[发明专利]一种可热处理铝合金同步淬火热成形工艺

说明书

技术领域

本发明属于铝合金冲压成形及热处理工艺，特别是涉及一种可热处理铝合金同步淬火热成形工艺。

背景技术

铝合金具有诸多优点，如密度小，铝的密度只有钢的1/3；具有高的比强度和比刚度；具有良好的弹性和优良的抗冲击性能等,在航空航天领域应用十分广泛。在火箭和航天器上，铝合金主要用于支柱燃料箱、助燃剂箱等；在飞机上，铝合金主要用于结构材料，如蒙皮、壁板和起落架支柱等。目前，民用飞机上70%～80%的材料、军用飞机上40%～60%的材料都是铝合金。铝合金也是解决交通运输业，包括高速铁路、地下铁道运输和汽车客、货运输车辆的等轻量化问题的突破口。铝合金应用于交通运输业最重要的优势就是减重，进而达到节能减排的目的。尤其在汽车工业，此优势体现的更加明显。汽车工业是我国国民经济的支柱产业，而铝合金是促进汽车轻量化最重要的材料之一。有关资料表明，铝的减重和排放效果为1:2.25:20，即汽车每使用1Kg铝，可降低自重2.25Kg，同时在汽车整个使用寿命期内，还可减少废气排放20Kg。铝合金代替钢铁材料制造汽车可使整车质量减轻30%～40%。

铝合金具有诸多优点，其在航空航天领域和交通运输业得到了如此广泛的应用，但其与钢相比室温成形性差，铝合金板材的室温成形性只有深冲钢板的三分之二，延伸率也只有10%左右，大大低于深冲钢板50%的延伸率，而其杨氏模量只有钢板的二分之一左右，故造成零件成形后回弹严重。要使其精确成形出制件，就要改善其成形性能。而目前常用的铝合金温、热成形方法，虽然能提高成形过程中铝合金的成形性能，但也存在诸如：晶粒容易长大最终影响零件的机械性能，能耗高、生产效率低等方面的问题。

铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金，在各行各业的铝合金应用中，以可变形铝合金为主，变形铝合金的分类如图2所示。对于可热处理强化铝合金冲压成形零件，需要在冲压成形完成后进行固溶处理和时效处理，才能满足其使用性能要求。在固溶处理过程中，薄壁冲压成形零件容易产生因热胀冷缩而导致的翘曲变形，从而影响零件的最终尺寸和形状精度，一些复杂形状的零件甚至会出现开裂现象。

因此,寻求一种既改善成形性又降低成本、且可保持高强度的铝合金零件制造工艺对铝合金在制造业中的广泛应用是至关重要的。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可热处理铝合金同步淬火热成形工艺，该工艺在保持可热处理铝合金冲压零件使用性能的基础上，同时进行可热处理铝合金的冲压成形和固溶处理，以提高可热处理铝合金的冲压成形性能以及其冲压零件的成形精度，减小零件在固溶处理的淬火过程中翘曲变形，降低制造成本。

本发明是采用以下技术手段实现的：

一种可热处理铝合金同步淬火热成形工艺，采用以下步骤进行：

（1）制备可热处理铝合金毛坯：利用冲裁、线切割或激光切割的工艺将可热处理铝合金加工成所需形状的成形毛坯；

（2）加热保温：将可热处理铝合金毛坯加热到固溶处理温度并保温10-60分钟，在加热、保温的初期，铝合金的第二相原子溶入铝基体形成过饱和固溶体，得到单相金属组织；在保温后期，铝合金中的合金元素进行扩散运动，均匀分布在铝基体上，形成均匀的高温过饱和固溶体；

在加热炉中将可热处理铝合金成形毛坯加热到固溶处理温度，并保温一段时间，得到单相过饱和固溶体。在加热过程和保温的初期阶段，原始状态下的可热处理铝合金中的第二相原子将溶入铝基体形成过饱和固溶体，得到单相金属组织；而在保温后期铝合金中的合金元素进行扩散运动，均匀分布在铝基体上，形成成分均匀的高温过饱和固溶体，为后续固溶处理获得室温状态下成分均匀的过饱和固溶体作组织准备。同时，高温状态下可以提高可热处理铝合金的塑性，降低变形抗力，为后期的冲压成形作力学性能方面的准备。

（3）同步淬火成形：将加热后的可热处理铝合金毛坯移入带有冷却水道的同步淬火成形模具，进行冲压成形并保压； 

在此过程中，加热后的可热处理铝合金毛坯在模具的作用下发生塑性变形，得到需要的零件形状。由于毛坯在高温状态下进行塑性变形，可热处理铝合金的塑性好、变形抗力小易于成形；此外，变形过程中的加工硬化作用与动态回复、动态再结晶软化作用同时存在，不会出现明显的加工硬化现象。冲压成形和保压过程中利用毛坯与模具之间的热传导，实现对可热处理铝合金毛坯的快速冷却，将溶入基体的合金原子锁定，得到室温状态下成分均匀的过饱和固溶体，为后续时效处理获得弥散分布细小强化相作组织准备。

（4）外形切割：将步骤（3）处理后的铝合金通过进行切边修正，得到最终所需形状的零件；