一種高強(qiáng)鋁合金管件固溶處理與顆粒介質(zhì)冷成形方法
【專利摘要】一種高強(qiáng)鋁合金管件固溶處理與顆粒介質(zhì)冷成形的方法，其主要通過固溶處理—顆粒介質(zhì)壓力成形—人工時效的工藝流程來實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋁合金擠壓管材室溫下復(fù)雜零件的成形。本發(fā)明工藝控制簡便，投入成本低廉，產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活，能耗低、生產(chǎn)效率高、目標(biāo)工件尺寸精確且具有較高的使用強(qiáng)度和穩(wěn)定性。管坯經(jīng)過固溶處理后，強(qiáng)度、硬度降低，塑性顯著提高，室溫下即可成形復(fù)雜形狀零件，且對設(shè)備的承載能力需求較低。成形后管件的強(qiáng)度較低，而對其進(jìn)行人工時效可使管件的強(qiáng)度重新回升至初始狀態(tài)，增加目標(biāo)管件的使用壽命。固體顆粒介質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，綠色環(huán)保無污染，可循環(huán)利用，具有內(nèi)壓不均勻分布的特性，在提高管坯塑性加工能力的同時保證成形管件的使用強(qiáng)度。
【專利說明】
一種高強(qiáng)鋁合金管件固溶處理與顆粒介質(zhì)冷成形方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種固溶處理與顆粒介質(zhì)冷脹成形的方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著科技水平的不斷發(fā)展，在航空航天、汽車工業(yè)和石油化工等技術(shù)領(lǐng)域不斷要求零構(gòu)件的輕量化、高強(qiáng)化與功能高效化。高強(qiáng)鋁合金管狀構(gòu)件所具有的整體化、薄殼和空心變截面等輕體結(jié)構(gòu)特征正適應(yīng)了科技發(fā)展的需求。同時，關(guān)鍵構(gòu)件往往應(yīng)用于極端苛刻的環(huán)境，由于高強(qiáng)鋁合金材料表現(xiàn)的密度低、高強(qiáng)度、高硬度、耐熱、耐磨、耐蝕等優(yōu)質(zhì)特性， 現(xiàn)已成為關(guān)鍵構(gòu)件的首選材料。高強(qiáng)錯合金材料主要包括6xxx錯合金和7xxx錯合金材料， 且這兩種系列鋁合金均為可熱處理強(qiáng)化鋁合金材料。而由這種材料制成的擠壓管坯大多室溫變形能力極差，延伸率一般都小于10%，常溫條件下用傳統(tǒng)的成形工藝難以成形復(fù)雜截面形狀的零件，這極大地限制了其應(yīng)用范圍。目前，高強(qiáng)鋁合金管狀構(gòu)件成形的工藝方法主要是采用液體、氣體作為傳壓介質(zhì)的熱態(tài)內(nèi)高壓成形技術(shù)，中溫區(qū)間對擠壓管坯塑性加工能力的提高極不明顯，而高溫下雖然可以改善擠壓管材的成形性能，但是當(dāng)成形溫度高于材料再結(jié)晶溫度時會造成內(nèi)部微觀組織損傷，使成形后管件的強(qiáng)度降低；同時該工藝需要配備提供高溫高壓液體、氣體的專用增壓、傳輸和控制系統(tǒng)，提高了加工成本及控制難度。 由于增壓和傳輸系統(tǒng)中高壓閥、密封、管路、以及傳壓介質(zhì)本身耐熱性能的限制，使其難以應(yīng)用于較高的成形溫度區(qū)間。同時，昂貴的外部專用增壓設(shè)備和控制系統(tǒng)也限制了該工藝的廣泛應(yīng)用。因此，亟需發(fā)展高強(qiáng)鋁合金管件冷脹成形技術(shù)來解決這一問題。