本申請(qǐng)涉及金屬材料擠壓成形和熱處理，特別是涉及一種高強(qiáng)鋁、鎂高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法。

背景技術(shù)：

1、鋁、鎂合金是輕量化理想材料，在航空航天、軌道交通和汽車等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，隨著鋁、鎂合金等輕金屬材料加工技術(shù)的發(fā)展，以及節(jié)能降耗要求的不斷提高，開(kāi)發(fā)短流程、高效節(jié)能的生產(chǎn)工藝意義重大。目前，金屬材料，特別是鋁合金擠壓和熱處理成形工藝相對(duì)成熟，常規(guī)工藝有擠壓-在線淬火-時(shí)效處理和擠壓-離線淬火-時(shí)效處理兩種。在線淬火是對(duì)剛擠壓出?？椎母邷匦筒倪M(jìn)行風(fēng)冷、霧冷或水冷等方式的淬火，是一種集成度高的短流程工藝。采用該工藝可以大幅度提升生產(chǎn)效率，降低能耗和制造成本。此外，由于擠壓過(guò)程中牽引機(jī)施加的牽引力，可以抑制淬火翹曲，型材的平直度能得到有效保障。離線淬火是擠出后的型材在冷卻后重新進(jìn)入專用加熱爐加熱到一定溫度后出爐淬火。離線淬火相對(duì)流程長(zhǎng)、能耗高，且淬火過(guò)程中型材容易產(chǎn)生翹曲變形。

2、為了實(shí)現(xiàn)在線淬火必須滿足兩個(gè)條件。首先，型材出?？跍囟葢?yīng)高于材料的固溶溫度；其次，型材擠出后應(yīng)在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入淬火區(qū)，以防止溫度降低到淬火溫度以下。在生產(chǎn)實(shí)際中，擠壓速度大于3m/min，到達(dá)淬火冷卻裝置的時(shí)間不超過(guò)20s才能滿足在線淬火的工藝要求。但是高合金化的鋁、鎂合金，如7075鋁合金、az80鎂合金等，擠壓成形性差，擠壓速度較低(一般小于3m/min)，擠出后降溫幅度大，在達(dá)到淬火裝置前過(guò)飽和固溶體會(huì)產(chǎn)生二次相析出，影響淬火效果。

3、因此，亟需一種新的在線淬火方法，在擠壓出口在線加熱后再對(duì)型材實(shí)施淬火，以保證型材在充分固溶狀態(tài)下在線淬火效果，同時(shí)還可減少由于出口溫度波動(dòng)而導(dǎo)致的產(chǎn)品組織性能不穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓在線淬火短流程制備工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的是提供一種高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法，能夠?qū)崿F(xiàn)擠壓、加熱和淬火過(guò)程中溫度的精準(zhǔn)控制，可有效減少由于出口溫度波動(dòng)而導(dǎo)致的產(chǎn)品組織性能不穩(wěn)定。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

3、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法，所述高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法包括：

4、根據(jù)待淬火的型材的內(nèi)變量，建立多道次成形過(guò)程的統(tǒng)一本構(gòu)模型；所述內(nèi)變量包括：位錯(cuò)密度、二次相特征和晶粒尺寸；

5、根據(jù)統(tǒng)一本構(gòu)模型，采用機(jī)器學(xué)習(xí)確定對(duì)應(yīng)型材在不同制備階段熱交換系數(shù)中隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律；

6、建立聯(lián)合仿真模型；所述聯(lián)合仿真模型用于對(duì)型材擠壓過(guò)程、在線加熱和在線淬火過(guò)程以及在線加熱淬火過(guò)程中型材彎曲變形進(jìn)行仿真；

7、根據(jù)在不同制備階段熱交換系數(shù)中隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律和仿真模型確定一體化成形工藝參數(shù)；所述一體化成形工藝參數(shù)包括：擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)擠壓速度、溫度、非接觸加熱裝置電流以及在線淬火系統(tǒng)入水口溫度以及出入水流量；

8、根據(jù)一體化成形工藝參數(shù)對(duì)擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)、非接觸加熱裝置以及在線淬火系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)控制。

9、可選地，所述聯(lián)合仿真模型具體包括：利用star-ccm+模型和abaqus模型搭建的主模型、利用deform搭建的從屬模型以及利用star-ccm+模型和abaqus模型搭建的主模型；

10、所述star-ccm+模型用于仿真計(jì)算在線加熱和在線淬火過(guò)程，abaqus模型用于仿真計(jì)算在線加熱淬火過(guò)程中型材彎曲變形；star-ccm+模型將計(jì)算的溫度場(chǎng)結(jié)果輸入給abaqus模型中用于熱計(jì)算；

11、所述擠壓仿真模型用于仿真計(jì)算型材擠壓過(guò)程；所述擠壓仿真模型為聯(lián)合仿真模型的從屬模型；從屬模型用于為主模型輸入擠壓之后型材的溫度、應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)分布結(jié)果。

