專利名稱：一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可熱處理強(qiáng)化鋁合金鈑金件的熱成形方法背景技術(shù)
可熱處理強(qiáng)化鋁合金如2000系、6000系和7000系鋁合金，通過熱處理強(qiáng)化(固溶處理+時(shí)效)后強(qiáng)度顯著提高。常規(guī)成形方法中，該類鋁合金零件通常采用先在退火態(tài)完成零件的成形，然后將成形零件進(jìn)行熱處理以提高其強(qiáng)度，滿足最終的使用要求。但是，固溶處理時(shí)需要將成形零件加熱到一定溫度(45(T550°C)并保持一定時(shí)間后進(jìn)行快速冷卻淬火，以獲得過飽和固溶體，為后續(xù)的時(shí)效做好準(zhǔn)備。固溶加熱和淬火過程中，由于不均勻的熱脹冷縮及熱應(yīng)力、內(nèi)應(yīng)力影響，零件形狀尺寸容易發(fā)生變化。形狀越復(fù)雜、尺寸越大，零件形狀尺寸精度受影響程度越大。
近年，發(fā)展起來一種針對(duì)鋁合金板材零件的熱溶成形冷模淬火工藝，所使用模具均為冷模。將在加熱爐中充分固溶的坯料，快速轉(zhuǎn)移定位到成形模具內(nèi)進(jìn)行成形，合模保壓幾秒鐘，在成形的同時(shí)完成淬火，時(shí)效后零件力學(xué)性能能夠達(dá)到T6態(tài)鋁合金力學(xué)性能的 90%。該成形方法將成形與熱處理相結(jié)合，熱態(tài)下成形可獲得良好的成形性能，冷模淬火保證了零件的尺寸精度，可一次性成形形狀復(fù)雜的高強(qiáng)度鋁合金零件。但是，熱態(tài)板坯快速轉(zhuǎn)移定位到模具內(nèi)需要一定的轉(zhuǎn)移時(shí)間，必然導(dǎo)致其溫度降低。而鋁合金一方面普遍存在淬火敏感溫度區(qū)間，板坯降至一定溫度后無法有效淬火，時(shí)效強(qiáng)化效果不明顯；另一方面板材的成形性能降低，無法完成復(fù)雜形狀零件成形。為此要求轉(zhuǎn)移和成形在較短時(shí)間內(nèi)完成，這對(duì)成形設(shè)備提出了很高的要求。
現(xiàn)有專利號(hào)為201210124230的中國(guó)專利《鋁合金鈑金件冷熱復(fù)合模成形方法》它提出一種鋁合金鈑金件冷熱復(fù)合模成形方法，所使用的下模具為加熱狀態(tài)，上模具和壓邊圈為冷卻狀態(tài)。充分固溶后的熱態(tài)板坯轉(zhuǎn)移定位到熱態(tài)的下模具上，冷態(tài)的壓邊圈和上模具下壓完成鈑金件成形，快速分模后鈑金件留在壓邊圈及上模具上完成其冷卻淬火。相比熱溶成形冷模淬火工藝來說，該方法可有效地防止轉(zhuǎn)移過程中板坯溫度快速下降，保證了成形能在較高溫度下進(jìn)行，易于成形復(fù)雜形狀零件。但是成形時(shí)，冷熱模具接觸發(fā)生強(qiáng)烈的熱量交換，使得成形過程中對(duì)鋁合金板坯的溫度控制較難，成形時(shí)下模具處于加熱狀態(tài)，合模后使上模具溫度升高，不利于開模后成形件快速冷卻淬火，不利于獲得過飽和固溶體，使成形后時(shí)效強(qiáng)化效果不明顯。另外，成形后鈑金件必須隨上模具與壓邊圈快速從下模具上分離，要求上模具與壓邊圈間動(dòng)作必須同步，以防止影響其淬火效果，這些都對(duì)成形設(shè)備提出了很高的要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的可熱處理強(qiáng)化鋁合金先成形后熱處理時(shí)形狀尺寸變化大， 熱溶成形冷模淬火工藝要求轉(zhuǎn)移定位快、成形快，以及鋁合金鈑金件冷熱復(fù)合模成形方法中對(duì)鋁合金板坯溫度控制較難、成形后模內(nèi)冷卻淬火速度慢而不利于獲得過飽和固溶體，且對(duì)成形設(shè)備要求高等技術(shù)問題，而提供一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法。
本發(fā)明的一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)
一、將鋁合金板坯放在加熱爐中，在溫度為45(T575°C的條件下，加熱3(Tl80min， 進(jìn)行固溶，固溶完成后取出水淬；
二、將模具加熱至溫度為15(T400°C ；
