CN113981340A - 一种降低铝合金钣金件淬火变形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低铝合金钣金件淬火变形的方法，包括：采用辊底式喷淋淬火的方式进行淬火。本发明提供的方法能够使铝合金钣金件产品在淬火过程中快速、稳定的进行淬火，减少淬火转移时间，降低淬火变形量。本发明将铝合金钣金件产品横向固定在固溶随炉框中，随炉框在辊底式喷淋淬火炉的加热区循环往复滚动，促进产品在固溶过程中受热均匀，固溶结束后产品进入淬火区，通过调节输送辊运输速度及喷淋嘴流速，使铝合金钣金件产品在上下喷淋介质的作用下能够快速、均匀的完成淬火冷却。本发明通过减少淬火转移时间、增加产品不同部位淬火冷却均匀性的方式解决了钣金件水浸式淬火阻力大，易变形等问题。
Description
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，尤其涉及一种降低铝合金钣金件淬火变形的方法。
背景技术
铝合金的固溶热处理是通过高温保温作用后快速淬火冷却的工艺，其目的是获得最大的过饱和固溶度，提高后续时效析出相体积分数，增强合金力学性能。在淬火过程中，转移时间的延长导致晶粒内部析出粗大平衡相，降低时效强化效果，促进晶界无沉淀析出带宽化，降低铝合金的力学性能和腐蚀性能。在目前的工业化生产中，铝合金板材及钣金件的固溶淬火工艺主要通过盐浴炉进行，从盐浴炉到淬火水槽之间用天车进行转移，转移时间一般在40s以上，严重影响铝合金钣金件的抗拉强度和抗腐蚀性能。并且，铝合金材料在淬火过程中容易产生淬火变形和开裂现象，其主要原因是铝合金材料固溶后淬火冷却过程中，材料的淬透性敏感性不同，不同部位存在的热应力导致钣金件发生塑性变形。在水浸式淬火过程中，钣金件产品不同部位浸水时间不同，冷却速率不同，并且水的阻力使得钣金件产品容易发生翘曲变形。
铝合金钣金材料经过剪切变形或强塑性变形后发生金属晶粒滑移和孪生，材料内部因变形存留不均匀残余应力。这些残余应力的存在使钣金产品表现出应力腐蚀、裂纹甚至脆性断裂，由于残余应力的缓慢释放，最终使工件发生塑性变形。由于淬火过程中零件表面温度大幅下降，心部温度相对较高，形成表面收缩变形状态。随着冷却时间延长，表层温度低温恒定，心部温度不断下降并产生收缩变形，最终形成内部受拉，表面受压的应力状态，从而导致材料发生淬火变形。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种降低铝合金钣金件淬火变形的方法，本发明提供的方法能够有效减少经塑性变形后的铝合金钣金件的淬火变形量。
本发明提供了一种降低铝合金钣金件淬火变形的方法，包括：
将铝合金钣金件在辊底式喷淋淬火炉的固溶炉中循环往复运动加热至固溶温度后保温；
将保温后的产品进行喷淋淬火。
优选的，所述循环往复运动通过将铝合金钣金件固定在固溶随炉框中通过输送辊进炉后做循环往复运动。
优选的，所述铝合金钣金件的长度方向与输送辊运动方向平行。
优选的，所述固溶温度为480～520℃。
优选的，所述固溶温度的均匀性为±2℃。
优选的，所述保温的时间为0.5～1.5小时。
优选的，所述喷淋淬火过程中的淬火转移时间不超过15s。
优选的，所述铝合金钣金件的厚度≤5mm。
优选的，所述铝合金钣金件的成分为2系、6系或7系铝合金。
优选的，所述铝合金钣金件的制备方法包括：
将铝合金毛坯进行退火后冷成型，得到铝合金钣金件；
所述退火的温度为330～350℃，保温时间为0.5～1.5小时。
现有技术中铝合金钣金件的固溶淬火工艺通常采用盐浴炉加热水浸式淬火，然而，水浸式淬火工艺不仅有较长的淬火转移时间，严重影响钣金件产品的耐腐蚀性能，而且在淬火过程中一方面由于水的阻力大大增加了钣金件产品的变形量，另一方面由于钣金件产品不同部位浸水冷却速率不同，产品受热不均匀，因此易产生淬火变形。本发明采用辊底式喷淋淬火工艺且钣金产品长度方向与输送辊方向平行，在淬火过程中通过调节输送辊旋转速度快速进行淬火转移，通过对钣金件上下表面同时喷淋冷却，冷却速率更快、更均匀，使钣金产品组织细小均匀，淬火后变形小、精度高。
附图说明
图1为本发明实施例中钣金件产品展开示意图；
图2为本发明实施例中钣金件产品成型示意图；
