CN102974675A

CN102974675A - 一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法

Info

Publication number: CN102974675A
Application number: CN2012104306996A
Authority: CN
Inventors: 凡晓波; 何祝斌; 郑凯伦; 苑世剑
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2013-03-20

Abstract

一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法，它涉及一种可热处理强化铝合金钣金件的热成形方法，本发明是要解决现有的可热处理强化铝合金先成形后热处理时形状尺寸变化大，热溶成形冷模淬火工艺要求转移定位快、成形快，以及铝合金钣金件冷热复合模成形方法中对铝合金板坯温度控制较难、成形后模内冷却淬火速度慢而不利于获得过饱和固溶体，且对成形设备要求高等技术问题，成形方法如下：将铝合金板坯固溶水淬，然后放在热态模具内进行二次加热，压制成形后进行时效处理，本发明的成形方法对成形设备要求不高，铝合金钣金件形状尺寸精度高，且强度显著提高，可应用于成形可热处理强化铝合金如2000系、6000系和7000系铝合金。

Description

一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法

技术领域

本发明涉及一种可热处理强化铝合金钣金件的热成形方法

背景技术

可热处理强化铝合金如2000系、6000系和7000系铝合金，通过热处理强化（固溶处理+时效）后强度显著提高。常规成形方法中，该类铝合金零件通常采用先在退火态完成零件的成形，然后将成形零件进行热处理以提高其强度，满足最终的使用要求。但是，固溶处理时需要将成形零件加热到一定温度（450~550℃）并保持一定时间后进行快速冷却淬火，以获得过饱和固溶体，为后续的时效做好准备。固溶加热和淬火过程中，由于不均匀的热胀冷缩及热应力、内应力影响，零件形状尺寸容易发生变化。形状越复杂、尺寸越大，零件形状尺寸精度受影响程度越大。

近年，发展起来一种针对铝合金板材零件的热溶成形冷模淬火工艺，所使用模具均为冷模。将在加热炉中充分固溶的坯料，快速转移定位到成形模具内进行成形，合模保压几秒钟，在成形的同时完成淬火，时效后零件力学性能能够达到T6态铝合金力学性能的90%。该成形方法将成形与热处理相结合，热态下成形可获得良好的成形性能，冷模淬火保证了零件的尺寸精度，可一次性成形形状复杂的高强度铝合金零件。但是，热态板坯快速转移定位到模具内需要一定的转移时间，必然导致其温度降低。而铝合金一方面普遍存在淬火敏感温度区间，板坯降至一定温度后无法有效淬火，时效强化效果不明显；另一方面板材的成形性能降低，无法完成复杂形状零件成形。为此要求转移和成形在较短时间内完成，这对成形设备提出了很高的要求。

现有专利号为201210124230的中国专利《铝合金钣金件冷热复合模成形方法》它提出一种铝合金钣金件冷热复合模成形方法，所使用的下模具为加热状态，上模具和压边圈为冷却状态。充分固溶后的热态板坯转移定位到热态的下模具上，冷态的压边圈和上模具下压完成钣金件成形，快速分模后钣金件留在压边圈及上模具上完成其冷却淬火。相比热溶成形冷模淬火工艺来说，该方法可有效地防止转移过程中板坯温度快速下降，保证了成形能在较高温度下进行，易于成形复杂形状零件。但是成形时，冷热模具接触发生强烈的热量交换，使得成形过程中对铝合金板坯的温度控制较难，成形时下模具处于加热状态，合模后使上模具温度升高，不利于开模后成形件快速冷却淬火，不利于获得过饱和固溶体，使成形后时效强化效果不明显。另外，成形后钣金件必须随上模具与压边圈快速从下模具上分离，要求上模具与压边圈间动作必须同步，以防止影响其淬火效果，这些都对成形设备提出了很高的要求。

发明内容

本发明是要解决现有的可热处理强化铝合金先成形后热处理时形状尺寸变化大，热溶成形冷模淬火工艺要求转移定位快、成形快，以及铝合金钣金件冷热复合模成形方法中对铝合金板坯温度控制较难、成形后模内冷却淬火速度慢而不利于获得过饱和固溶体，且对成形设备要求高等技术问题，而提供一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法。

