CN112048684A - 一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法 - Google Patents

一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，主要通过热挤压，淬火处理，自然停放，预处理以及冷成型的工艺步骤。该方法简单容易操作，能使冷成型后的6xxx铝合金具有较高的尺寸精度，满足产品装配要求，间接有效降低生产成本；使不同批次生产的铝合金型材的力学性能回到同一水平，且在较长一段时间内保持性能的稳定性，从而使得铝合金型材在冷成型后保持成型尺寸的一致性，提高了产品的成品率，解决了不同批次生产或者同批次生产停放不同时间冷成型的6xxx系铝合金由于屈服强度差异导致利用率低的问题。

Description

一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法
技术领域
本发明涉及铝合金的制备领域，具体涉及一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法。
背景技术
在节能减排的大背景下，轻量化是一个重要的途径。因此，铝合金由于其高强、易成型和低的密度在工业化领域中得到了广泛的应用。在其使用过程中，部分型材或板材需要进行冷成型处理以满足装配需求。由于可热处理强化的6xxx系铝合金在人工时效后其强度高、延伸率低，其冷成型效果差，且对材料的性能有一定损失，所有冷成型过程一般在淬火后至人工时效前的这段时间进行。但是对于沉淀强化的6xxx铝合金在人工时效前的停放过程中存在过饱和固溶体的脱溶过程，随着停放时间的增加，材料的抗拉强度和屈服强度也逐渐增加。因此，对于同一批生产的材料在不同时间冷成型或者不同批次的材料在同一时间冷成型，由于材料的屈服强度差异会造成材料冷成型的回弹量不一致，从而影响产品最终的装配，使材料的可利用率降低。为了解决此问题，目前常用的方法是对不同状态的材料选用不同成型量的模具，或者根据变形情况来手动调整冷成型工艺参数，这都大大的增加了成本，因此，本发明的研究在实际生产中具有积极的意义。
如专利号为CN201810134600.5的专利公开了一种铝合金及铝合金型材的加工工艺。又如专利号为CN106834982A公开了一种提高6082铝合金性能的热处理工艺。但上述工艺总体复杂，不能解决热处理强化的6xxx系铝合金在人工时效后其强度高、延伸率低，其冷成型效果差的问题。
综合上，在铝合金的制备方法领域，任然具有上述指出的亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提出了一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，以解决热处理强化的6xxx系铝合金在人工时效后其强度高、延伸率低，其冷成型效果差，且影响材料性能的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：
S1、铝合金铸锭热加工得到铝合金型材；
S2、铝合金型材进行在线淬火处理；
S3、将淬火处理后的铝合金型材进行自然停放；
S4、自然停放结束后进行铝合金型材的预处理；
S5、铝合金型材预处理结束后进行冷成型；
其中，所述预处理的条件为：预处理的温度为100-250℃，预处理的保温时间10-120min。
可选地，S1中的热加工指的是使挤出后的型材达到固溶状态的热挤压过程，且所述热挤压前，需要将铝合金铸棒在480-520℃的温度条件下保温2-30min，使铸棒同一截面的温度差异小于10℃。
可选地，S2中铝合金淬火处理的条件为：将挤出的铝合金型材送入装有高压风嘴的淬火区，并控制风嘴的出风速度大于或等60m/s，所述铝合金型材在进入淬火区前其温度不低于510℃，进入淬火区后1min内需冷却至250℃以下，2min内需冷却至100℃以下，完成铝合金型材的淬火处理。
可选地，S3中所述自然停放为室温停放，且停放时间不小于24h。
可选地，S5中所述冷成型为冲压、折弯或拉弯。
可选地，型材冷成型前在0℃以上的环境中停放的时间不大于30天，在20℃以上的环境中停放的时间不大于15天，在40℃以上的环境中停放的时间不大于2天。
可选地，所述冷成型为：将所述铝合金型材放入已经设置控制参数的冷成型生产设备中，并在冷成型生产设备中进行冷成型作业，且成型结束前的保载时间不低于3s。
可选地，所述铝合金为6xxx铝合金。
与现有技术相比，本发明所取得的有益技术效果是：
1.本发明的方法能解决现有技术中6xxx系铝合金在人工时效后出现强度高、延伸率低、冷成型效果差，降低6xxx系铝合金性能的问题，还解决了不同批次生产或者同批次生产停放不同时间冷成型的6xxx系铝合金由于屈服强度差异导致利用率低的问题。
2.本发明中在冷成型前对铝型材进行加温预处理，使不同批次生产的铝合金型材的力学性能回到同一水平，且在较长一段时间内保持性能的稳定性，从而使得铝合金型材在冷成型后保持成型尺寸的一致性，提高了产品的成品率。
3.本发明的方法简单容易操作，能使冷成型后的6xxx铝合金具有较高的尺寸精度，满足产品装配要求，间接有效降低生产成本。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。
