CN111719097A - 一种铝挤压材成型方法 - Google Patents

Abstract

为克服现有铝挤压材成型工艺存在工艺复杂和设备成本高的问题，本发明提供了一种铝挤压材成型方法，包括以下操作步骤：获取经过人工时效处理的铝挤压材；对铝挤压材的待变形区域进行加热，加热温度高于铝挤压材的β＇＇相的固溶温度，低于铝挤压材的Mg₂Si相的固溶温度；对热处理区域进行快速冷却处理；完成水淬处理的2天内，对铝挤压材的待变形区域进行弯曲变形，在完成水淬处理的2天内使铝挤压材处于室温状态。本发明提供的铝挤压材成型方法充分利用了铝挤压成型的热处理设备进行人工时效处理，在对弯折区域进行热处理后无需再进行热处理，即弯折加工产商无需额外投入热处理设备，有效降低铝挤压材零部件制造成本，具有良好的可操作性和经济价值。

Description

一种铝挤压材成型方法

技术领域

本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种铝挤压材成型方法。

背景技术

轻量化是汽车发展方向之一，铝合金由于质轻、易于挤出不同截面形状，被广泛用于车身结构件如前纵梁、地板横梁等部位。汽车上的铝挤压材多为可时效强化的6系或7系材料，使用状态以人工时效状态(T5、T6或者T7)为主，较T4状态(固溶+自然时效)具有更高的强度和碰撞性能。以防撞梁为例，目前主流防撞梁材料为6082，使用状态为T6态，可获得接近300MPa屈服强度，远高于未进行人工时效的T4态(约120MPa)。

但是，这种人工时效铝挤压材在获得高强度的同时，延伸率往往较低，难以进行后续的成形以获得最终零件的形状。因此，实际零件制作过程中，往往是在铝挤压材对应的T4态下先成形，在获得了对应零件形状后，再进行人工时效，形成最终的零部件。以前防撞梁为例，实际制作过程为：(铝挤压厂)铝合金挤压、水淬→T4态挤压材→运输至零部件供应商→铝挤压材弯曲成形(以获得所需形状)→人工时效→最终部件。该制作流程充分利用铝挤压材在T4状态下的低强度、高塑性，实现零件的精密成形，但也对制作条件/设备提出了较高要求。比如，该流程中铝挤压材生产、成形分属在铝材料厂和供应商处完成，供应商需额外配备热处理炉进行人工时效处理，若挤压材尺寸较大，则需配备大的热处理炉，这无疑增加了零部件生产成本；而原本人工时效部分所需的热处理炉在铝挤压厂已经配备，只是由于铝材的挤压和成形分属两处，无法充分利用铝挤压厂正常配备的热处理炉，造成的热处理设备利用不足，制造成本增加。

发明内容

针对现有铝挤压材成型工艺存在工艺复杂和设备成本高的问题，本发明提供了一种铝挤压材成型方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明实施例提供了一种铝挤压材成型方法，包括以下操作步骤：

获取经过人工时效处理的铝挤压材；

铝挤压材包括有需后续进行弯曲变形的待变形区域和不进行弯曲变形的非变形区域，对铝挤压材的待变形区域进行加热，加热温度高于铝挤压材的β＇＇相的固溶温度，低于铝挤压材的Mg₂Si相的固溶温度；然后对热处理区域进行快速冷却处理；

完成水淬处理的2天内，对铝挤压材的待变形区域进行弯曲变形，室温停放超过2天即可装配使用。

经过人工时效处理的铝挤压材中生成有β＇＇相和Mg₂Si相两种强化相，其中β＇＇相尺寸约20nm，形态不稳定，固溶温度较低，Mg₂Si相尺寸约0.5～1μm，形态较稳定，固溶温度稍高，本发明提供的铝挤压材成型方法对待变形区域进行加热，且控制温度以使铝挤压材人工时效产生的β＇＇相发生固溶，同时加热温度控制低于Mg₂Si相的固溶温度，发明人通过实验发现，经过此热处理后铝挤压材在待变形区域的强度有所降低，但不至于下降太多，同时其弯曲成型能力得到了提高，在经过弯折处理和一定时间的室温放置后，能够使变形区域的强度恢复至非变形区域的强度，即能够保证整个零件性能的基本一致。该种成型方法能够应用于铝挤压和弯折加工分属两处的情况，充分利用了铝挤压成型的热处理设备进行人工时效处理，同时无需弯折加工产商额外投入热处理设备，有效降低铝挤压材零部件制造成本，具有良好的可操作性和经济价值。

