[发明专利]一种优化铝合金热加工工艺的方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金加工领域，特别设计一种优化铝合金热加工工艺的方法。

背景技术

铝合金具有高的比刚度和比强度、良好的耐腐蚀性能及较高的韧性等优异的综合力学性能。同时，它可以被加工成挤压件或厚薄板等，故也具备良好的加工性能。因此，铝合金已被普遍应用在机身蒙皮、舱壁和机翼等重要结构部件，是航空航天行业最重要的结构材料之一。

由于铝合金在室温时的塑性较低，成形能力差，铝合金的热加工工艺(如挤压、轧制和锻造等)已经被广泛用于生产各类重要的航空结构部件。热加工工艺参数的选择对合金的微观组织或机械性能有着重要影响。若热加工工艺参数选择不当，易导致裂纹等流变失稳特征产生，直接导致工件作废。

根据动态材料模型(DMM)而构建的热加工图是优化热加工工艺参数的重要工具。目前，已有许多学者将热加工图用于合金热加工工艺研究，成为评价合金热加工性和优化热加工工艺的主要方法。发明专利《一种镁合金热加工工艺优化新方法》(申请号：CN201710028472.1)中提出将合金的DMM热加工图和动态再结晶等高线图进行叠加后，选择加工安全区和发生完全动态再结晶的共同区域所对应的变形参数作为合金适宜的热加工工艺参数。此方法将镁合金的动态再结晶体积分数以等高线图的方式输出，能精确控制镁合金在热变形过程中的动态再结晶行为。但此方法在优化合金的热加工工艺参数时，并未考虑DMM加工图中等值轮廓线密度对合金变形机制的影响，具有一定的局限性。等值轮廓线的密度对合金的变形机制具有重要影响，因为当合金在等值轮廓线分布密集的区域内变形时，变形机制极易受到变形参数的影响，塑性变形过程不稳定，不利于加工。相反，合金在等值轮廓线稀疏的条件下热变形能够产生稳态的流变行为。因此，提供一种针对铝合金的热加工工艺优化方法具有重要意义。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种优化铝合金热加工工艺的方法，此方法充分考虑了热加工图中等值轮廓线密度对变形机制的影响。该方法既采用由功率耗散图和失稳图叠加而成的热加工图避免材料在热加工过程中产生加工缺陷，又结合动态再结晶发生区、等值轮廓线稀疏区及能耗值大小来确定合金最适宜的热加工工艺参数，使其能够产生稳态的流变行为。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种优化铝合金热加工工艺的方法，包括：

(1)将铝合金试样进行热模拟试验，获得热模拟实验数据；

(2)根据所述热模拟实验数据，通过插值和矩阵化的方法绘制热加工图；

(3)根据所述热模拟实验数据绘制真应力-真应变曲线，通过加工硬化率处理方法确定合金发生动态再结晶的条件，并在热加工图中画出动态再结晶发生区域；

(4)在安全区与动态再结晶发生区重叠部分中标出能耗值较高且等值轮廓线稀疏的区域，此区域所对应的变形条件即为合金最适宜的热加工工艺参数。

(5)根据所述等值轮廓线稀疏、能耗值较高且发生动态再结晶的安全区域所对应的热变形参数对铝合金材料进行加工，即得。

优选的，所述的铝合金试样为Al-Zn-Mg-Cu系合金。

为了与热模拟试验机相匹配，本发明优选的铝合金试样尺寸为Φ10×15mm。

优选的，所述热模拟实验中，变形温度为350-450℃，应变速率为0.001-1s^-1。

优选的，所述的热加工图由通过热模拟实验数据获得的功率耗散图和失稳图叠加在一起而得。

优选的，所述加工硬化率处理方法为：在真应力-真应变曲线的基础上，依次绘制出lnθ-ε图和曲线图，其中θ指加工硬化率且ε指应变。若lnθ-ε图存在拐点或图存在最低点(最小值)，则合金在此变形条件下发生了动态再结晶，且最低点对应的应变为动态再结晶的临界应变；若lnθ-ε图不存在拐点或图无最低点或最小值，则合金未发生动态再结晶。

优选的，所述热模拟实验的步骤为：先通过热电偶将样品以(2-10)℃/s的升温速率加热到预设温度，保温(3-5)min后按照实验方案进行匀速率等温热压缩实验。当变形量达到(50-60)％后停止压缩，将试样迅速放入水中淬火。

本发明还提供了一种铝合金加工方法，包括：

按照任一上述的方法对铝合金试样进行分析，获得相应的包含有安全区和失稳区、动态再结晶发生区、等值轮廓线稀疏区的热加工图；

根据上述的热加工图，选择等值轮廓线稀疏、能耗值较高且发生动态再结晶的安全区域所对应的热变形参数对铝合金材料进行加工，即得。