本发明的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法按以下步骤实现：

一、将铝合金板坯放在加热炉中，在温度为450~575℃的条件下，加热30~180min，进行固溶，固溶完成后取出水淬；

二、将模具加热至温度为150~400℃；

三、将步骤一处理后的铝合金板坯放在步骤二处理后的模具中加热至温度为150~400℃，然后合模压制，完成铝合金钣金件的成形；

四、将成形后的铝合金钣金件取下，冷却至室温，然后在温度为120~250℃的条件下进行时效处理，得到最终的铝合金钣金件。

本发明的铝合金钣金件固溶水淬后热成形过程如图1所示，采用先将铝合金板坯进行固溶水淬处理以获得过饱和固溶体，再将铝合金板坯放在热态模具内进行二次加热并合模压制成形，最后将成形后的钣金件进行时效强化处理。本发明的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法有以下优点：（1）成形前先对板坯进行固溶淬火处理，避免了在零件成形后因固溶处理时加热与冷却而引起零件形状尺寸变化，保证了零件形状尺寸精度；（2）固溶后板坯水淬时冷却速度一般为200℃/s而模内冷却时的冷却速度为30~100℃/s，本发明的成形方法更利于获得过饱和固溶体，时效后零件强度更大幅度提高；（3）先对板坯进行固溶水淬，然后在热态模具内二次加热，避免了现有成形方法需要将固溶后的热态板坯快速转移、快速成形的问题，灵活度比较大；（4）成形时，不需要将钣金件留在上模具与压边圈上，解决了铝合金钣金件冷热复合模成形方法中，要求上模具与压边圈同步运作而导致对成形设备要求严格的问题；（5）成形时，模具温度始终恒定，容易实现对板材温度的精确控制，可应用于成形2000系、6000系和7000系等可热处理强化铝合金，获得充分强化且尺寸精度高的铝合金钣金件。

本发明的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法还可以按以下步骤实现：

二、向模具中内置的冷却水道通入冷却水，使模具始终保持在20~50℃的温度范围内；

三、将步骤一处理后的铝合金板坯放在上模具和下模具之间，且与上模具和下模具都不接触，然后将铝合金板坯加热至温度为150~400℃，停止加热同时在1~2s内完成合模压制，完成铝合金钣金件的成形；

四、使成形后的铝合金钣金件在模具内冷却至室温，然后取下，在温度为120~250℃的条件下进行时效处理，得到最终的铝合金钣金件。

本发明的铝合金钣金件固溶水淬后热成形过程如图1所示，采用先将铝合金板坯进行固溶水淬处理以获得过饱和固溶体，再将铝合金板坯直接二次加热至成形温度，利用冷态模具快速合模成形，最后将成形后的钣金件进行时效强化处理。本发明的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法有以下优点：（1）成形前先对板坯进行固溶淬火处理，避免了在零件成形后因固溶处理时加热与冷却而引起零件形状尺寸变化，保证了零件形状尺寸精度；（2）固溶后板坯水淬时冷却速度一般为200℃/s而模内冷却时的冷却速度为30~100℃/s，本发明的成形方法更利于获得过饱和固溶体，时效后零件强度可更大幅度提高；（3）先对板坯进行固溶水淬，然后直接二次加热到一定温度进行成形，避免了现有成形方法需要将热态板坯快速转移定位、快速成形的问题；（4）成形时，不需要将钣金件留在上模具与压边圈上，解决了铝合金钣金件冷热复合模成形方法中，要求上模具与压边圈同步运作而导致对成形设备要求严格的问题；（5）采用电阻加热的方式直接加热板坯，加热速度快，利于提高成形效率，减少能量损耗；（6）成形后铝合金钣金件在模具内冷却至常温，避免了将热态下零件移至模具外冷却易产生的形状尺寸变化的问题，铝合金钣金件形状尺寸精度更高，可应用于成形可热处理强化铝合金如2000系、6000系和7000系铝合金。

