CN114525459B - 铝合金型材框的成形方法 - Google Patents

铝合金型材框的成形方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了铝合金型材框的成形方法。该方法包括：A、将铝合金坯料进行固溶、淬火，以形成W态坯料；B、将所述W态坯料进行时效处理，以形成具有GPII过渡区的坯料；C、使所述具有GPII过渡区的坯料成形，得到铝合金型材框。本申请通过对铝合金加强框坯料在固溶、淬火和时效处理，然后进行冷成形，即可获得满足性能要求的加强框构件。本申请所述高性能成形方法在成形后无需进行固溶和淬火处理，避免了淬火导致的零件变形开裂，精度超差等问题，同时大大节约了后续人工校形的时间和人力成本，提高了成形效率，降低了生产能耗和成本。

Description

铝合金型材框的成形方法
技术领域
本申请涉及铝合金型材加工的技术领域，尤其涉及铝合金型材框的成形方法。
背景技术
火箭型材框属于大型钣金零部件，是重载火箭的主要承力件。大型型材拉弯成形件是火车、飞机以及航天器中的重要组成部分，由于其贴模性良好、残余应力小以及成形精度高等优点，广泛应用于现代航空航天领域。
在铝合金型材框的成形工艺的相关技术中，遵循的流程是：首先对于预处理后为软态的坯料进行拉弯成形，再经过固溶和淬火形成W态。然后经过人工校形的工序旨在消除畸变、起皱等缺陷以获得较高的性能，由此带来了工序的繁琐性。
发明内容
有鉴于此，本申请提供高效高性能的的成形方法，能够在获得更高性能的同时有效避免因人工校形的工序带来的工序繁琐性和低效率。
已为普遍存在的是，相关技术中，铝合金型材框的成形工艺通常遵循的流程是：首先对于预处理后为O态的坯料进行拉弯成形，再经过固溶和淬火形成W态，然后经过人工校形等的工序旨在消除畸变、起皱等缺陷。由于人工校形等对操作人员的经验依赖性较高，因而其带来成品质量的可靠性较差，同时由于人工校形的耗时问题，也提高了整个成形方法的成本。
本发明人研究发现，在对坯料拉弯成形之前对坯料进行固溶、淬火得到W态坯料，若对W态坯料实施时效处理，便可使合金组织中析出尺寸细小的GPII区。此时，再实施加工成形，能够保证坯料强度和性能的同时，还能节省后续的人工校形环节，从而简化整个方法的工序。基于此，创立了本发明创造。
<成形方法>
需要理解的是，本申请成形方法是指以铝合金坯料为原料制得铝合金型材框成品的方式。
具体而言，本申请提供的成形方法方法，包括：
A、将铝合金坯料进行固溶、淬火，以形成W态坯料；
B、将上述W态坯料进行时效处理，以形成具有GPII过渡区的坯料；
C、使上述具有GPII过渡区的坯料成形，得到铝合金型材框。
<铝合金坯料>
关于铝合金坯料，可以是诸如重型运载火箭箭体为代表的航空型材框常见的材质，如7A09铝合金等。
<固溶淬火>
本申请固溶所采取的设备和操作方式为常见技术，例如可在电阻炉中进行。固溶的温度可为450～500℃，如450℃、455℃、460℃、470℃、480℃、490℃或500℃，特别优选为470℃；在此温度基础下，固溶的时间为40min、41min、42min、43min、45min、47min、48min、49min或50min，优选为42.5min。
淬火的方式属于本领域常见技术，例如冷水或空冷等不作特别限定。
<时效处理>
时效处理在形成W态坯料之后既可以直接实施，也可以间隔1-48小时后实施，例如1h、3h、7h、9h、12h、15h、18h、22h、25h、30h、35h、40h、45h、48h等。
作为一种示范，时效处理的温度为60～120℃，例如60℃、61℃、62℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、100℃、110℃、115℃或120℃；在此温度的情形下，时效处理的时间为1～16小时，如1h、1.25h、1.5h、2h、3h、5h、7h、8h、10h、12h、14h、15h、16h等。
