本發(fā)明屬于鋁合金熱處理及熱成形領(lǐng)域，更具體地，涉及一種提高鋁合金熱成形效率及成形性的方法。

背景技術(shù)：

近年來，為了滿足安全性和節(jié)能減排(減重)的需要，高性能金屬板料(如高強(qiáng)鋼和鋁合金等)受到普遍的重視。在汽車行業(yè)發(fā)展至今，鋼鐵材料已經(jīng)不再有過多的回旋余地，所以使用新的高強(qiáng)度鋁、鎂及其它輕合金材料代替原有鋼鐵材料已成為汽車行業(yè)中普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。鋁合金具有易加工、傳導(dǎo)性強(qiáng)、比重小、比強(qiáng)度高、表面外觀良好等特點(diǎn)，且鋁合金相對(duì)鋼材更容易回收。通過使用鋁合金材料可以減輕汽車車身的重量，在汽車車身上使用鋁合金材料可以減少車身重量30％～40％，進(jìn)一步使用鋁合金材料可以減重達(dá)50％。因此，鋁合金是一種最理想的汽車輕量化材料。由于成形零件復(fù)雜度的提升，傳統(tǒng)的冷沖壓成形技術(shù)無法克服鋁合金板料成形的回彈、尺寸精度和破裂等問題。熱成形能利用較高溫度下鋁合金良好的塑性來生產(chǎn)復(fù)雜部件，并通過固溶淬火和時(shí)效強(qiáng)化等手段來實(shí)現(xiàn)高的強(qiáng)度并同時(shí)減少回彈，保證尺寸精度，避免破裂。

鋁合金熱成形不可或缺的步驟有成形、固溶淬火和時(shí)效?，F(xiàn)有的技術(shù)中，一般多采用空氣爐對(duì)鋁合金進(jìn)行加熱，由于鋁合金反光(吸收率低)，在這種情況下往往需要10-15分鐘的加熱時(shí)間才能使鋁合金到達(dá)所需的固溶溫度，然后經(jīng)過一定的保溫時(shí)間后進(jìn)行沖壓淬火等。一般情況下該過程要持續(xù)10-50分鐘，極低的效率極大地限制了鋁合金熱成形的工業(yè)化。而人工時(shí)效過程中由于溫度低，加熱效率更低，該過程一般按小時(shí)來計(jì)算，這也限制了鋁合金熱成形的工業(yè)化大批量應(yīng)用。除此之外，鋁合金熱成形過程中為了避免出現(xiàn)破裂和拉毛等問題，通常需要使用耐高溫潤滑劑，并且主要涂覆在模具上。

現(xiàn)有技術(shù)中有采用流化床加熱爐加熱鋁合金，但其作用比較單一。加拿大的滑鐵盧大學(xué)采用包含氮化硼的物質(zhì)涂覆在高強(qiáng)鋼補(bǔ)丁板上用來改善補(bǔ)丁板處加熱速度慢的問題，尚未發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于鋁合金中。含有氮化硼的物質(zhì)作為高溫潤滑劑已經(jīng)成功用于與相關(guān)的一些產(chǎn)業(yè)，但其主要涂覆于模具上實(shí)現(xiàn)潤滑。石墨也是一種耐高溫潤滑劑，但如氮化硼一樣，通常涂覆與模具上實(shí)現(xiàn)潤滑，并且并沒有用于鋁合金上來縮短固溶時(shí)間。

專利文獻(xiàn)CN101638761A公開了一種非等溫工藝來實(shí)現(xiàn)鋁合金加速固溶處理方法，該方法包括建立加工容器內(nèi)的溫度，該溫度高于所述合金的均熱溫度但低于其液相線溫度，在第一加熱操作中快速加熱所述合金至所述均熱溫度，降低所述加工容器內(nèi)的所述溫度至所述均熱溫度，然后在第二加熱操作中通過逐漸提高溫度來加熱所述合金至超過所述均熱溫度的溫度。這種方法可可以使鋁合金的固溶時(shí)間在三分鐘內(nèi)完成，但是需要根據(jù)專利提供的計(jì)算方法來制定工藝，比較麻煩，此外，該方法還需要兩個(gè)加熱裝置，能量利用率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種提高鋁合金熱成形效率及成形性的方法，該方法利用涂覆涂料后鋁合金坯料表面對(duì)加熱爐輻射吸收的吸收率大大增加而提升鋁合金的加熱效率的原理提升鋁合金坯料的固溶速度和人工時(shí)效速度，縮短了利用加熱爐對(duì)鋁合金固溶處理和人工時(shí)效處理的時(shí)間，提升了加熱效率，節(jié)約了能量，從而降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種提高鋁合金熱成形效率及成形性的方法，該方法包括如下步驟：

(1)在鋁合金坯料表面涂覆具有高吸收率且具有潤滑作用的涂料；

(2)將所述鋁合金坯料置于設(shè)定特定加熱溫度的第一加熱爐中加熱并保溫；

(3)將所述鋁合金坯料從第一加熱爐中取出后轉(zhuǎn)移至成形模具上；

(4)所述成形模具在壓力機(jī)的帶動(dòng)下閉合使所述鋁合金坯料成形并保壓冷卻；

(5)將成形冷卻后的零件置于設(shè)定特定加熱溫度的第二加熱爐中加熱并保溫，進(jìn)行人工時(shí)效后取出，即可得到成形后鋁合金零件。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述鋁合金坯料為可熱處理強(qiáng)化的鋁合金板材或管材。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述涂料的吸收率為0.3-0.8。