三、將步驟一處理后的鋁合金板坯放在步驟二處理后的模具中加熱至溫度為 15(T40(TC，然后合模壓制，完成鋁合金鈑金件的成形；
四、將成形后的鋁合金鈑金件取下，冷卻至室溫，然后在溫度為12(T250°C的條件下進(jìn)行時(shí)效處理，得到最終的鋁合金鈑金件。
本發(fā)明的鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形過程如圖I所示，采用先將鋁合金板坯進(jìn)行固溶水淬處理以獲得過飽和固溶體，再將鋁合金板坯放在熱態(tài)模具內(nèi)進(jìn)行二次加熱并合模壓制成形，最后將成形后的鈑金件進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化處理。本發(fā)明的一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法有以下優(yōu)點(diǎn)(1)成形前先對(duì)板坯進(jìn)行固溶淬火處理，避免了在零件成形后因固溶處理時(shí)加熱與冷卻而引起零件形狀尺寸變化，保證了零件形狀尺寸精度；(2)固溶后板坯水淬時(shí)冷卻速度一般為200°C /s而模內(nèi)冷卻時(shí)的冷卻速度為3(Tl00°C /s, 本發(fā)明的成形方法更利于獲得過飽和固溶體，時(shí)效后零件強(qiáng)度更大幅度提高；(3)先對(duì)板坯進(jìn)行固溶水淬，然后在熱態(tài)模具內(nèi)二次加熱，避免了現(xiàn)有成形方法需要將固溶后的熱態(tài)板坯快速轉(zhuǎn)移、快速成形的問題，靈活度比較大；(4)成形時(shí)，不需要將鈑金件留在上模具與壓邊圈上，解決了鋁合金鈑金件冷熱復(fù)合模成形方法中，要求上模具與壓邊圈同步運(yùn)作而導(dǎo)致對(duì)成形設(shè)備要求嚴(yán)格的問題；(5)成形時(shí)，模具溫度始終恒定，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)板材溫度的精確控制，可應(yīng)用于成形2000系、6000系和7000系等可熱處理強(qiáng)化鋁合金，獲得充分強(qiáng)化且尺寸精度高的鋁合金鈑金件。
本發(fā)明的一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法還可以按以下步驟實(shí)現(xiàn)
一、將鋁合金板坯放在加熱爐中，在溫度為45(T575°C的條件下，加熱3(Tl80min， 進(jìn)行固溶，固溶完成后取出水淬；
二、向模具中內(nèi)置的冷卻水道通入冷卻水，使模具始終保持在2(T50°C的溫度范圍內(nèi)；
三、將步驟一處理后的鋁合金板坯放在上模具和下模具之間，且與上模具和下模具都不接觸，然后將鋁合金板坯加熱至溫度為15(T400°C，停止加熱同時(shí)在Hs內(nèi)完成合模壓制，完成鋁合金鈑金件的成形；
四、使成形后的鋁合金鈑金件在模具內(nèi)冷卻至室溫，然后取下，在溫度為 12(T250°C的條件下進(jìn)行時(shí)效處理，得到最終的鋁合金鈑金件。
本發(fā)明的鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形過程如圖I所示，采用先將鋁合金板坯進(jìn)行固溶水淬處理以獲得過飽和固溶體，再將鋁合金板坯直接二次加熱至成形溫度，利用冷態(tài)模具快速合模成形，最后將成形后的鈑金件進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化處理。本發(fā)明的一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法有以下優(yōu)點(diǎn)(1)成形前先對(duì)板坯進(jìn)行固溶淬火處理，避免了在零件成形后因固溶處理時(shí)加熱與冷卻而引起零件形狀尺寸變化，保證了零件形狀尺寸精度；(2)固溶后板坯水淬時(shí)冷卻速度一般為200°C /s而模內(nèi)冷卻時(shí)的冷卻速度為 3(T10(TC/s，本發(fā)明的成形方法更利于獲得過飽和固溶體，時(shí)效后零件強(qiáng)度可更大幅度提高；(3)先對(duì)板坯進(jìn)行固溶水淬，然后直接二次加熱到一定溫度進(jìn)行成形，避免了現(xiàn)有成形方法需要將熱態(tài)板坯快速轉(zhuǎn)移定位、快速成形的問題；(4)成形時(shí)，不需要將鈑金件留在上模具與壓邊圈上，解決了鋁合金鈑金件冷熱復(fù)合模成形方法中，要求上模具與壓邊圈同步運(yùn)作而導(dǎo)致對(duì)成形設(shè)備要求嚴(yán)格的問題；(5)采用電阻加熱的方式直接加熱板坯，加熱速度快，利于提高成形效率，減少能量損耗；(6)成形后鋁合金鈑金件在模具內(nèi)冷卻至常溫， 避免了將熱態(tài)下零件移至模具外冷卻易產(chǎn)生的形狀尺寸變化的問題，鋁合金鈑金件形狀尺寸精度更高，可應(yīng)用于成形可熱處理強(qiáng)化鋁合金如2000系、6000系和7000系鋁合金。