可选的，所述铝挤压材为6系铝合金材料。

可选的，经过人工时效处理的铝挤压材处于T5态、T6态或T7态。

可选的，对铝挤压材的待变形区域的加热温度为350℃～450℃。

可选的，对铝挤压材的待变形区域的热处理的保温时间为5s～30s。

可选的，对铝挤压材的待变形区域进行加热的方式为感应加热，包括以下操作：

在铝挤压材的待变形区域的外周环绕设置有与待变形区域相适配的感应线圈，感应线圈的一侧与温控装置连接，通过温控装置往感应线圈中通入高频电流，铝挤压材的待变形区域感应升温。

可选的，对热处理区域进行快速冷却处理的方式为水淬处理。

可选的，在完成水淬处理后在室温下停放超过3天。

可选的，所述铝挤压材为空心或实心挤压材。

附图说明

图1是本发明对比例1提供的铝挤压材的处理流程及处理结果示图；

图2是本发明实施例1提供的铝挤压材的处理流程及处理结果示图；

图3是本发明实施例1提供的铝挤压材的停放3天后各位置强度示图；

图4是本发明提供的经过人工时效处理的铝挤压材的β＇＇相金相图；

图5是本发明提供的经过人工时效处理的铝挤压材的Mg₂Si相金相图；

图6是本发明提供的不同6系铝合金中Mg₂Si摩尔分数随温度变化曲线。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图2所示，本发明实施例提供了一种铝挤压材成型方法，包括以下操作步骤：

获取经过人工时效处理的铝挤压材；

铝挤压材包括有需后续进行弯曲变形的待变形区域和不进行弯曲变形的非变形区域，对铝挤压材的待变形区域进行加热，加热温度高于铝挤压材的β＇＇相的固溶温度，低于铝挤压材的Mg₂Si相的固溶温度；然后对热处理区域进行快速冷却处理；

完成水淬处理的2天内，对铝挤压材的待变形区域进行弯曲变形，且在完成水淬处理的2天内使铝挤压材处于室温状态。

如图4和图5所示，经过人工时效处理的铝挤压材中生成有β＇＇相和Mg₂Si相两种强化相，其中β＇＇相尺寸约20nm，形态不稳定，固溶温度较低，Mg₂Si相尺寸约0.5～1μm，形态较稳定，固溶温度稍高，本发明提供的铝挤压材成型方法对待变形区域进行加热，且控制温度以使铝挤压材人工时效产生的β＇＇相发生固溶，同时加热温度控制低于Mg₂Si相的固溶温度，发明人通过实验发现，经过此热处理后铝挤压材在待变形区域的强度有所降低，但不至于下降太多，同时其弯曲成型能力得到了提高，在经过弯折处理和一定时间的室温放置进行自然时效处理后，能够使变形区域的强度逐渐恢复至非变形区域的强度，即能够保证整个零件性能的基本一致。该种成型方法能够应用于铝挤压和弯折加工分属两处的情况，充分利用了铝挤压成型的热处理设备进行人工时效处理，同时在对弯折区域进行热处理后无需再进行热处理，即弯折加工产商无需额外投入热处理设备，有效降低铝挤压材零部件制造成本，具有良好的可操作性和经济价值。

在一些实施例中，所述铝挤压材为6系铝合金材料。

6系铝合金材料是以镁和硅为主要合金元素的铝合金，属于变形铝合金。它是Mg₂Si析出硬化型热处理可强化合金，耐蚀性良好，中等强度，热加工性能优良，因而大量被用作挤压铝材。

在一些实施例中，经过人工时效处理的铝挤压材处于T5态、T6态或T7态。

T5态、T6态或T7态为铝挤压材经过人工时效得到，当铝挤压材处于T5态、T6态或T7态时，相较于铝挤压材的T4态具有更高的强度和碰撞性能，适用于作为各类产品的高强度零件。