優(yōu)選地，步驟(2)中所述第一加熱爐的特定加熱溫度范圍為400-600℃。

優(yōu)選地，步驟(2)中所述保溫時(shí)間為1-10min。

優(yōu)選地，步驟(2)中所述轉(zhuǎn)移時(shí)間為1-10s。

優(yōu)選地，步驟(4)中所述冷卻時(shí)間為3-15s。

優(yōu)選地，步驟(4)中所述保溫時(shí)間為10-60min。

優(yōu)選地，步驟(4)中所述鋁合金坯料與模具之間的摩擦系數(shù)低于0.3。

優(yōu)選地，步驟(5)中所述第二加熱爐的特定加熱溫度范圍為100-300℃。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明利用涂覆涂料后鋁合金坯料表面對(duì)加熱爐輻射吸收的吸收率大大增加而提升鋁合金的加熱效率的原理提升鋁合金坯料的固溶速度和人工時(shí)效速度，縮短了利用加熱爐對(duì)鋁合金固溶處理和人工時(shí)效處理的時(shí)間，提升了加熱效率，節(jié)約了能量，從而降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效率。

(2)本發(fā)明利用涂料在成形過程中大大降低坯料與模具之間的摩擦力而提升成形性，解決或消除了零件出現(xiàn)開裂和拉毛的問題。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供一種提高鋁合金熱成形效率及成形性的方法，包括如下步驟：

(1)在鋁合金坯料表面涂覆具有高吸收率且具有潤滑作用的涂料。其中高吸收率且具有潤滑作用的涂料的吸收率為0.3-0.8(隨溫度的變化而變化)，耐高溫范圍為300-600℃，摩擦系數(shù)低于0.3，例如選用氮化硼、石墨等，選用具有上述性能的材料作為涂料，可以在加熱過程中增加對(duì)輻射的吸收而加快加熱速度，使得鋁合金在第一加熱爐中加速固溶，在第二加熱爐中加速人工時(shí)效。所述的鋁合金坯料包括可熱處理強(qiáng)化的鋁合金板材或管材，如6061和7075等。

(2)將坯料置于設(shè)定特定加熱溫度的第一加熱爐中加熱并保溫1-10min，加熱過程中由于涂料的存在會(huì)比不涂涂料時(shí)加熱速度快而使鋁合金更快地完成固溶。其中，該特定加熱溫度范圍為400-600℃，這是大部分可熱處理強(qiáng)化鋁合金的固溶溫度范圍。

(3)將坯料從加熱爐中取出后在1-10s內(nèi)快速轉(zhuǎn)移至成形模具上，避免轉(zhuǎn)移時(shí)間過長使得鋁合金溫度下降過多影響淬火后鋁合金內(nèi)溶質(zhì)原子和空位的過飽和度而降低人工時(shí)效后的力學(xué)性能。

(4)所述成形模具在壓力機(jī)的帶動(dòng)下閉合使坯料成形并保壓冷卻3-15s，使得鋁合金坯料在成形的同時(shí)快速冷卻到所需溫度，使得溶質(zhì)原子和空位來不及變化而形成溶質(zhì)原子和空位的過飽和，為后續(xù)人工時(shí)效形成沉淀強(qiáng)化做鋪墊。

(5)將成形冷卻后的零件置于設(shè)定特定加熱溫度的第二加熱爐中加熱并保溫10-60min進(jìn)行人工時(shí)效后取出。該特定加熱溫度范圍為100-300℃，這是大部分可熱處理強(qiáng)化鋁合金的人工時(shí)效溫度范圍。

以下是本發(fā)明一種提高鋁合金熱成形效率及成形性的方法的優(yōu)選實(shí)施例，其包括如下步驟：

步驟(1)：在該鋁合金板料表面涂覆上厚度約為50μm的氮化硼涂料(主要成分為氮化硼)，其中該涂料的吸收率在0.6-0.8(隨溫度的變化而變化)，在氧化氛圍中的工作溫度上限為1200℃，摩擦系數(shù)約為0.2。作為對(duì)比，另一塊坯料未涂覆涂層。

步驟(2)：將上述坯料置于設(shè)定溫度為560℃的第一加熱爐中加熱并保溫5min。

步驟(3)：將坯料從加熱爐中取出后在10s內(nèi)快速轉(zhuǎn)移至成形模具上。

步驟(4)：所述成形模具在壓力機(jī)的帶動(dòng)下閉合使坯料成形并保壓冷卻10s。

步驟(5)：將成形冷卻后的零件置于設(shè)定溫度為200℃的第二加熱爐中加熱并保溫15min進(jìn)行人工時(shí)效后取出。

最終采用測得的力學(xué)性能指標(biāo)為：供貨的T6態(tài)硬度為112.3HV10，涂覆涂料的零件硬度為123.6HV10，屬于比較穩(wěn)定的T6狀態(tài)，力學(xué)性能已經(jīng)達(dá)到使用要求，未涂覆涂料的零件的硬度為100.9HV10，力學(xué)性能低于穩(wěn)定的T6態(tài)，需要再處理后才能應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活中；同時(shí)涂覆涂料的零件在成形過程中由于得到了很好的潤滑而沒有出現(xiàn)開裂和拉毛問題，而未涂覆涂料的零件在成形過程中出現(xiàn)撕裂和拉毛。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，實(shí)施例中給出了效果較優(yōu)涂料的吸收率，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例中給出涂料的吸收率，所述涂料的吸收率為0.3-0.8，可以取實(shí)施例中的0.6-0.8，還可以取0.3-0.5、0.4-0.6、0.5-0.7等，具體涂料的吸收率根據(jù)實(shí)際需要確定。