[发明专利]一种铝合金的电脉冲回归处理方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金材料的热处理技术领域，具体地说,涉及一种铝合金的电脉冲回归处理方法。

背景技术

铝是地球矿藏中分布最为广泛的金属元素。相比铁、铜等常见的金属材料，铝金属材料密度小、塑性变形能力强、导热性和导电性好、无磁、无毒、耐酸腐蚀、综合力学性能优良、铸造性和焊接性良好，并且切削和成形加工方便，具有非常优良的综合性能。铝及铝合金材料在航天、航空、船舶工业,建筑、电子、机械制造众多领域中都获得了广泛的应用。由于飞行器对重量的敏感性，铝合金以其优异的强度重量比成为飞行器制造领域用量最多的金属材料，在航空航天领域中具有举足轻重的作用。

金属塑性成形工艺是一种传统加工方法，具有材料利用率高、工艺简单、加工效率高的优势。但由于金属本身力学性能的限制，一直以来金属塑性成形工艺面临两大问题:一是如何进一步提高材料的成形极限；另一是如何减小零件成形后回弹带来的影响。针对成形极限的问题，热成形是最常采用的方法之一，但其通常伴随一系列问题，如,需要复杂的加热设备、热加工过程中保温措施复杂、零件表面氧化难以避免、零件形状存在翘曲变形的缺陷，其不但降低了金属零件的表面质量和尺寸精度，而且增加了工艺复杂性和生产成本。针对零件回弹的问题，实际生产中一般进行反复调试和修模，这种做法也会带来一系列的问题，如延长生产周期、增加生产成本。随着很多高强度材料在航空航天工业中的普遍应用，所成型的零件越来越复杂，对成型精度的要求越来越高，迫切需要一种既能有效降低金属流动应力，又能提高金属成形极限，同时还能减小成形后回弹的新工艺。铝合金经过自然时效强化后，进行快速加热至一定温度，然后快速冷却至室温，使合金重新软化，其硬度和强度会立即下降到和刚淬火时相差不多，其它性质的变化也常常相似，如将其在室温下停放，仍能进行正常的自然时效，这种现象称为回归。因此，铝合金通过回归处理会使得铝合金的强度暂时降低，以利于材料的塑性加工。

发明专利CN1778975A中公开了“一种用于铝合金厚板及厚壁件回归再时效处理的快速回归方法及装置”，其特点是,用液压顶头将加热电极与铝合金厚板或后壁件顶紧，通入电流直接加热，控制回归温度在160～400℃，然后将厚板或后壁件翻入淬火槽中淬火，完成快速回归处理，使得铝合金性能恢复到新淬火状态下的性能，有利于塑性加工，较好地解决了铝合金厚板及后壁件的表层、心部组织与性能不均匀的问题，通过调节输出功率获得较高的升温速度。但存在以下不足，由于利用的是电流的热效应，通过直流电流的焦耳热使得零件温度升高，一般需要较长的加热时间且回归处理时零件的加热温度相对较高，最高可达400℃，温度精度要求在±0.1℃，对相应的配套设备提出了较高的要求，并且需要严格控制温度，使得装置结构过于复杂，成本较高；另外，所需的加热及保温时间较长，最高可达十几分钟，会消耗较多的能量，时间过长会对回归效果造成影响。金属材料电效应为解决上述诸多问题提供了条件。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足,克服铝合金回归处理时材料温升相对较高,且加热及保温时间较长的问题，本发明提出一种铝合金的电脉冲回归处理方法；采用脉冲电流对自然时效铝合金材料进行回归处理，利用电脉冲效应，不仅耗时短，材料温升较低，而且很容易通过改变电脉冲参数来控制回归处理效果，具有较好的工艺柔性。该电脉冲回归处理方法使得铝合金的强度能暂时降低，以利于材料塑性加工，且可大幅度降低铝合金回归热处理生产中的能量消耗，减少耗时而提高生产效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种铝合金的电脉冲回归处理方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.采用电子万能实验机、红外热像仪、脉冲电源装置及绝缘夹头,脉冲电源装置选择高频脉冲开关电源，上绝缘夹头通过连接销安装在电子万能实验机的上横梁处，下绝缘夹头固连在电子万能实验机的活动横梁处，两个绝缘夹头在脉冲处理时作为夹持端使脉冲电流流过试件，脉冲电源装置通过导线分别与固定在上绝缘夹头和下绝缘夹头上的夹持块连接，红外热像仪用于对试件温度进行监测和记录；

步骤2.单拉试件准备；将切割好的单拉试件经过497℃下保温45分钟进行固溶处理，出炉后在3秒钟内置于20℃水中进行淬火，然后在室温下自然时效10天，得到自然时效的铝合金单拉试件；

步骤3.电脉冲处理；在通电之前，采用绝缘夹头对单拉试件进行装夹，并对电脉冲处理参数进行设定，包括脉冲电流和脉冲持续时间，其中，脉冲电流由脉冲电流密度和试件尺寸确定，设定后开启电源设备，对单拉试件通入脉冲电流进行电脉冲处理，同时，打开红外热像仪对试件温度进行监测和记录；