CN114683000A - 一种耐蚀双曲率铝合金板制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐蚀双曲率铝合金板制备方法，其包括以下工艺过程：备料→均匀化处理→多轴自由锻→再结晶退火→锯切铣面→预拉伸→在线快速加热→双曲率成形→锯切定尺。本发明操作方便，通过对分级均匀化处理后的方锭进行大塑性变形的多轴自由锻造开坯、再结晶退火和预拉伸等技术有效促进粗大残余相的破碎和溶解及晶粒尺寸均匀细化，明显降低了成形后板材的各向异性，再通过变形后的双曲率成形进一步提高板材的强韧性和耐腐蚀性能。所得铝合金板材具有组织均匀、晶粒细小、内应力低、耐蚀性好和表面质量高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金成形和热处理技术领域，尤其涉及一种提高双曲率铝合金板综合力学性能和耐蚀性的制备方法。
背景技术
双曲率铝合金板是大型高档工程建筑装饰设计的新宠，其完美的线条不仅易与周围环境相互衬托、融为一体，而且体现出强烈的曲线感。双曲率铝合金板的主要制造流程是根据图纸所设计的双曲做一个模块，然后用模块开铝料，经过焊接、打磨、抛光、清洗和喷漆等。双曲率铝合金板不仅在外观上工艺精美，还具有重量轻、刚性好、强度高、高清洁性、高耐侯性、易于安装和维护以及环保易回收等优点。
现有技术中，存在如下相关的现有技术：
申请号为201110308987.X的中国专利提供了一种钛合金薄壁零件热拉伸蠕变复合成形方法。
申请号为201410797596.2 的中国专利提供了一种镁合金型材高温预拉伸快速加热系统。
申请号为201911365957.5的中国专利提供了一种用于多曲率蒙皮件的拉形-电磁复合成形装置及其方法。
上述现有技术存在如下技术问题：
1）采用低压直流大电流电源虽能够实现型材或薄壁零件的快速加热，但需额外配备保温设备进行保温，增加了设备成本和工艺的复杂性。
2）采用拉形+放电的复合工艺虽能克服一定的回弹问题，但需要用电磁线圈对板料的不同区域依次放电或对板料容易起皱的部位进行加热，这无疑增加了工艺的复杂性以及设备成本，导致成形效率低下。
3）现有技术未提及对微观组织和耐蚀性能的改善效果。
所以，探索出一种既能完善成形性能，又可以减少成本，而且可以精准成形，并具有耐蚀性好和组织性能各向异性小的铝合金产品的生产工艺，对于多曲铝合金板材在生产制造业中的生产应用是必要的。
发明内容
本发明针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种提高6系铝合金双曲率板综合力学性能和耐蚀性的制备方法，该工艺方法处理后的双曲率铝合金板具有组织性能各向异性小、耐蚀性好、内应力低和表面质量高等优点。
为实现上述目的，本发明所采用的工艺方案如下：
一种双曲率耐蚀铝合金板制备方法，包括如下步骤：
（1）备料：将H112态铝合金方形坯料锯切至工艺尺寸要求，得原材料；
（2）均匀化处理：所述均匀化热处理为三极均匀化热处理，步骤为将原材料室温装炉，按功率升温至545±5℃保温6小时，再以60℃/h升温速度升温至580±5℃后保温0.5小时，随后随炉冷却至460~490℃保温0.5小时，得均热原材料；
（3）多轴自由锻：将均热后的原材料进行多轴自由锻造，保持始锻温度为450~480℃，终锻温度≥430℃，在3600T液压机上进行六镦四拔多轴锻造开坯，所述锻造过程为：先Z向镦粗1次，然后X向镦拔1次，Y向镦拔1次，接着再X向镦拔1次，Y向镦拔1次，最后再Z向镦粗1次，并平整坯料各端面尺寸，得自由锻坯料；
（4）再结晶退火：将自由锻坯料室温装炉，按功率升温至540±5℃保温3小时；
（5）锯切铣面：将再结晶退火后的坯料采用强风和室温水喷淋共同冷却至室温，清理锻坯各表面的锻造缺陷并进行探伤，用精密锯床将再结晶退火后的坯料锯切至工艺尺寸的厚度要求，并预留厚度方向上的铣削余量，铣削后得原始待拉伸板材坯料；
（6）预拉伸：将锯切铣面后的待拉伸合金板材在拉伸机上进行预拉伸处理，拉伸变形量为4.0~5.0%，得预拉伸板材；
（7）在线快速加热：利用低压直流大电流电源直接对铝合金预拉伸板进行快速加热至175±5℃，保温10min；
（8）双曲率成形：在拉伸成形设备上对加热保温后的铝合金板材进行双曲率成形；