圖1為本發(fā)明的鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形過程示意圖；其中Tl為固溶溫度，T2為成形溫度，T3為時(shí)效溫度；A、段進(jìn)行固溶，B飛段進(jìn)行水淬，D飛段進(jìn)行二次加熱， F^G段進(jìn)行冷卻，Γ 段進(jìn)行時(shí)效；
圖2為實(shí)施例I鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形中模具的示意圖3為實(shí)施例2鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形中模具的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法按以下步驟進(jìn)行
一、將鋁合金板坯放在加熱爐中，在溫度為45(T575°C的條件下，加熱3(Tl80min， 進(jìn)行固溶，固溶完成后取出水淬；
二、將模具加熱至溫度為15(T400°C ；
三、將步驟一處理后的鋁合金板坯放在步驟二處理后的模具中加熱至溫度為 15(T40(TC，然后合模壓制，完成鋁合金鈑金件的成形；
四、將成形后的鋁合金鈑金件取下，冷卻至室溫，然后在溫度為12(T250°C的條件下進(jìn)行時(shí)效處理，得到最終的鋁合金鈑金件。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中模具通過模具中內(nèi)置的加熱棒進(jìn)行加熱，其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二同的是步驟三之前，先將步驟一處理后的鋁合金板坯預(yù)熱至15(T40(TC，其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一或二相同。
本實(shí)施方式將鋁合金板坯進(jìn)行預(yù)熱，縮短了鋁合金板坯在模具中的加熱時(shí)間，縮短了成形周期。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)
一、將鋁合金板坯放在加熱爐中，在溫度為45(T575°C的條件下，加熱3(Tl80min， 進(jìn)行固溶，固溶完成后取出水淬；
二、向模具中內(nèi)置的冷卻水道通入冷卻水，使模具始終保持在2(T50°C的溫度范圍
三、將步驟一處理后的鋁合金板坯放在上模具和下模具之間，且與上模具和下模具都不接觸，然后將鋁合金板坯加熱至溫度為15(T400°C，停止加熱同時(shí)在Hs內(nèi)完成合模壓制，完成鋁合金鈑金件的成形；
四、使成形后的鋁合金鈑金件在模具內(nèi)冷卻至室溫，然后取下，在溫度為 12(T250°C的條件下進(jìn)行時(shí)效處理，得到最終的鋁合金鈑金件。
本實(shí)施方式的模具始終保持在常溫狀態(tài)，成形后鋁合金鈑金件在模具內(nèi)冷卻至常溫，避免了在模具外進(jìn)行冷卻易產(chǎn)生形狀尺寸變化的問題，鋁合金鈑金件形狀尺寸精度更聞。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是步驟三中鋁合金板坯的加熱過程是通過將鋁合金板坯作為電阻進(jìn)行加熱的方式來實(shí)現(xiàn)，其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
四相同。