图1是本发明实施例2中冷加工前间隔时间与强度的关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明为一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，根据图1所示讲述以下实施例：
实施例1：
一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，所述热处理方法包括以下步骤：
S1、铝合金铸锭的热加工得到铝合金型材，在本实施例中，所述热加工指的是使挤出后的型材达到固溶状态的热挤压过程，且所述热挤压前，需要将铝合金铸棒在480-520℃的温度条件下保温2-30min，使铸棒同一截面的温度差异小于10℃。
S2、铝合金型材进行淬火处理，具体地，在本实施例中所述淬火处理为将铝合金型材送入装有高压风嘴的淬火区，并控制风嘴的出风速度大于或等60m/s，所述铝合金型材在进入淬火区前其温度不低于510℃，进入淬火区后1min内需冷却至250℃以下，2min内需冷却至100℃以下，完成铝合金型材的淬火处理。
S3、将淬火处理后的铝合金型材在室温条件下的自然停放时间不小于24h。
S4、自然停放结束后进行铝合金型材的预处理，所述预处理的条件为：预处理的温度为100-250℃，预处理的保温时间10-120min；
S5、铝合金型材预处理结束后进行冷成型，型材冷成型前在0℃以上的环境中停放的时间不大于30天，在20℃以上的环境中停放的时间不大于15天，在40℃以上的环境中停放的时间不大于2天。具体在本实施例中为冷折弯成型，且所述冷折弯成型为：将所述铝合金型材放入已经设置控制参数的冷折弯生产设备中，并在冷折弯生产设备中进行折弯作业，且折弯结束前的保载时间不低于3s。
在本实施例中，所述铝合金为6xxx铝合金，具体为6061铝合金，6061铝合金包括如下的化学成分：Si 0.40-0.8％，Fe≤0.7％，Cu 0.15-0.40％，Mn≤0.15％，Mg 0.8-1.2％，Cr 0.04-0.35％，Zn≤0.25％,其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。
实施例2：
一、实验材料以及工艺参数
1.采用6061铝合金，且其化学成分与实施例1相同，其中，所述热处理方法的工艺参数设置为：
a热挤压前将铝合金铸棒在490-510℃的温度条件下保温10-20min，使铸棒同一截面的温度差异小于10℃；
b.淬火区冷却风嘴的出风速度大于或等60m/s，所述铝合金型材在进入淬火区前其温度不低于510℃，进入淬火区后1min内需冷却至250℃以下，2min内需冷却至100℃以下；
c.室温条件下自然停放1-30d；
d.预处理的温度为100-250℃，预处理的保温时间为20min；
e.冷成型前在20℃的环境中停放的时间为10天，成型结束前的保载时间为5s。
研究不同的预处理温度的初始回弹量，稳定后的回弹量区间，停放时间对回弹性，性能的变化的影响规律，指定符合客户使用要去用的工艺参数值。
为了突出预处理参数的对本发明的影响，以未经过预处理的试样作为对照组，将预处理组的温度的分别标记为100℃、150℃、200℃、250℃；取样后，按一定的时间间隔测量试样的回弹量，并作表格记录，如下表1所示。
表1
Figure BDA0002605347110000061
由表1可知，在同样的模具以及工艺条件下，但是经过预处理后的试样的冷成型角度波动小，能有效保证了批量生产时的回弹量的稳定性。相反，未经过预处理的试样的冷成型角度波动较大，不够稳定，对冷成型后的产品的性能有影响。
二、停放时间与硬度的变化研究
设置两组实验试样进行对比，每个试样测试硬度与抗拉强度、屈服强度之间的关系，结果见图1所示，并由图1可知，淬火后不预处理的6061铝合金型材随中间过程停放时间的加长，由于自然时效的进行，6061铝合金型材的性能逐渐增加，并表现在1d迅速上升，后上升缓慢；而预处理后型材随中间过程停放时间的加长，仍然保持较高的性能稳定性。同批次生产但不同时间冷加工或者不同批次生产同时间冷加工，造成在冷加工时因中间的停放时间不一致，材料性能不一致，从而造成同一套模具或者工艺弯曲后材料的回弹不一致，导致最终弯曲精度不同，影响后续的装配，而经过预处理的铝型材合格率也达到99％以上。
实施例3：
一、实验材料以及工艺参数
1.采用6061铝合金，且其化学成分与实施例1相同，其中，所述热处理方法的工艺参数设置为：
a热挤压前将铝合金铸棒在490-510℃的温度条件下保温10-20min，使铸棒同一截面的温度差异小于10℃；
b.淬火区冷却风嘴的出风速度大于或等60m/s，所述铝合金型材在进入淬火区前其温度不低于510℃，进入淬火区后1min内需冷却至250℃以下，2min内需冷却至100℃以下；
c.室温条件下自然停放1-30d；
d.预处理的温度为150℃，预处理的保温时间为10-120min；
e.冷成型前在20℃的环境中停放的时间为10天，成型结束前的保载时间为5s。
研究不同的预处理保温时间的初始回弹量，稳定后的回弹量区间，停放时间对回弹性，性能的变化的影响规律，指定符合客户使用要去用的工艺参数值。
为了突出预处理参数的对本发明的影响，以未经过预处理的试样作为对照组，将预处理组的保温时间的分别标记为10min、30min、60min、80min、100min、120min；取样后，按一定的时间间隔测量试样的回弹量，并作表格记录，如下表2所示。