高強(qiáng)鋁合金擠壓管坯經(jīng)過固溶處理后成形極限提高，變形抗力降低，塑性變形能力顯著增強(qiáng)。經(jīng)固溶處理后的高強(qiáng)鋁合金擠壓管坯可在較小的壓力下通過顆粒介質(zhì)冷態(tài)內(nèi)高壓成形工藝成形復(fù)雜形狀零件，降低了其對設(shè)備的需求。此時成形管件的強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性較差，通過人工時效可以彌補(bǔ)這一缺陷。人工時效可使合金內(nèi)的強(qiáng)化相彌散析出，在加工硬化和析出硬化的雙重作用下使管件強(qiáng)度、硬度重新恢復(fù)至初始狀態(tài)。綜上所述，通過固溶處理一顆粒介質(zhì)冷態(tài)內(nèi)高壓成形一時效處理的工藝流程可簡單有效的實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋁合金擠壓管材冷脹成形。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、控制簡便、節(jié)能環(huán)保、一次成形的高強(qiáng)可熱處理強(qiáng)化鋁合金擠壓管坯顆粒介質(zhì)冷脹成形方法。
[0004]本發(fā)明主要是采用固體顆粒代替液體或氣體作為傳壓介質(zhì)，通過壓力設(shè)備直接給顆粒介質(zhì)加載，載荷經(jīng)介質(zhì)傳遞至管坯內(nèi)壁形成脹形內(nèi)壓，管坯在介質(zhì)壓力的作用下變形， 從而得到所需管狀構(gòu)件形狀。
[0005]本發(fā)明的高強(qiáng)鋁合金管件固體顆粒介質(zhì)冷脹成形方法如下:
[0006](1)首先將鋁合金擠壓管材切割制成管坯，并放入箱式加熱爐中進(jìn)行固溶處理，加熱溫度一般為470°C?570°C，保溫時間為0.5h?2h，處理結(jié)束后水淬，轉(zhuǎn)移時間小于5s，水溫為25°C，為避免自然時效的影響，處理后的管坯需在-20°C?0°C儲存，固溶處理準(zhǔn)確的加熱溫度和保溫時間根據(jù)鋁合金材質(zhì)確定；
[0007](2)將固溶處理后的管坯，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行顆粒介質(zhì)內(nèi)高壓脹形，管坯外壁包裹聚四氟乙烯進(jìn)行潤滑，將管坯放入模具中，填裝顆粒介質(zhì)，介質(zhì)的裝填體積由管件的脹形腔體體積和顆粒介質(zhì)體積壓縮等參數(shù)共同確定，模具閉合，將壓頭和壓蓋移動至設(shè)定位置，給壓頭加載，通過介質(zhì)傳遞至管坯內(nèi)壁形成脹形內(nèi)壓；給壓蓋加載，實(shí)現(xiàn)管件脹形的軸端補(bǔ)給;壓頭加載(脹形內(nèi)壓)和壓蓋加載(軸端補(bǔ)給)的匹配關(guān)系，即加載方式，需根據(jù)目標(biāo)管件的材料性能、厚度、幾何形狀等參數(shù)共同確定，壓頭加載和壓蓋加載可根據(jù)現(xiàn)有壓力設(shè)備情況按照位移或壓力設(shè)定和控制，在脹形內(nèi)壓和軸端補(bǔ)給的共同作用下迫使管坯變形與凹模型腔貼合，得到目標(biāo)管件；
[0008](3)管件脹形后，將其再次放入箱式加熱爐中進(jìn)行人工時效處理，時效溫度為160 °(:?200°(:，保溫時間為611?1011，處理后空冷，人工時效處理準(zhǔn)確的加熱溫度和保溫時間根據(jù)鋁合金材質(zhì)確定，確定依據(jù)是使合金的強(qiáng)度和硬度等材料性能恢復(fù)至固溶處理前的初始狀態(tài)。