本實(shí)施方式的鋁合金板坯的加熱過程通過電阻加熱的方式來實(shí)現(xiàn)，加熱速度快， 利于提高成形效率，減少能量損耗。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四或五不同的是步驟三中鋁合金板坯的加熱過程具體是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的將鋁合金板坯與加熱電源的正、負(fù)極相連，形成通電回路，通電時(shí)，鋁合金板坯相當(dāng)于回路中的一個(gè)電阻，通過該鋁合金板坯的電流I產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt,其中I為通電回路中的電流強(qiáng)度，R為鋁合金板坯的電阻值，t為通電時(shí)間， 其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
四或五相同。
用以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果
實(shí)施例I、參照?qǐng)D2，本實(shí)施例的一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法按以下步驟進(jìn)行一、將鋁合金板坯放在加熱爐中，在溫度為520°C的條件下，加熱50min，進(jìn)行固溶，固溶完成后取出水淬；二、啟動(dòng)加熱棒4將下模具I、壓邊圈2和上模具3加熱并保持至溫度為250°C;三、將步驟一處理后的鋁合金板坯放在下模具I上，Γ28內(nèi)，合上壓邊圈2和上模具3，利用熱態(tài)模具將步驟一處理后的鋁合金板坯加熱至溫度為250°C，然后使上模具 3繼續(xù)下行，進(jìn)行壓制，壓制10s，完成鋁合金鈑金件的成形；四、將成形后的鋁合金鈑金件取下，冷卻至室溫，然后在溫度為160°C的條件下，保溫10h，進(jìn)行時(shí)效處理，得到鋁合金鈑金件；其中鋁合金板坯為6A02冷軋態(tài)鋁合金板坯；加熱爐為箱式電阻加熱爐；下模具I、壓邊圈2、上模具3和加熱棒4之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系為所述壓邊圈2設(shè)置在下模具I和上模具3 之間，所述上模具3穿過壓邊圈2 ;所述的加熱棒4設(shè)置在下模具I、壓邊圈2和上模具3內(nèi)部。
實(shí)施例2、參照?qǐng)D2，本實(shí)施例的一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法按以下步驟進(jìn)行
一、將鋁合金板坯放在加熱爐中，在溫度為520°C的條件下，加熱55min，進(jìn)行固溶，固溶完成后取出水淬；二、向冷卻水道4中通入冷卻水，使下模具I、壓邊圈2和上模具 3 一直保持在常溫狀態(tài)；三、將鋁合金板坯放在電源的正、負(fù)電極5上，通電將鋁合金板坯加熱至溫度為250°C，然后停止加熱，Hs內(nèi)完成合模壓制，完成鋁合金鈑金件的成形；四、 使成形后的鋁合金鈑金件在模具內(nèi)冷卻至室溫，然后取下，在溫度為160°C的條件下，保溫10h，進(jìn)行時(shí)效處理，得到鋁合金鈑金件；其中鋁合金板坯為6A02冷軋態(tài)鋁合金板坯；加熱爐為箱式電阻加熱爐；模具由下模具I、壓邊圈2、上模具3、冷卻水道4和正、負(fù)電極5組成， 所述壓邊圈2設(shè)置在下模具I和上模具3之間；所述上模具3穿過壓邊圈2 ;所述的冷卻水道4設(shè)置在下模具I、壓邊圈2和上模具3內(nèi)部，所述的正、負(fù)電極5設(shè)置在模具外部左右兩側(cè)，且與下模具I和上模具3都不接觸。
試驗(yàn)一、對(duì)實(shí)施例I中的6A02鋁合金板坯和實(shí)施例I得到的鋁合金鈑金件進(jìn)行硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如下
現(xiàn)根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4340. 1-1999,采用MECR0-586維氏硬度計(jì)，在室溫，試驗(yàn)力為O. 98N，保壓時(shí)間為15s的條件下，對(duì)實(shí)施例2中成形前的6A02鋁合金板坯和實(shí)施例 2得到的鋁合金鈑金件進(jìn)行硬度試驗(yàn)；測(cè)得6A02鋁合金板坯的維氏硬度為73HV0. 1，實(shí)施例2得到的鋁合金鈑金件的維氏硬度為108HV0. 1，維氏硬度值為成形前6A02鋁合金板坯的140%，強(qiáng)度大幅提高，且形狀、尺寸穩(wěn)定，可應(yīng)用于成形可熱處理強(qiáng)化鋁合金如2000系、 6000系和7000系鋁合金。權(quán)利要求