表2
Figure BDA0002605347110000081
由表2可知，在同样的模具以及工艺条件下，但是经过预处理后的试样的冷成型角度波动小，当预处理温度固定时，改变预处理的保温时间，能有效保证了批量生产时的回弹量的稳定性。相反，未经过预处理的试样的冷成型角度波动较大，不够稳定，对冷成型后的产品的性能有影响。
二、停放时间与硬度的变化研究
设置两组实验试样进行对比，每个试样测试硬度与抗拉强度、屈服强度之间的关系，结果与实施例2接近，即淬火后不预处理的6061铝合金型材随中间过程停放时间的加长，由于自然时效的进行，6061铝合金型材的性能逐渐增加，并表现在1d迅速上升，后上升缓慢；而预处理后型材随中间过程停放时间的加长，仍然保持较高的性能稳定性。同批次生产但不同时间冷加工或者不同批次生产同时间冷加工，造成在冷加工时因中间的停放时间不一致，材料性能不一致，从而造成同一套模具或者工艺弯曲后材料的回弹不一致，导致最终弯曲精度不同，影响后续的装配，而经过预处理的铝型材合格率也达到99％以上。
对比例1：
与实施例2的区别仅在于，预处理的温度为80℃，预处理的保温时间为120min，其它工艺以及工艺参数不变。
对比例2：
与实施例2的区别仅在于，预处理的温度为300℃，预处理的保温时间为120min，其它工艺以及工艺参数不变。
对比例:3：
与实施例3的区别仅在于，预处理的温度为200℃，预处理的保温时间为2min。
对比例4：
与实施例3的区别仅在于，预处理的温度为200℃，预处理的保温时间为150min。
将对比例1-4的相关结果记录如下表3：
表3
Figure BDA0002605347110000101
需要说明的是：上市对比例1-4中记录的回弹量是在间隔时间为10d时检测得到的结果。总体的对比结果为：预处理的保温时间相同，但是预处理的温度的改变，都会影响产品的合格率和时效后的力学性能；预处理的温度相同，但是预处理的保温时间不相同，也会影响产品的合格率和时效后的力学性能，因此，在做对比试验中可以知道，本发明的预处理中是预处理温度以及预处理的保温时间为协同作用的关系，能共同起作用，提高产品的合格率同时保证材料最终的力学性能。
综合上，本发明的提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法能促进铝合金棒材在冷成型后保持成型尺寸的一致性，提高了产品的成品率。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (8)

1.一种提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：
S1、铝合金铸锭热加工得到铝合金型材；
S2、铝合金型材进行在线淬火处理；
S3、将淬火处理后的铝合金型材进行自然停放；
S4、自然停放结束后进行铝合金型材的预处理；
S5、铝合金型材预处理结束后进行冷成型；
其中，所述预处理的条件为：预处理的温度为100-250℃，预处理的保温时间10-120min。
2.根据权利要求1所述的提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，其特征在于，S1中的热加工指的是使挤出后的型材达到固溶状态的热挤压过程，且所述热挤压前，需要将铝合金铸棒在480-520℃的温度条件下保温2-30min，使铸棒同一截面的温度差异小于10℃。
3.根据权利要求1所述的提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，其特征在于，S2中铝合金淬火处理的条件为：将挤出的铝合金型材送入装有高压风嘴的淬火区，并控制风嘴的出风速度大于或等60m/s，所述铝合金型材在进入淬火区前其温度不低于510℃，进入淬火区后1min内需冷却至250℃以下，2min内需冷却至100℃以下，完成铝合金型材的淬火处理。
4.根据权利要求1所述的提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，其特征在于，S3中所述自然停放为室温停放，且停放时间不小于24h。
5.根据权利要求1所述的提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，其特征在于，S5中所述冷成型为冲压、折弯或拉弯。
6.根据权利要求1所述的提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，其特征在于，型材冷成型前在0℃以上的环境中停放的时间不大于30天，在20℃以上的环境中停放的时间不大于15天，在40℃以上的环境中停放的时间不大于2天。
7.根据权利要求5所述的提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，其特征在于，所述冷成型为：将所述铝合金型材放入已经设置控制参数的冷成型生产设备中，并在冷成型生产设备中进行冷成型作业，且成型结束前的保载时间不低于3s。
8.根据权利要求1-7任一项所述的提高铝合金冷成型尺寸精度稳定性的热处理方法，其特征在于，所述铝合金为6xxx铝合金。
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