图3为本发明实施例中钣金件产品淬火方式示意图；
图4为本发明实施例中钣金件产品放置位置示意图。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
本发明提供了一种降低铝合金钣金件淬火变形的方法，包括：
将铝合金钣金件在辊底式喷淋淬火炉的固溶炉中循环往复运动加热至固溶温度后保温；
将保温后的产品进行喷淋淬火。
在本发明中，所述降低铝合金钣金件淬火变形的方法优选包括：
将辊底式喷淋淬火炉的固溶炉空载升温至固溶温度后，将铝合金钣金件固定在固溶随炉框中通过输送辊进炉做循环往复运动，均匀加热，铝合金钣金件放置方向与输送辊方向平行；铝合金钣金件达到固溶温度后计时保温；
到达保温时间后开启喷淋淬火区炉门，打开上下喷淋装置进行淬火冷却，调节输送辊转速和喷淋嘴流速，以最小淬火转移时间和均匀冷却速度进行淬火冷却。
在本发明中，所述铝合金钣金件的厚度优选≤5mm，更优选为2～4mm，最优选为3mm。
在本发明中，所述铝合金钣金件的成分优选为2系、6系或7系铝合金，更优选为2A12铝合金钣金件。
在本发明中，所述铝合金钣金件的制备方法优选包括：
将铝合金毛坯进行退火后冷成型，得到铝合金钣金件。
在本发明中，所述铝合金毛坯的成分与上述技术方案所述铝合金钣金件成分一致，在此不再赘述。本发明对所述铝合金毛坯的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到所需成分的铝合金毛坯或者由市场购买所需成分的铝合金毛坯均可。
在本发明的实施例中，所述铝合金毛坯的展开示意图如图1所示。
在本发明中，所述退火的温度优选为330～350℃，更优选为335～345℃，最优选为340℃；所述退火的保温时间优选为0.5～2小时，更优选为0.8～1.2小时，最优选为1小时。
在本发明中，所述冷成型的方法优选包括：
连接模具阳模与压机砧板，模具位于压机砧板中间位置，调节压机压下量为30～35mm，模具阳模与阴模接触顺畅，且阴模不受明显压力；
将退火后的铝合金毛坯清洗干净后放置阴模位置，阴模刃口部位涂抹润滑油，利用压力弯曲成形进行冷成型。
在本发明中，所述压机压下量优选为31～34mm，更优选为32～33mm。
在本发明中，所述冷成型过程中的成型压力优选为280～340T，更优选为290～310T，最优选为300T。
在本发明的实施例中，所述铝合金钣金件的结构示意图如图2所示。
在本发明中，得到铝合金钣金件后优选还包括：
将铝合金钣金件根据型胎和检验样板进行手工校正，使钣金件与型胎的切合间隙优选小于0.5mm。
在本发明中，所述铝合金钣金件的长度方向优选与输送辊运动方向平行，从而保证喷淋淬火过程中钣金件不发生移动且淬火均匀，缩短淬火时间，减少淬火变形量；钣金件整体喷淋淬火集中，减少了两端淬火的不均匀性，因此可以保证喷淋淬火时工件不同部位冷却速率相同。
在本发明中，所述输送辊的运输速度即铝合金钣金件进炉做循环往复运动的速度优选为25～35m/min，更优选为28～32m/min，最优选为30m/min。
在本发明中，所述铝合金钣金件在做循环往复运动的过程中来回震荡，所述来回震荡的速度优选为0.5～1.5mm/秒，更优选为0.8～1.2mm/s，最优选为1mm/秒。
在本发明中，所述固溶温度优选为480～520℃，更优选为490～510℃，最优选为500℃。在本发明中，所述固溶温度的均匀性优选为±2℃；所述固溶温度的均匀性指的固溶过程中，不同保温时间下铝合金钣金件的温度最高值和最低值之差。
在本发明中，所述保温时间优选为0.5～1.5小时，更优选为0.8～1.2小时，最优选为1小时。
在本发明中，所述喷淋淬火过程中的淬火转移时间优选不超过15s。
在本发明的实施例中，铝合金钣金件淬火方式的示意图如图3所示，包括：
将铝合金钣金件固定在固溶随炉框2中，钣金件长度方向与输送辊1方向平行，将辊底式喷淋淬火固溶炉空载升温至固溶温度500℃(±2℃)，随后，打开加热区3炉门，将固定的钣金件通过输送辊1进炉做循环往复运动，均匀加热，炉门开启后，炉内热空气和钣金件进行热交换，炉内温度急剧下降；
待炉内温度上升至500℃(±2℃)后开始记录保温时间，保温时间为1小时；
