[发明专利]一种消除轻合金材料的残余应力的处理方法

说明书

本发明涉及一种消除轻合金材料的残余应力的处理方法，适用于消除各种形状、尺寸轻合金材料的淬火残余应力。包括在淬火处理后，对轻合金材料进行深冷处理；深冷处理结束后，迅速将轻合金材料转移至蒸汽箱中进行急热处理；随后空冷，至室温。本发明的方法可不受材料的尺寸和形状限制，大幅度降低轻合金材料的残余应力，同步提高轻合金材料的强韧性。

技术领域

本发明涉及一种消除轻合金材料的残余应力的处理方法，适用于消除各种形状、尺寸轻合金材料的淬火残余应力。

背景技术

变形轻合金材料结构和性能具有更广泛的优越性，特别是较好的室温、高温性能及抗腐蚀性能等综合性能，符合航空航天轻量性能一体化的要求，具有广阔的应用和发展前景。

合金变形后为了抑制变形析出和保留变形组织，需进行在线淬火快速冷却处理，或为了得到较高的时效强度，需对合金进行固溶处理并淬火，以将强化元素全部溶入基体，为时效做准备。淬火过程中，由于材料表面和心部冷却速度不一致，会产生不均匀的收缩，局部塑形变形不均匀。当变形超过工件材料断裂极限时，直接导致工件淬火开裂；当变形在几何上不对称时，造成工件直接发生淬火变形；当变形造成工件内部发生局部对称塑性变形时，塑性变形量在冷却后会以弹性变形的形式存在于材料内部形成残余应力。目前，航空航天对材料的尺寸精度有较高要求，材料在制备加工过程中产生的残余应力会造成材料在使用或加工过程中发生弯曲、翘曲和扭折变形，降低材料利用率，增加生产成本。因此，严格控制轻合金材料中的残余应力是轻合金大型结构件得以发展和应用必要前提。

消除残余应力的方法有去应力退火、预拉伸、机械压缩、机械校直、机械震动、剥层、微区胀型、喷丸表面处理、激光表面处理、上坡淬火工艺和滚压等。目前，工业化生产中，预拉伸是最常用的消除残余应力工艺，具有工艺简单、速度快、应力消除率高等优点，但不适用于块状以及形状不对称工件，并且预拉伸过程中，应变量太小应力消除率太低，应变量过大，会产生新的残余应力。因此，迫切需要寻求一种新的方法，来消除轻合金的残余应力，以满足日益发展的工业需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的可消除不同尺寸和形状的轻合金材料残余应力的处理方法，并且该方法可以处理各种尺寸和形状的轻合金材料，大幅度消除轻合金件的残余应力，从而更好的满足工业化的需求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种消除轻合金材料的残余应力的处理方法，该方法包括对淬火后的轻合金材料进行深冷处理和急热处理，该工艺的步骤包括：

(1)在淬火处理后，对轻合金材料进行深冷处理；

(2)深冷处理结束后，迅速将轻合金材料转移到高温蒸汽箱中进行急热处理；

(3)随后空冷，至室温。

在本发明中，对轻合金材料的深冷处理过程为，将轻合金材料放置于-196℃超低温液氮箱中保温，确保材料心部温度与其表面温度一致。在处理前先保证低温箱中液氮足够，温度为-196℃，随后将室温状态的轻合金材料完全浸入液氮中，根据材料的尺寸与形状，选择浸入时间的长短，保温时间为3～20h，确保轻合金材料的心部温度与表面一致。

在本发明中，对轻合金材料的急热处理过程为，将结束深冷处理的轻合金材料立即置于110℃～230℃的蒸汽箱中，保温，确保材料心部温度与其表面温度一致。在处理前，先准备蒸汽箱，并保证箱内气体分布均匀，蒸汽温度可控。根据材料的尺寸与形状，选择箱内蒸汽的温度为110℃～230℃和保温时间为1～6h，确保轻合金材料的心部温度与表面一致。

在本发明中，深冷处理后的轻合金材料需要立即转移至蒸汽箱中，转移时间≤5分钟。

在本发明中，深冷处理的保温时间及急热处理的温度和保温时间的选择，由材料的尺寸以及材料的物理性能决定。