（9）锯切定尺：将双曲率成形后的板材切除钳口余量，并按工艺要求锯切定尺。
优选地，
本发明的步骤（3）中，多轴自由锻过程中每次镦拔的变形量为65%~70%，下压速度为25~35mm/s。优选下压速度为30 mm/s左右。
本发明的步骤（5）中，锯切铣面，铣去厚度方向上预留的铣削余量后能够保证Z向上下两个表面的平行度。
本发明的步骤（6）中，预拉伸，先沿X向进行4.5%变形量的预拉伸变形，再沿Y向进行4.5%变形量的预拉伸变形。
本发明的步骤（7）中，在线快速加热，在待加热板材上表面覆盖石棉布进行绝缘和保温隔热，并在待加热板材上均布5个热电偶实时检测温度，保证被加热板材温度的均匀性。
本发明的步骤（8）中，双曲率成形分两个阶段：第一阶段，加热至175℃保温10min后进行双曲率近终成形；第二阶段，将第一阶段成形后的板材强风冷却至室温后再次终成形。
本发明最后得到的铝合金板材为6系铝合金板材。
更优选地，
本发明的步骤（8）中，双曲率成形时，在拉伸成形设备上放置三层板，从上到下，最外层是被在线加热且需双曲率近终成形板，中间层是为室温再次终成形预留尺寸空间的过渡层板，最内层是在双曲率成形过程中不发生转移的保护层板。
本发明的步骤（8）中，双曲率成形时，在中间过渡层板与内层保护层板之间放置有单面覆0.4mm铝皮的石棉纤维纸，且铝皮将中间过渡层板与石棉纤维纸共同包覆并铆接在一起。
本发明的步骤（8）中，双曲率成形所用的过渡层板、保护层板和待双曲率近终成形板四周均设置有定位孔。
本发明的步骤（8）中双曲率成形时，利用可精确定位的数控驱动油缸和电磁换向阀进行双曲率成形，油缸个数根据成形板材外形尺寸和厚度灵活选用。
本发明的步骤（8）中，双曲率成形时，室温终成形前在双曲率近终成形板和内层保护板表面均匀涂覆具有高吸收率且有润滑作用的润滑剂。
本发明通过对H112态（热加工态）的方形坯料进行多级均匀化处理和多轴自由锻提高锻坯变形的均匀性，减小锻坯组织性能的各向异性，促进晶内和晶界粗大残余相的充分破碎和溶解，并在锻坯组织中积累了大量的位错和细化组织；再通过再结晶退火和预拉伸变形使锻坯变形组织发生再结晶，改善板材纤维组织的方向性，并促使第二相更多地溶入铝基体中；最后通过在线快速加热和双曲率成形合理调控晶内和晶界析出相尺寸和分布，实现了板材组织和性能的均匀性控制，使合金的强塑性和耐蚀性均得到提高。且在线快速加热保温和利用可精确定位的数控驱动油缸和电磁换向阀能够成形各种曲率不同的双曲率板，具有较高的适应性和生产效率；对双曲率近终成形后的板材再进行一次较小变形量的室温终成形能够有效防止回弹，保证成形精度，并释放一定的应力。
通过本发明方法一步一步相互作用和影响，能有效控制晶粒尺寸、降低双曲板组织性能的各向异性，消除双曲率板成形后表面出现褶皱的现象，提高板材综合力学性能、耐蚀性及表面质量。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
图2为本发明双曲率成形时在拉伸成形设备上放置的板材的结构和位置示意图。
图3为本发明双曲率成形后铝合金板材的微观组织照片。
其中，1为双曲率近终成形板，2为中间过渡层板，3为保护层板，4为数控驱动油缸。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
本发明使用的设备及材料说明如下：
低压直流大电流电源的功率、电流和电阻等参数的计算可参考申请号为201410797596.2的中国专利；
双曲率近终成形板、中间过渡层板和保护层板，三层板材都是同一种板材，都是本专利所述制备方法用的板材材料，分别命名是为了便于描述。因双曲率成形分两个阶段进行，第一阶段是双曲率近终成形，是对加热保温后的板材进行双曲率近终成形，故最外层板简称为双曲率近终成形板，此时在最外层板下面放置的板材是为了加热时保温隔热，并占据双曲率终成形时的尺寸空间，故中间层板简称为中间过渡层板，最内层的板材在双曲率成形时不进行转移，且能够避免第二阶段双曲率终成形时双曲板与油缸直接接触，提高其成形质量。
润滑剂，由动物油脂、石墨和水混合而成，且其重量配比为3：5：2。
拉伸成形设备和数控驱动油缸的工作原理可参照申请号为201710451115.6的中国专利。
实施例1：
如图1-3所示，本发明的耐蚀双曲率铝合金板制备方法所采用的方案如下：