1.ー種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法，其特征在于ー種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、將鋁合金板坯放在加熱爐中，在溫度為45(T575°C的條件下，加熱3(Tl80min，進(jìn)行固溶，固溶完成后取出水淬； ニ、將模具加熱至溫度為15(T400°C ； 三、將步驟ー處理后的鋁合金板坯放在步驟ニ處理后的模具中加熱至溫度為15(T400°C，然后合模壓制，完成鋁合金鈑金件的成形； 四、將成形后的鋁合金鈑金件取下，冷卻至室溫，然后在溫度為12(T250°C的條件下進(jìn)行時(shí)效處理，得到最終的鋁合金鈑金件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法，其特征在于步驟ニ中模具通過模具中內(nèi)置的加熱棒進(jìn)行加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法，其特征在于步驟三之前，先將步驟ー處理后的鋁合金板坯預(yù)熱至15(T400°C。
4.ー種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法，其特征在于ー種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法按以下步驟實(shí)現(xiàn) 一、將鋁合金板坯放在加熱爐中，在溫度為45(T575°C的條件下，加熱3(Tl80min，進(jìn)行固溶，固溶完成后取出水淬； ニ、向模具中內(nèi)置的冷卻水道通入冷卻水，使模具始終保持在2(T50°C的溫度范圍內(nèi)； 三、將步驟ー處理后的鋁合金板坯放在上模具和下模具之間，且與上模具和下模具都不接觸，然后將鋁合金板坯加熱至溫度為15(T400°C，停止加熱同時(shí)在Hs內(nèi)完成合模壓制，完成招合金飯金件的成形； 四、使成形后的鋁合金鈑金件在模具內(nèi)冷卻至室溫，然后取下，在溫度為12(T250°C的條件下進(jìn)行時(shí)效處理，得到最終的鋁合金鈑金件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法，其特征在于步驟三中鋁合金板坯的加熱過程是通過將鋁合金板坯作為電阻進(jìn)行加熱的方式來實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的ー種鋁合金鈑金件的固溶水淬后熱成形方法，其特征在于步驟三中鋁合金板坯的加熱過程具體是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的將鋁合金板坯與加熱電源的正、負(fù)極相連，形成通電回路。
全文摘要
一種鋁合金鈑金件固溶水淬后熱成形方法，它涉及一種可熱處理強(qiáng)化鋁合金鈑金件的熱成形方法，本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的可熱處理強(qiáng)化鋁合金先成形后熱處理時(shí)形狀尺寸變化大，熱溶成形冷模淬火工藝要求轉(zhuǎn)移定位快、成形快，以及鋁合金鈑金件冷熱復(fù)合模成形方法中對(duì)鋁合金板坯溫度控制較難、成形后模內(nèi)冷卻淬火速度慢而不利于獲得過飽和固溶體，且對(duì)成形設(shè)備要求高等技術(shù)問題，成形方法如下將鋁合金板坯固溶水淬，然后放在熱態(tài)模具內(nèi)進(jìn)行二次加熱，壓制成形后進(jìn)行時(shí)效處理，本發(fā)明的成形方法對(duì)成形設(shè)備要求不高，鋁合金鈑金件形狀尺寸精度高，且強(qiáng)度顯著提高，可應(yīng)用于成形可熱處理強(qiáng)化鋁合金如2000系、6000系和7000系鋁合金。
文檔編號(hào)B21D37/16GK102974675SQ201210430699
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者凡曉波, 何祝斌, 鄭凱倫, 苑世劍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)