[0009]模具主要包括壓頭、減力柱、壓蓋、上模、型腔、下模、模具殼體和底座，在底座的上部設(shè)有模具殼體，在模具殼體內(nèi)部依次設(shè)有下模、型腔和上模，減力柱放置在管坯內(nèi)部，壓頭、和壓蓋置于模具殼體內(nèi)部。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、工藝控制簡便，投入成本低廉，產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活，有望為大口徑、薄壁高強(qiáng)鋁合金管狀構(gòu)件冷態(tài)成形提供高效、精確、便捷的新技術(shù)手段。
[0012]2、傳統(tǒng)溫?zé)岢尚渭夹g(shù)能耗高、生產(chǎn)效率低且目標(biāo)工件強(qiáng)度不高。本工藝可使高強(qiáng)鋁合金擠壓管材在常溫下成形復(fù)雜零件，能耗低、生產(chǎn)效率高、目標(biāo)工件尺寸精確且具有較高的使用強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
[0013]3、原始管材強(qiáng)度高，塑性極差。管坯經(jīng)過固溶處理后，強(qiáng)度、硬度降低，塑性顯著提高，室溫下即可成形復(fù)雜形狀零件，且對設(shè)備的承載能力需求較低。成形后管件的強(qiáng)度較低，而對其進(jìn)行人工時效可使管件的強(qiáng)度重新回升至初始狀態(tài)，顯著增加了目標(biāo)管件的使用壽命。
[0014]4、固體顆粒介質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，綠色環(huán)保無污染，可以循環(huán)利用，與液體、氣體等其他傳壓介質(zhì)相比，具有內(nèi)壓不均勻分布的特性，可以克服其密封和加載難題。[〇〇15]5、本發(fā)明成形的高強(qiáng)鋁合金管狀構(gòu)件是熱處理工藝和加工技術(shù)柔性化的完美結(jié)合，既提高管坯塑性加工能力又保證成形管件的使用強(qiáng)度，適用于航空航天、汽車工業(yè)和石油化工等高技術(shù)領(lǐng)域在極端條件下使用的鋁合金異型管件、連接頭、空心軸等復(fù)雜管材構(gòu)件的成形?！靖綀D說明】
[0016]圖1為本發(fā)明管材固體顆粒介質(zhì)冷脹成形工藝流程圖；
[0017]圖2為本發(fā)明管材固體顆粒介質(zhì)冷脹成形實(shí)驗(yàn)?zāi)＞咂室晥D；[〇〇18]圖3為AA6061擠壓管材原始管坯未經(jīng)過固溶處理時脹形管件；
[0019]圖4為AA6061擠壓管坯經(jīng)過固溶處理(Ts = 560°C，ts = 2h)后脹形管件；
[0020]圖5為AA7075擠壓管坯經(jīng)過固溶處理(Ts = 470 °C，ts = 1.5h)后脹形管件?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]模具主要包括壓頭1、減力柱2、壓蓋3、上模4、型腔6、下模7、模具殼體5和底座8,在底座的上部設(shè)有模具殼體，在模具殼體內(nèi)部依次設(shè)有下模、型腔和上模，減力柱放置在管坯內(nèi)部，壓頭、和壓蓋置于模具殼體內(nèi)部。如圖2所示。[〇〇22] 實(shí)施例1:
[0023]本發(fā)明的高強(qiáng)鋁合金管件固體顆粒介質(zhì)冷脹成形方法如下，如圖1所示:[〇〇24](1)首先將AA6061擠壓管材切割制成管坯，如圖3所示，并放入箱式加熱爐中進(jìn)行固溶處理，加熱溫度一般為560°C，保溫時間為2h，處理結(jié)束后水淬，轉(zhuǎn)移時間4s，水溫為25 °C，為避免自然時效的影響，處理后的管坯需在-10°C低溫條件下儲存，如圖4所示；