12、可選地，通過(guò)amesim平臺(tái)實(shí)現(xiàn)主模型和從屬模型之間的信息交互傳遞。

13、可選地，根據(jù)統(tǒng)一本構(gòu)模型，采用機(jī)器學(xué)習(xí)確定對(duì)應(yīng)型材在不同制備階段熱交換系數(shù)中隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律，之后還包括：

14、根據(jù)基于變化規(guī)律建立全局溫度智能控制模型；

15、基于全局溫度智能控制模型，根據(jù)擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)出口、非接觸加熱裝置出口以及在線淬火系統(tǒng)的入水口的溫度，基于變化規(guī)律和同步控制模塊實(shí)時(shí)調(diào)整擠壓速度、非接觸加熱裝置電流以及在線淬火系統(tǒng)出入水流量；

16、根據(jù)全局溫度智能控制模型獲取不同合金在線淬火的臨界冷卻速度；

17、根據(jù)不同合金在線淬火的臨界冷卻速度動(dòng)態(tài)條件下的cct曲線；

18、根據(jù)動(dòng)態(tài)條件下的cct曲線確定在線淬火系統(tǒng)入水口溫度；

19、根據(jù)在線淬火系統(tǒng)入水口溫度確定非接觸加熱裝置與在線淬火系統(tǒng)的距離。

20、可選地，所述非接觸式加熱裝置包括分布式可獨(dú)立調(diào)控的紅外線加熱元件；分布式可獨(dú)立調(diào)控的紅外線加熱元件成上下開(kāi)合的兩瓣式結(jié)構(gòu)設(shè)置。

21、根據(jù)本申請(qǐng)?zhí)峁┑木唧w實(shí)施例，本申請(qǐng)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

22、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法，本發(fā)明針對(duì)高強(qiáng)鋁、鎂合金型材由于成形性差，擠壓速度較低，擠出后降溫幅度大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線淬火的難題，通過(guò)擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)、非接觸加熱裝置以及在線淬火系統(tǒng)再對(duì)型材實(shí)施在線淬火的方案，以保證型材在充分固溶狀態(tài)下在線淬透。通過(guò)根據(jù)在不同制備階段熱交換系數(shù)中隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律和仿真模型確定一體化成形工藝參數(shù)，并根據(jù)一體化成形工藝參數(shù)對(duì)擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)、非接觸加熱裝置以及在線淬火系統(tǒng)的同步控制，實(shí)現(xiàn)擠壓、加熱和淬火過(guò)程中溫度的精準(zhǔn)控制，可有效減少由于出口溫度波動(dòng)而導(dǎo)致的產(chǎn)品組織性能不穩(wěn)定。相對(duì)傳統(tǒng)擠壓后離線淬火，擠壓-在線加熱-在線淬火不僅可以縮短型材制備流程，降低能耗和制造成本，同時(shí)，在牽引力作用下在線淬火還可以減少淬火翹曲。

技術(shù)特征：

1.一種高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法，其特征在于，所述高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法，其特征在于，所述聯(lián)合仿真模型具體包括：利用star-ccm+模型和abaqus模型搭建的主模型、利用deform搭建的從屬模型以及利用star-ccm+模型和abaqus模型搭建的主模型；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法，其特征在于，通過(guò)amesim平臺(tái)實(shí)現(xiàn)主模型和從屬模型之間的信息交互傳遞。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法，其特征在于，根據(jù)統(tǒng)一本構(gòu)模型，采用機(jī)器學(xué)習(xí)確定對(duì)應(yīng)型材在不同制備階段熱交換系數(shù)中隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律，之后還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓-在線加熱-在線淬火成形方法，其特征在于，所述非接觸式加熱裝置包括分布式可獨(dú)立調(diào)控的紅外線加熱元件；分布式可獨(dú)立調(diào)控的紅外線加熱元件成上下開(kāi)合的兩瓣式結(jié)構(gòu)設(shè)置。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種高強(qiáng)鋁、鎂合金擠壓?在線加熱?在線淬火成形方法，涉及金屬材料擠壓成形和熱處理技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括根據(jù)待淬火的型材的內(nèi)變量，建立多道次成形過(guò)程的統(tǒng)一本構(gòu)模型；根據(jù)統(tǒng)一本構(gòu)模型，采用機(jī)器學(xué)習(xí)確定對(duì)應(yīng)型材在不同制備階段熱交換系數(shù)中隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律；建立聯(lián)合仿真模型；根據(jù)在不同制備階段熱交換系數(shù)中隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律和仿真模型確定一體化成形工藝參數(shù)；根據(jù)一體化成形工藝參數(shù)對(duì)擠壓機(jī)液壓系統(tǒng)、非接觸加熱裝置以及在線淬火系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)控制。本申請(qǐng)能夠?qū)崿F(xiàn)擠壓、加熱和淬火過(guò)程中溫度的精準(zhǔn)控制，可有效減少由于出口溫度波動(dòng)而導(dǎo)致的產(chǎn)品組織性能不穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：李落星,徐從昌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17