<成形>
作为本申请成形的方式，最佳为冷加工。至于成形所采用的机械设备可以是模具等或者其它器具。
坯料各处变形量为1～10％，如1％、1.5％、2％、3％、4％、5％、7％、9％、10％等。
<烘烤应力均匀化处理>
根据成形后加强框的组织性能和成形精度决定是否对其进行烘烤。
此处，烘烤应力均匀化处理的目的是组织内的GPII区形核以及溶质原子富集转变成η′亚稳定强化相。
烘烤应力均匀化处理的温度为120～250℃，如120℃、122℃、125℃、130℃、140℃、160℃、190℃、210℃、230℃、240℃或250℃等；基于此温度，其对应的时间为1～10分钟，如1min、1.5min、2min、4min、6min、8min、9min或10min等。
本申请相对相关技术具有以下有益效果：
(1)不同于目前工程现状是对软态坯料进行拉弯成形，然后固溶淬火，人工校形，长时间人工时效强化处理。本发明可以在板材供应商处定制坯料组织状态，坯料预处理工艺为：坯料固溶、淬火，然后进行时效处理。产品制造商收到此坯料后可直接对此坯料进行成形，成形后无需再进行传统的固溶淬火和时效热处理，实现生产流程集中化，成形成性一体化，提高生产效率。
(2)本申请所述高性能成形方法对于成形后的构件无需进行固溶、淬火和长时间时效强化热处理，可避免淬火构件热变形开裂，精度超差，节省了因人工校形和人工时效所耗费的能源和人力成本，能显著提高产品性能和生产效率，降低生产能耗和成本。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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。
<实施例的过程>
实施例1：
以7A09铝合金型材框为坯料，一种重型运载火箭箭体铝合金加强框高性能成形方法，包括如下步骤：
(1)将7A09铝合金坯料放置于电阻炉中加热至470℃并保温42.5分钟，完成后将坯料取出并置于冷水中进行淬火处理，以获得W态铝合金板；
(2)在5分钟内对W态铝合金坯料进行时效处理，即加热至90℃，并保温12小时。坯料经时效处理之后，形成GPII过渡区；
(3)将时效处理后的坯料在室温下进行成形，坯料各处变形量处于7％之间；
(4)对上述成形后的加强框进行烘烤应力均匀化处理，烘烤时间为10分钟，温度为180℃；
(5)成形后加强框构件无需进行后续人工校形和长时间时效热处理。
实施例2：
以7A09铝合金型材框为坯料，一种重型运载火箭箭体铝合金加强框高性能成形方法，包括如下步骤：
(1)将7A09铝合金坯料放置于电阻炉中加热至470℃并保温42.5分钟，完成后将坯料取出并置于冷水中进行淬火处理，以获得W态铝合金板；
(2)在5分钟内对W态铝合金坯料进行时效处理，即加热至90℃，并保温16小时。坯料经时效处理之后，形成GPII过渡区；
(3)将时效处理后的坯料在室温下进行成形，坯料各处变形量处于10％之间；
(4)对上述成形后的加强框进行烘烤应力均匀化处理，烘烤时间为5分钟，温度为220℃；
(5)成形后加强框构件无需进行后续人工校形和长时间时效热处理。
实施例3
以7A09铝合金型材框为坯料，一种重型运载火箭箭体铝合金加强框高性能成形方法，包括如下步骤：
(1)将7A09铝合金坯料放置于电阻炉中加热至470℃并保温42.5分钟，完成后将坯料取出并置于冷水中进行淬火处理，以获得W态铝合金板；
(2)在5分钟内对W态铝合金坯料进行时效处理，即加热至120℃，并保温1小时。坯料经时效处理之后，形成GPII过渡区；
(3)将时效处理后的坯料在室温下进行成形，坯料各处变形量处于1％之间；
(4)对上述成形后的加强框进行烘烤应力均匀化处理，烘烤时间为5分钟，温度为180℃；
(5)成形后加强框构件无需进行后续人工校形和长时间时效热处理。
实施例4
以7A09铝合金型材框为坯料，一种重型运载火箭箭体铝合金加强框高性能成形方法，包括如下步骤：
