[发明专利]调控铝合金环件残余应力及改善力学性能的冷胀形方法

说明书

本发明提供了一种调控铝合金环件残余应力及改善力学性能的冷胀形方法，属于环形件残余应力调控技术领域。本发明通过在铝合金环件传统固溶时效热处理中固溶过程后引入冷胀形工艺，可大幅降低残余应力，降低幅度可达70％以上，同时改善铝合金环件残余应力分布均匀性，并改善铝合金环件力学性能。

技术领域

本发明涉及环形件残余应力调控技术领域，尤其涉及调控铝合金环件残余应力及改善力学性能的冷胀形方法。

背景技术

变形铝合金可分为可热处理强化型铝合金和不可热处理强化型铝合金，可热处理强化型铝合金通过热处理可大大提高材料的力学性能，然而传统固溶时效热处理过程中，固溶处理的水冷过程会导致铝合金工件表面冷却速度较快，而心部冷却速度相对较慢，造成大的热梯度，产生不均匀塑性变形，进而造成较大残余应力。

目前，调控铝合金工件残余应力的方法主要从两个方面进行，一方面是直接降低固溶处理过程中因水冷产生的残余应力，如专利申请CN107641779A(用于CNC加工的7系铝合金改善残余应力的热处理工艺)中公开了一种使用PAG类聚合物水溶液的淬火方式，可降低工件表面冷却速度，使淬火均匀，改善残余应力。但这类方法通常对残余应力的改善作用有限，同时一定程度上会降低工件的性能。另一方面是采用一定的手段消除铝合金工件的残余应力，主要有预变形法、振动时效法、多级时效法等。其中振动时效法与多级时效法不可避免的存在耗时长、能量消耗大、成本高等问题，而预变形法对工件的形状、尺寸有一定的要求，如预拉伸法仅能用于形状简单的板材或型材，应用范围受到一定限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调控铝合金环件残余应力及改善力学性能的冷胀形方法，本发明提供的方法可大幅降低残余应力，改善残余应力分布均匀性，同时能够改善铝合金环件的力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种调控铝合金环件残余应力及改善力学性能的冷胀形方法，包括以下步骤：

(1)对铝合金环件的内径进行粗车，得到粗车后铝合金环件；

(2)将所述粗车后铝合金环件进行固溶处理，得到固溶处理后铝合金环件；

(3)利用胀形机对所述固溶处理后铝合金环件进行冷胀形，得到冷胀形后铝合金环件；所述冷胀形的次数根据式I～式III所示公式确定：

A＝π(1+w)D₀H 式I；

A_Z＝πD_ZH 式II；

其中，A为冷胀形后铝合金环件的内环面面积，A_Z为胀形机与冷胀形后铝合金环件内环面接触面积，M为冷胀形后胀形机两模瓣间隙面积与冷胀形后铝合金环件内环面面积的比值，D₀为固溶处理后铝合金环件的内径，D_Z为胀形机的外径，H为冷胀形后铝合金环件的高度，N为胀形机的模瓣数，w为总胀形量；

当M≤0.5％时，冷胀形的次数n＝1；

当0.5％M≤1％时，冷胀形的次数n＝2；

当M1％时，冷胀形的次数n＝3；

(4)将所述冷胀形后铝合金环件进行人工时效处理。

优选地，所述冷胀形在15～35℃条件下进行；进行所述冷胀形时，胀形速度为1mm/s，总胀形量为1～3％。

优选地，所述胀形机的技术参数至少满足以下条件：胀形机的公称力大于固溶处理后铝合金环件冷胀形过程中所需胀形力；胀形机的单边径向外胀最大行程大于固溶处理后铝合金环件每次冷胀形过程中的单边径向外胀行程；固溶处理后铝合金环件的尺寸和冷胀形后铝合金环件的尺寸在胀形机可胀形环件尺寸的范围内。