到达保温时间后开启喷淋淬火区5炉门，打开上下喷淋装置4，调整输送辊1旋转速度进行淬火冷却，淬火过程中尽可能减少淬火转移时间。
在本发明中，喷淋淬火过程中在喷淋淬火区5通过喷淋嘴4把经过处理的一定温度的强大水流喷射到钣金件的上下面进行淬火冷却，根据钣金件厚度和成分及淬火条件，调节水的喷淋流速，既可保证良好的冷却速度又可以降低钣金件残余应力，从而减少钣金件的变形和扭曲。
在本发明中，所述淬火冷却过程中的输送辊的旋转速度优选为480～520mm/s，更优选为490～510mm/s，最优选为500mm/s。
在本发明中，所述喷淋淬火过程中喷淋嘴4把水温为15～25℃的强大水流喷射到铝合金钣金件的上下面进行淬火冷却，喷淋时水流量密度为30～40m3/hm2。
在本发明中，所述水温优选为18～22℃，最优选为20℃；所述水流量密度优选为32～38m3/hm2，更优选为33～35m3/hm2，最优选为34m3/hm2。
本发明提供的方法能够使铝合金钣金件产品在淬火过程中快速、稳定的进行淬火，减少淬火转移时间，降低淬火变形量。本发明将铝合金钣金件产品横向固定在固溶随炉框中，随炉框在辊底式喷淋淬火炉的加热区循环往复滚动，促进产品在固溶过程中受热均匀，固溶结束后产品进入淬火区，通过调节输送辊运输速度及喷淋嘴流速，使铝合金钣金件产品在上下喷淋介质的作用下能够快速、均匀的完成淬火冷却。本发明通过减少淬火转移时间、增加产品不同部位淬火冷却均匀性的方式解决了钣金件水浸式淬火阻力大，易变形等问题。
本发明以下实施例中所用的2A12铝合金毛坯为西南铝业集团有限责任公司提供的4mm厚的退火板材，所采用的辊底式喷淋淬火炉为西南铝业集团有限责任公司提供。
实施例1
如图1所示，2A12铝合金展开毛坯经退火工艺(具体退火制度为340℃保温1h)后进行钣金件冷成型(连接模具阳模与压机砧板，模具位于压机砧板中间位置，调节压机压下量为33mm，模具阳模与阴模接触顺畅，且阴模不受明显压力；将退火后的铝合金毛坯清洗干净后放置阴模位置，阴模刃口部位涂抹润滑油，利用压力弯曲成形进行冷成型，成型压力为300T)，成型钣金件如图2所示，其尺寸规格为660mm×100mm×37mm×4mm(长×宽×高×厚)。
将钣金件根据型胎和检验样板进行手工校正，产品与型胎切合间隙小于0.5mm。
如图3所示，将校正后的钣金零件采用辊底式喷淋淬火炉进行处理，先将其固定在固溶随炉框2中，钣金件零件长度方向与输送辊1方向平行，零件放置位置如图4所示(多个钣金件并排放置)；此时，将辊底式喷淋淬火炉的固溶炉空载升温至固溶温度500℃(±2℃)，随后，打开加热区3炉门，将固定的钣金产品通过输送辊1进炉做循环往复运动，均匀加热；循环往复运动的速度为30m/min，来回震荡的速度为1mm/秒。炉门开启后，炉内热空气与炉外冷空气和钣金产品进行热交换，此时炉内温度急剧下降。
待炉内温度上升至500℃(±2℃)后开始记录保温时间，保温时间为1h。
到达保温时间后开启喷淋淬火区5炉门，打开上下喷淋装置4，调整输送辊1旋转速度500mm/s；进行淬火冷却，淬火过程中尽可能减少淬火转移时间，淬火转移时间为10s。
由于钣金产品长度方向平行于输送辊1，零件整体喷淋淬火集中，减少了两端淬火的不均匀性，因此可以保证喷淋淬火时工件不同部位冷却速率相同。
在喷淋淬火区5，通过喷淋嘴4把经过处理水温为20℃的强大水流喷射到钣金件的上下面进行淬火冷却；根据钣金件厚度和成分及淬火条件，调节水的喷淋时水流量密度为34m3/hm2，既可保证良好的冷却速度又可以降低钣金件残余应力，从而减少钣金件的变形和扭曲。
比较例1
水浸式淬火采用井式空气循环炉，炉温升至497℃后，将铝合金钣金件零件(按照实施例1的方式获得)放置炉内，设置炉温为500℃，待炉温升至498℃开始计时保温，保温60min后将炉门打开，使用行车将料框转移至淬火槽进行淬火。
2A12铝合金钣金件产品采用水浸式淬火时，淬火转移时间为46s。
性能检测
采用激光测量仪对淬火后的铝合金钣金件进行边部翘曲变形量检测、端部扭曲变形量检测。经检测，2A12铝合金钣金件产品采用水浸式淬火后(比较例1)，其边部翘曲变形量达到0.8～1.2mm，端部扭曲变形为0.3mm左右；采用辊底式喷淋淬火尤其是零件长度方向与输送辊方向平行时(实施例1)，淬火后的变形量控制在0.3～0.4mm，端部未发生扭曲变形。