（1）备料：将H112态（热加工态）铝合金方形坯料按照工艺尺寸要求锯切成600（±5mm）×600（±5 mm）×1000（±5 mm）的坯料，锻造前用记号笔在坯料端面标记，以区分锻造和预拉伸时的三个方向，得原材料；
（2）均匀化处理：将步骤（1）所得原材料室温装炉，按功率升温至545±5℃保温6小时，再以60℃/h升温速度升温至580±5℃保温0.5小时，然后经过3小时随炉冷却至480℃后保温0.5小时，并保证炉温的均匀性，得均热原材料；
（3）多轴自由锻：将步骤（2）所得均热后的原材料进行多轴自由锻造，保持始锻温度为450~480℃（出炉温度是480℃，在转移坯料和锻造过程中温度会降低，但是保持不低于450℃），终锻温度≥430℃，在3600T液压机上进行六镦四拔多轴锻造开坯，所述锻造过程为：先Z向镦粗至外形尺寸~1010 × ~1010 ×（350±3）mm，然后X向镦粗至外形尺寸（350±3）× ~1010 × ~1010 mm、X向拔长至外形尺寸（1000±3）× ~600 × ~600 mm，Y向拔长至外形尺寸~600 ×（1000±3）× ~600 mm、Y向镦粗至外形尺寸~775 ×（600±3）× ~775mm，接着再X向拔长至外形尺寸（1300±3）× ~525 × ~525 mm、X向镦粗至外形尺寸（775±3）× ~680 × ~680 mm，Y向拔长至外形尺寸~560 ×（1150±3）× ~560 mm、Y向镦粗至外形尺寸~730 ×（680±3）× ~730 mm，最后再Z向镦粗至外形尺寸~1200 × ~1200 ×（250±3）mm，并平整锻坯各端面尺寸，在多轴锻造过程中上砧板的下压速度均为30 mm/s左右，得自由锻坯料；
（4）再结晶退火：将步骤（3）所得自由锻坯料室温装炉，按功率升温至540±5℃保温3小时；
（5）锯切铣面：将步骤（4）所得再结晶退火后的坯料采用强风和室温水喷淋共同冷却至室温，清理锻坯各表面的锻造缺陷，如锻坯表面的氧化皮、分层、折叠和裂纹等，并进行着色探伤，用精密锯床将再结晶退火后坯料的Z向锯切至工艺尺寸，铣面并保证Z向上下两个表面的平行度，铣削后得原始待拉伸板材坯料；
（6）预拉伸：将步骤（5）所得待拉伸合金板在拉伸机上先沿X向进行4.5%变形量的预拉伸变形，再沿Y向进行4.5%变形量的预拉伸变形，得预拉伸板材；
（7）在线快速加热：将步骤（6）所得待加热板材上表面覆盖石棉布进行绝缘和保温隔热，利用低压直流大电流电源直接对铝合金板进行快速加热至175±5℃，保温10min，并在待加热板材上均布5个热电偶实时检测温度，保证被加热板材温度的均匀性，得加热后板材；
（8）双曲率成形：将步骤（7）所得加热保温后的板材在拉伸成形设备上进行双曲率成形，所述双曲率成形分两个阶段进行，具体如下：第一阶段，将单面包覆有石棉纤维纸和铝皮的过渡层板和保护层板通过四周设置的定位孔快速放置在拉伸成形设备上的预定位置，夹持加热保温后铝合金板材的边缘，利用可精确定位的数控驱动油缸和电磁换向阀进行双曲率近终成形；第二阶段，将中间过渡层板转移，并将第一阶段双曲率近终成形后的板材强风冷却至室温后，利用可精确定位的数控驱动油缸再次进行双曲率终成形。
如图2所示，在第（8）步双曲率成形时，在拉伸成形设备上放置三层板材，从上到下依次为双曲率近终成形板1、中间过渡层板2和保护层板3，在中间过渡层板2与内层保护层板3之间放置有单面覆0.4mm铝皮的石棉纤维纸，且铝皮将中间过渡层板与石棉纤维纸共同包覆并铆接在一起，且在室温终成形前在双曲率近终成形板和保护层板表面均匀涂覆具有高吸收率且有润滑作用的润滑剂；双曲率成形用数控驱动油缸个数根据成形板材外形尺寸和厚度可灵活选用。
本发明方法通过低压直流大电流电源在线快速加热能够在短时间内将待成形板材加热到目标成形温度，并通过两个阶段的双曲率成形，能够保证双曲铝合金板的成形效率，成形性和成形质量，且成形后的板材为6系铝合金板材（6061铝合金板材），板材性能如下：
1、抗剥落腐蚀性能等级优于PB级；
2、晶间腐蚀性能优于3级。
如图3所示，通过本发明专利成形后的双曲率铝合金板材的组织均匀、晶粒细小。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）备料：将H112态铝合金方形坯料锯切至工艺尺寸要求，得原材料；