[0025](2)將固溶處理后的管坯，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行顆粒介質(zhì)內(nèi)高壓脹形，管坯外壁包裹聚四氟乙烯進(jìn)行潤滑，將管坯放入模具中，填裝顆粒介質(zhì)，模具裝置中的壓頭、壓蓋閉合直至接觸管材和顆粒介質(zhì)，設(shè)定加載路線，在脹形內(nèi)壓和軸端補(bǔ)給的共同作用下迫使管坯變形與凹模型腔貼合，得到AA6061管狀構(gòu)件；[〇〇26](3)管件脹形后，將其再次放入箱式加熱爐中進(jìn)行人工時效處理，時效溫度為180°C，保溫時間為6h，處理后空冷。[〇〇27] 實(shí)施例2:
[0028]本發(fā)明的高強(qiáng)鋁合金管件固體顆粒介質(zhì)冷脹成形方法如下，如圖1所示:[〇〇29](1)首先將AA7075擠壓管材切割制成管坯，并放入箱式加熱爐中進(jìn)行固溶處理，加熱溫度一般為470°C，保溫時間為1.5h，處理結(jié)束后水淬，轉(zhuǎn)移時間3s，，水溫為25°C，為避免自然時效的影響，處理后的管坯需在_15°C低溫條件下儲存，，如圖5所示；
[0030](2)將固溶處理后的管坯，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行顆粒介質(zhì)內(nèi)高壓脹形，管坯外壁包裹聚四氟乙烯進(jìn)行潤滑，將管坯放入模具中，填裝顆粒介質(zhì)，模具裝置中的壓頭、壓蓋閉合直至接觸管材和顆粒介質(zhì)，設(shè)定加載路線，在脹形內(nèi)壓和軸端補(bǔ)給的共同作用下迫使管坯變形與凹模型腔貼合，得到AA7075管狀構(gòu)件；[〇〇31](3)管件脹形后，將其再次放入箱式加熱爐中進(jìn)行人工時效處理，時效溫度為160°C，保溫時間為7h，處理后空冷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)鋁合金管件固溶處理與顆粒介質(zhì)冷成形方法，其特征在于:具體過程如下:(1)首先將鋁合金擠壓管材切割制成管坯，并放入箱式加熱爐中進(jìn)行固溶處理，加熱溫 度一般為470 °C?570 °C，保溫時間為0.5h?2h，處理結(jié)束后水淬，轉(zhuǎn)移時間小于5s，水溫為 25°C，為避免自然時效的影響，處理后的管坯需在-20°C?0°C儲存，固溶處理準(zhǔn)確的加熱溫 度和保溫時間根據(jù)鋁合金材質(zhì)確定；(2)將固溶處理后的管坯，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行顆粒介質(zhì)內(nèi)高壓脹形，管坯外壁包裹聚四 氟乙烯進(jìn)行潤滑，將管坯放入模具中，填裝顆粒介質(zhì)，模具閉合，將壓頭和壓蓋移動至設(shè)定 位置，給壓頭加載，通過介質(zhì)傳遞至管坯內(nèi)壁形成脹形內(nèi)壓;給壓蓋加載，實(shí)現(xiàn)管件脹形的 軸端補(bǔ)給;在脹形內(nèi)壓和軸端補(bǔ)給的共同作用下迫使管坯變形與凹模型腔貼合，得到目標(biāo) 管件；(3)管件脹形后，將其再次放入箱式加熱爐中進(jìn)行人工時效處理，時效溫度為160°C? 200°C，保溫時間為6h?10h，處理后空冷，人工時效處理準(zhǔn)確的加熱溫度和保溫時間根據(jù)鋁 合金材質(zhì)確定，確定依據(jù)是使合金的強(qiáng)度和硬度等材料性能恢復(fù)至固溶處理前的初始狀〇
【文檔編號】B21D26/033GK105964722SQ201610303871
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】董國疆, 趙長財, 畢江
【申請人】燕山大學(xué)