需要说明的是，在本发明提供的铝挤压材成型方法，也可以直接对铝挤压材进行人工时效处理，也可以市售得到已经人工时效处理的铝挤压材。

在一些实施例中，对铝挤压材的待变形区域的加热温度为350℃～450℃。

通过过多种6系铝铝合金材料进行加热及金相分析发现，对于大部分6系铝合金材料，β＇＇相的固溶温度大于300℃，当铝挤压材的待变形区域的加热温度低于350℃时，则难以使β＇＇相发生固溶，参见图6所示，对于大部分6系铝合金材料，Mg₂Si相的固溶温度介于450℃与500℃之间，当铝挤压材的待变形区域的加热温度大于450℃时，则容易导致Mg₂Si相的固溶，从而导致变形区域在后续的室温状态放置后强度难以恢复至与非变形区域一致的强度。

在一些实施例中，对铝挤压材的待变形区域的热处理的保温时间为5s～30s。

发明人通过大量实验发现，若热处理的保温时间太短，则铝挤压材的待变形区域中析出的β＇＇相的固溶量较少，待变形区域的强度下降不明显，塑性恢复有限，难以完成后续的弯曲变形操作；若热处理的保温时间太长，由于铝合金具有高导热性，铝挤压材的待变形区域和非变形区之间会存在一个范围较大的过渡区，且经过室温状态放置后过渡区的强度无法恢复至与非变形区域一致的强度，零件整体性能均匀性较差，过渡区容易成为失效开裂位置。

在一些实施例中，对铝挤压材的待变形区域进行加热的方式为感应加热，包括以下操作：

在铝挤压材的待变形区域的外周环绕设置有与待变形区域相适配的感应线圈，感应线圈的一侧与温控装置连接，通过温控装置往感应线圈中通入高频电流，铝挤压材的待变形区域感应升温。

需要说明的是，在其他实施例中，也可采用其他加热方式进行铝挤压材的升温，如热传导加热、激光加热等，相较于其他加热方式，本实施例中采用感应加热的方式，能够实现快速加热，且能够对铝挤压材的待变形区域由内至外同时进行加热，避免外部温度与内部温度温差大的问题，可通过高频电流的大小和通断控制加热的温度和时间。

在一些实施例中，对热处理区域进行快速冷却处理的方式为水淬处理。

所述水淬处理即通过水对铝挤压材的热处理区域进行快速冷却，具体的，可将铝挤压材浸入水中，或是将水通过喷淋的方式施加于铝挤压材的热处理区域。

铝挤压材经前面的加热和保温处理后，采用水淬处理，能够保证基体较大的固溶度和获得较多的空位浓度，以利于室温停放原子团簇形成。

在一些实施例中，为了保证铝挤压材的变形区域强度的完全恢复，在铝挤压材完成水淬处理后在室温下停放超过3天。

在本发明中，术语“室温”应做广义理解，指的是使铝挤压材进行自然时效的环境温度条件，对于本领域技术人员而言，可根据具体环境条件理解上述“室温”的温度范围。

在一些实施例中，所述“室温停放”的温度进一步限制在-40℃～40℃之间、0℃～20℃之间、-20℃～0℃之间或20℃～25℃之间。

在一些实施例中，所述铝挤压材为空心或实心挤压材。

需要说明的是，本发明提供的铝挤压材成型方法适用于各种形状的铝挤压材，如板材、棱柱体、圆柱体等，均应包括在本发明的保护范围内。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的铝挤压材成型方法，包括以下操作步骤：

获取某供应商提供的6082-T6铝挤压管，6082-T6铝挤压管已经人工时效处理，硬度为128HV，先对待变形区域进行线圈的缠绕和感应加热，控制加热温度为400℃，加热时间10s，然后进行水淬处理。1天内完成管材的弯曲成形，观察获知，管材成形后未出现开裂，且精度控制较好。对成形后零件室温停放0.5d、1d、2d、3d、7d后的性能进行硬度检测，检测结果记录至表1中，由表1测试结果可知，停放3天后，零件弯曲后的变形区域逐渐恢复至与周围未热处理的未变形区域相当的性能水平，如图3所示，无需进行后续人工时效，直接装配使用。

表1

对比例1

本实施例用于对比说明本发明公开的铝挤压材成型方法，包括以下操作步骤：

获取某供应商提供的6082-T6铝挤压管，6082-T6铝挤压管已经人工时效处理，硬度为128HV，不对待变形区域进行加热，直接对待变形区域进行弯曲成型，弯曲结果如图1所示，弯曲难度较大，且在变形区域发生开裂。