(1)将7A09铝合金坯料放置于电阻炉中加热至470℃并保温42.5分钟，完成后将坯料取出并置于冷水中进行淬火处理，以获得W态铝合金板；
(2)在5分钟内对W态铝合金坯料进行时效处理，即加热至120℃，并保温12小时。坯料经时效处理之后，形成GPII过渡区；
(3)将时效处理后的坯料在室温下进行成形，坯料各处变形量处于3％之间；
(4)对上述成形后的加强框进行烘烤应力均匀化处理，烘烤时间为5分钟，温度为220℃；
(5)成形后加强框构件无需进行后续人工校形和长时间时效热处理。
实施例5
以7A09铝合金型材框为坯料，一种重型运载火箭箭体铝合金加强框高性能成形方法，包括如下步骤：
(1)将7A09铝合金坯料放置于电阻炉中加热至470℃并保温42.5分钟，完成后将坯料取出并置于冷水中进行淬火处理，以获得W态铝合金板；
(2)在5分钟内对W态铝合金坯料进行时效处理，即加热至120℃，并保温16小时。坯料经时效处理之后，形成GPII过渡区；
(3)将时效处理后的坯料在室温下进行成形，坯料各处变形量处于6％之间；
(4)对上述成形后的加强框进行烘烤应力均匀化处理，烘烤时间为10分钟，温度为220℃；
(5)成形后加强框构件无需进行后续人工校形和长时间时效热处理。
实施例6
与实施例唯一不同的是，省略步骤(4)，其它均相同于实施例1
实施例7
与实施例唯一不同的是，步骤(2)为：在间隔12h后对W态铝合金坯料进行时效处理，其它均相同于实施例1。
比较例1
以7A09铝合金型材框为坯料，成形方法包括如下步骤：
(1)将7A09铝合金坯料放置在室温下进行成形，坯料各处变形量处于7％之间；
(2)将成形后的坯料放置于电阻炉中加热至470℃并保温42.5分钟，完成后将坯料取出并置于冷水中进行淬火处理，以获得W态铝合金板；
(3)将W态铝合金板经过人工校形；
(4)对W态铝合金坯料进行时效处理，即加热至90℃，并保温12小时；
(5)对上述成形后的加强框进行烘烤应力均匀化处理，烘烤时间为10分钟，温度为220℃，即得到成品。
综上所述，结合本发明的实施例进行分析，在不同的预时效处理和烘烤处理下，冷拉弯成形后所得坯料力学性能总结如表1所示：
<评价>
1、评价过程
对以上所有实施例、所有对比例的型材框，依据公知的方法进行以下测试并分别测定抗压强度和屈服强度。
2、评价结果
抗压强度(MPa) 屈服强度(MPa)
实施例1 556 445
实施例2 571 504
实施例3 576 486
实施例4 600 457
实施例5 598 448
实施例6 524 408
实施例7 535 423
比较例1 478 389
由上表可知，比较例1的抗压强度和屈服强度要明显低于实施例1，这说明本申请变形的步骤在固溶、时效处理之后的特定次序对抗压强度和屈服强度产生的技术贡献。
实施例6的抗压强度和屈服强度要明显低于实施例1，这说明本申请烘烤应力均匀化处理的技术贡献。
实施例7的抗压强度和屈服强度要明显低于实施例1，这说明本申请采用间隔方法的时效处理对抗压强度和屈服强度所产生的技术贡献。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种铝合金型材框的成形方法，其特征在于，包括：
A、将铝合金坯料进行固溶、淬火，以形成W态坯料；
B、将所述W态坯料进行时效处理，以形成具有GPII过渡区的坯料；
C、使所述具有GPII过渡区的坯料成形，得到铝合金型材框；
所述时效处理的温度为60～120℃，时效处理的时间为1～16小时；
在步骤C之后还包括烘烤应力均匀化处理；所述烘烤应力均匀化处理的温度为120～250℃，时间为1～10分钟；
铝合金坯料为7A09铝合金型材框。
2.根据权利要求1所述成形方法，其特征在于，所述成形的过程中，坯料各处变形量为1～30%。
3.根据权利要求1所述成形方法，其特征在于，所述时效处理在所述形成W态坯料之后间隔1-48小时后实施。
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