可以看出，采用本发明实施例提供的工艺处理的铝合金钣金件，不仅可以大大减少淬火转移时间，而且可以大幅度降低淬火变形量，变形量减少约为62.5％～66.7％。
现有技术中铝合金钣金件的固溶淬火工艺通常采用盐浴炉加热水浸式淬火，然而，水浸式淬火工艺不仅有较长的淬火转移时间，严重影响钣金件产品的耐腐蚀性能，而且在淬火过程中一方面由于水的阻力大大增加了钣金件产品的变形量，另一方面由于钣金件产品不同部位浸水冷却速率不同，产品受热不均匀，因此易产生淬火变形。本发明采用辊底式喷淋淬火工艺且钣金产品长度方向与输送辊方向平行，在淬火过程中通过调节输送辊旋转速度快速进行淬火转移，通过对钣金件上下表面同时喷淋冷却，冷却速率更快、更均匀，使钣金产品组织细小均匀，淬火后变形小、精度高。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种降低铝合金钣金件淬火变形的方法，包括：
将铝合金钣金件在辊底式喷淋淬火炉的固溶炉中循环往复运动加热至固溶温度后保温；
将保温后的产品进行喷淋淬火。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环往复运动通过将铝合金钣金件固定在固溶随炉框中通过输送辊进炉后做循环往复运动。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铝合金钣金件的长度方向与输送辊运动方向平行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固溶温度为480～520℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固溶温度的均匀性为±2℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保温的时间为0.5～1.5小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷淋淬火过程中的淬火转移时间不超过15s。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金钣金件的厚度≤5mm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金钣金件的成分为2系、6系或7系铝合金。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金钣金件的制备方法包括：
将铝合金毛坯进行退火后冷成型，得到铝合金钣金件；
所述退火的温度为330～350℃，保温时间为0.5～1.5小时。
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| CN202111282838.0A Pending CN113981340A (zh) | 2021-11-01 | 2021-11-01 | 一种降低铝合金钣金件淬火变形的方法 |
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| CN (1) | CN113981340A (zh) |
Citations (6)
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| CN101701329A (zh) * | 2009-11-12 | 2010-05-05 | 西南铝业（集团）有限责任公司 | 一种米级铝合金锻环淬火方法 |
| CN102002570A (zh) * | 2010-12-13 | 2011-04-06 | 西南铝业（集团）有限责任公司 | 一种淬火工艺 |
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-
2021
- 2021-11-01 CN CN202111282838.0A patent/CN113981340A/zh active Pending
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