次成品板材成形过程：将一块经SQ处理的R板材放置在两块经YQ处理的五四道次半成品板材之间，三块板材相互贴合，贴合面都为清洗打磨的面，将三块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为450℃，压缩率为70％，成形的板材置室温环境中冷却得到五道次成品板材成形过程。
对热压成形的板材进行金相组织、显微硬度和应力应变的测试试验，如图4所述，本发明的五道次热压成形后成品板材的材料组织发现有不连续动态重结晶，几何动态重结晶和颗粒激发形核等结晶现象。此外，5052铝合金R板材的平均显微硬度为56.4HV。经一道次～五道次热压成形后的成品板材的硬度分别为71.3HV、65.5HV、82.4HV、79.5HV和75.9HV。一道次变形后硬度提高是由于应变硬化机制的激活，一道次变形后硬度下降是由于塑性变形的静态和动态恢复，三道次变形后硬度后，由于通过不连续动态重结晶机理形成的再结晶晶粒，平均硬度显着提高。通过进一步四道次、五道次热变形，平均显微硬度降低归因于晶粒长大。如图5所示，应力应变试验中，随着加工道次的增加，临界应变和应力增加。在三、四和五道次后，梯度微结构的形成降低了Portevin-Le Chatelier(PLC)效应，应变硬化率得到恢复。在四、五较高的道次下，由于高压和高温作用，粘结界面变得狭窄，促进了晶界扩散和结合及再结晶细晶粒，AA5052的极限拉伸强度(280.7MPa)显着提高，而延展性却没有太大损失(18.9％)，这是由于形成了晶界强化、应变硬化的不同组合形式的协同强化机制，实现了铝合金的强度和延展性的良好组合。
本实施例通过对5052铝合金实施重复五道次的热压加工工艺，粘接形成了具有应变硬化形核和边部晶粒细化的梯度微结构，材料的极限拉伸强度显著提高，延展性却没有太大损失，实现了组织性能强韧性平衡的技术难题和材料强度和延展性的良好组合。
实施例2：
1)热处理：取两块5cm厚、长度和宽度均为30cm的板材，放置热处理炉中保温300℃下退火3小时，置室温环境中冷却，以获得完全再结晶的组织，该热处理过程R；
2)一面清洗：用钢丝刷对板材的一面进行清洗打磨，去除表面的污渍，并进行酒精清洗和烘干后得到一面清洗的板材，该一面清洗过程记为YQ；
3)双面清洗：用钢丝刷对板材的两面进行清洗打磨，去除表面的污渍，并进行酒精清洗和烘干后得到双面清洗的板材，该双面清洗过程记为SQ；
4)如图1所示，一道次半成品板材成形：将两块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面相贴合，将两块对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为400℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到一道次半成品板材；
5)如图2所示，二道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的一道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为400℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到二道次半成品板材；
6)三道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的二道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为400℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到三道次半成品板材；
7)四道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的三道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为400℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到四道次半成品板材；
8)五道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的四道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为400℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到五道次半成品板材；
9)五道次成品板材成形过程：将一块经SQ处理的R板材放置在两块经YQ处理的五四道次半成品板材之间，三块板材相互贴合，贴合面都为清洗打磨的面，将三块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为400℃，压缩率为70％，成形的板材置室温环境中冷却得到五道次成品板材成形过程。
实施例3：
1)热处理：取两块5cm厚、长度和宽度均为30cm的板材，放置热处理炉中保温400℃下退火2.5小时，置室温环境中冷却，以获得完全再结晶的组织，该热处理过程记为R；
2)一面清洗：用钢丝刷对板材的一面进行清洗打磨，去除表面的污渍，并进行酒精清洗和烘干后得到一面清洗的板材，该一面清洗过程记为YQ；
3)双面清洗：用钢丝刷对板材的两面进行清洗打磨，去除表面的污渍，并进行酒精清洗和烘干后得到双面清洗的板材，该双面清洗过程记为SQ；
4)如图1所示，一道次半成品板材成形：将两块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面相贴合，将两块对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为500℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到一道次半成品板材；
5)如图2所示，二道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的一道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为500℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到二道次半成品板材；
6)三道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的二道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为500℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到三道次半成品板材；
7)四道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的三道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为500℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到四道次半成品板材；
8)五道次半成品板材成形：将一块经YQ处理的R板材清洗打磨的一面与一块经YQ处理的四道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，将两块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为500℃，压缩率为50％，成形的板材置室温环境中冷却得到五道次半成品板材；
9)五道次成品板材成形过程：将一块经SQ处理的R板材放置在两块经YQ处理的五四道次半成品板材之间，三块板材相互贴合，贴合面都为清洗打磨的面，将三块修整对齐的板材放置在液压机的上下砧下进行热压成形，热压温度为500℃，压缩率为70％，成形的板材置室温环境中冷却得到五道次成品板材成形过程。

Claims (1)

1.一种铝合金板材热压成形方法，其特征在于包括以下步骤：
1)热处理：取厚度为M、长度和宽度均为6M的铝合金板材，置于热处理炉在300～400℃保温退火2～3小时，置室温中冷却，该热处理过程记为R；
2)一面清洗：对铝合金板材的一面清洗打磨，去除表面的污渍，并用酒精清洗、烘干后得到一面清洗的板材，该一面清洗过程记为YQ；
3)双面清洗：对铝合金板材的两面清洗打磨，去除表面的污渍，并用酒精清洗、烘干后得到双面清洗的板材，该双面清洗过程记为SQ；
4)一道次半成品板材成形：取两块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到一道次半成品板材；
5)二道次半成品板材成形：取一块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面与一块经YQ处理的一道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到二道次半成品板材；
6)三道次半成品板材成形：取一块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面与一块经YQ处理的二道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到三道次半成品板材；
7)四道次半成品板材成形：取一块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面与一块经YQ处理的三道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到四道次半成品板材；
8)五道次半成品板材成形：取一块经YQ处理的R板材将清洗打磨的一面与一块经YQ处理的四道次半成品板材的清洗打磨的一面相贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为50％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到五道次半成品板材；
9)五道次成品板材成形：取一块经SQ处理的R板材放置在两块经YQ处理的五道次半成品板材之间，将三块板材清洗打磨的一面相互贴合，放置在液压机的上下砧下在400～500℃，控制压缩率为70％热压成形，将成形的板材置于室温环境中冷却得到五道次成品板材。
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