（2）均匀化处理：所述均匀化热处理为三极均匀化热处理，步骤为将原材料室温装炉，按功率升温至545±5℃保温6小时，再以60℃/h升温速度升温至580±5℃后保温0.5小时，随后随炉冷却至460~490℃保温0.5小时，得均热原材料；
（3）多轴自由锻：将均热后的原材料进行多轴自由锻造，保持始锻温度为450~480℃，终锻温度≥430℃，在3600T液压机上进行六镦四拔多轴锻造开坯，所述锻造过程为：先Z向镦粗1次，然后X向镦拔1次，Y向镦拔1次，接着再X向镦拔1次，Y向镦拔1次，最后再Z向镦粗1次，并平整坯料各端面尺寸，得自由锻坯料；
（4）再结晶退火：将自由锻坯料室温装炉，按功率升温至540±5℃保温3小时；
（5）锯切铣面：将再结晶退火后的坯料采用强风和室温水喷淋共同冷却至室温，清理锻坯各表面的锻造缺陷并进行探伤，用精密锯床将再结晶退火后的坯料锯切至工艺尺寸的厚度要求，并预留厚度方向上的铣削余量，铣削后得原始待拉伸板材坯料；
（6）预拉伸：将锯切铣面后的待拉伸合金板材在拉伸机上进行预拉伸处理，拉伸变形量为4.0~5.0%，得预拉伸板材；
（7）在线快速加热：利用低压直流大电流电源直接对铝合金预拉伸板进行快速加热至175±5℃，保温10min；
（8）双曲率成形：在拉伸成形设备上对加热保温后的铝合金板材进行双曲率成形；
（9）锯切定尺：将双曲率成形后的板材切除钳口余量，并按工艺要求锯切定尺。
2.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，多轴自由锻过程中每次镦拔的变形量为65%~70%，下压速度为25~35mm/s。
3.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，锯切铣面，铣去厚度方向上预留的铣削余量后能够保证Z向上下两个表面的平行度。
4.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中，预拉伸，先沿X向进行4.5%变形量的预拉伸变形，再沿Y向进行4.5%变形量的预拉伸变形。
5.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中，在线快速加热，在待加热板材上表面覆盖石棉布进行绝缘和保温隔热，并在待加热板材上均布5个热电偶实时检测温度，保证被加热板材温度的均匀性。
6.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中，双曲率成形分两个阶段：第一阶段，加热至175℃保温10min后进行双曲率近终成形；第二阶段，将第一阶段成形后的板材强风冷却至室温后再次终成形。
7.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中，双曲率成形时，在拉伸成形设备上放置三层板，从上到下，最外层是被在线加热且需双曲率近终成形板，中间层是为室温再次终成形预留尺寸空间的过渡层板，最内层是在双曲率成形过程中不发生转移的保护层板。
8.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中，双曲率成形时，在中间过渡层板与内层保护层板之间放置有单面覆0.4mm铝皮的石棉纤维纸，且铝皮将中间过渡层板与石棉纤维纸共同包覆并铆接在一起。
9.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中，双曲率成形所用的过渡层板、保护层板和待双曲率近终成形板四周均设置有定位孔。
10.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中双曲率成形时，利用可精确定位的数控驱动油缸和电磁换向阀进行双曲率成形，油缸个数根据成形板材外形尺寸和厚度灵活选用。
11.根据权利要求1所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述步骤（8）中，双曲率成形时，室温终成形前在双曲率近终成形板和内层保护板表面均匀涂覆具有高吸收率且有润滑作用的润滑剂。
12.根据权利要求1-11任一项所述的双曲率耐蚀铝合金板制备方法，其特征在于，所述铝合金板为6系铝合金板材。
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