对比例2

本实施例用于对比说明本发明公开的铝挤压材成型方法，包括实施例1中的大部分操作步骤，其不同之处在于：

对待变形区域的加热控制其加热温度为300℃，加热时间10s。

对比例3

本实施例用于对比说明本发明公开的铝挤压材成型方法，包括实施例1中的大部分操作步骤，其不同之处在于：

对待变形区域的加热控制其加热温度为500℃，加热时间10s。

对实施例1、对比例2和对比例3中室温下停放3天后的零件弯曲变形区域和未变形区域进行硬度测试，测试结果填入表2。

表2

由表2测试结果可以看出，可以看到，当加热温度为300℃，低于本发明方法要求的350～450℃时，该温度下未能实现析出强化相β＇＇相的固溶，合金仅发生过人工时效，强度下降不明显，样件成形过程中出现开裂。而当温度超过本发明方法要求的350～450℃时，由于该温度已达到Mg₂Si第二相的固溶温度，该温度下β＇＇相和Mg₂Si相大量固溶，该区域硬度明显低于其他未热处理区域，后期难以通过加工硬化+自然时效强化恢复，必须通过人工时效处理恢复。

对比例4

本实施例用于对比说明本发明公开的铝挤压材成型方法，包括实施例1中的大部分操作步骤，其不同之处在于：

对待变形区域的加热控制其加热温度为400℃，加热时间3s。

对比例5

本实施例用于对比说明本发明公开的铝挤压材成型方法，包括实施例1中的大部分操作步骤，其不同之处在于：

对待变形区域的加热控制其加热温度为400℃，加热时间45s。

对实施例1、对比例4和对比例5中室温下停放3天后的零件弯曲变形区域和未变形区域进行硬度测试，测试结果填入表3。

表3

由表3测试结果可以看出，热处理时间太短，β＇＇相的固溶并不彻底，热处理后型材强度(硬度)下降并不明显，导致弯曲成形中出现开裂。而当保温时间延长至45s时，虽然热处理和变形区域通过后期的加工硬化和自然时效，能恢复至与未变形区域相当的水平，但是由于铝合金的高导热性，变形区域与非变形区域之间存在一个强度(硬度)明显降低、范围较大的过渡区域，此区域易成为零件薄弱处，零件失效往往优先在此位置发生。

由上述实施例和对比例的测试结果可知，经本发明铝挤压材成型方法处理的铝挤压材不仅能实现铝挤压材精密成形不致开裂，而且成形后无需再进行后续处理，即能保证零件整体性能一致性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铝挤压材成型方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

获取经过人工时效处理的铝挤压材；

铝挤压材包括有需后续进行弯曲变形的待变形区域和不进行弯曲变形的非变形区域，对铝挤压材的待变形区域进行加热，加热温度高于铝挤压材的β＇＇相的固溶温度，低于铝挤压材的Mg₂Si相的固溶温度；然后对热处理区域进行快速冷却处理；

完成水淬处理的2天内，对铝挤压材的待变形区域进行弯曲变形，室温停放超过2天即可装配使用。

2.根据权利要求1所述的铝挤压材成型方法，其特征在于，所述铝挤压材为6系铝合金材料。

3.根据权利要求2所述的铝挤压材成型方法，其特征在于，经过人工时效处理的铝挤压材处于T5态、T6态或T7态。

4.根据权利要求1所述的铝挤压材成型方法，其特征在于，对铝挤压材的待变形区域的加热温度为350℃～450℃。

5.根据权利要求1所述的铝挤压材成型方法，其特征在于，对铝挤压材的待变形区域的热处理的保温时间为5s～30s。

6.根据权利要求1所述的铝挤压材成型方法，其特征在于，对铝挤压材的待变形区域进行加热的方式为感应加热，包括以下操作：

在铝挤压材的待变形区域的外周环绕设置有与待变形区域相适配的感应线圈，感应线圈的一侧与温控装置连接，通过温控装置往感应线圈中通入高频电流，铝挤压材的待变形区域感应升温。

7.根据权利要求1所述的铝挤压材成型方法，其特征在于，对热处理区域进行快速冷却处理的方式为水淬处理。

8.根据权利要求1所述的铝挤压材成型方法，其特征在于，在完成水淬处理后在室温下停放超过3天。

9.根据权利要求1所述的铝挤压材成型方法，其特征在于，所述铝挤压材为空心或实心挤压材。

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