附图说明

图1为本发明的铝合金钣金件固溶水淬后热成形过程示意图；其中T1为固溶温度，T2为成形温度，T3为时效温度；A~B段进行固溶，B~C段进行水淬，D~E段进行二次加热，F~G段进行冷却，I~J段进行时效；

图2为实施例1铝合金钣金件固溶水淬后热成形中模具的示意图；

图3为实施例2铝合金钣金件固溶水淬后热成形中模具的示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法按以下步骤进行：

二、将模具加热至温度为150~400℃；

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中模具通过模具中内置的加热棒进行加热，其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二同的是：步骤三之前，先将步骤一处理后的铝合金板坯预热至150~400℃，其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

本实施方式将铝合金板坯进行预热，缩短了铝合金板坯在模具中的加热时间，缩短了成形周期。

具体实施方式四：本实施方式的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法按以下步骤实现：

本实施方式的模具始终保持在常温状态，成形后铝合金钣金件在模具内冷却至常温，避免了在模具外进行冷却易产生形状尺寸变化的问题，铝合金钣金件形状尺寸精度更高。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤三中铝合金板坯的加热过程是通过将铝合金板坯作为电阻进行加热的方式来实现，其它步骤和参数与具体实施方式四相同。

本实施方式的铝合金板坯的加热过程通过电阻加热的方式来实现，加热速度快，利于提高成形效率，减少能量损耗。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：步骤三中铝合金板坯的加热过程具体是按以下步骤实现的：将铝合金板坯与加热电源的正、负极相连，形成通电回路，通电时，铝合金板坯相当于回路中的一个电阻，通过该铝合金板坯的电流I产生的热量Q=I²Rt，其中I为通电回路中的电流强度，R为铝合金板坯的电阻值，t为通电时间，其它步骤和参数与具体实施方式四或五相同。

用以下试验验证本发明的有益效果：

实施例1、参照图2，本实施例的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法按以下步骤进行：

一、将铝合金板坯放在加热炉中，在温度为520℃的条件下，加热50min，进行固溶，固溶完成后取出水淬；二、启动加热棒4将下模具1、压边圈2和上模具3加热并保持至温度为250℃；三、将步骤一处理后的铝合金板坯放在下模具1上，1~2s内，合上压边圈2和上模具3，利用热态模具将步骤一处理后的铝合金板坯加热至温度为250℃，然后使上模具3继续下行，进行压制，压制10s，完成铝合金钣金件的成形；四、将成形后的铝合金钣金件取下，冷却至室温，然后在温度为160℃的条件下，保温10h，进行时效处理，得到铝合金钣金件；其中铝合金板坯为6A02冷轧态铝合金板坯；加热炉为箱式电阻加热炉；下模具1、压边圈2、上模具3和加热棒4之间的结构关系为：所述压边圈2设置在下模具1和上模具3之间，所述上模具3穿过压边圈2；所述的加热棒4设置在下模具1、压边圈2和上模具3内部。

实施例2、参照图2，本实施例的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法按以下步骤进行：

一、将铝合金板坯放在加热炉中，在温度为520℃的条件下，加热55min，进行固溶，固溶完成后取出水淬；二、向冷却水道4中通入冷却水，使下模具1、压边圈2和上模具3一直保持在常温状态；三、将铝合金板坯放在电源的正、负电极5上，通电将铝合金板坯加热至温度为250℃，然后停止加热，1~2s内完成合模压制，完成铝合金钣金件的成形；四、使成形后的铝合金钣金件在模具内冷却至室温，然后取下，在温度为160℃的条件下，保温10h，进行时效处理，得到铝合金钣金件；其中铝合金板坯为6A02冷轧态铝合金板坯；加热炉为箱式电阻加热炉；模具由下模具1、压边圈2、上模具3、冷却水道4和正、负电极5组成，所述压边圈2设置在下模具1和上模具3之间；所述上模具3穿过压边圈2；所述的冷却水道4设置在下模具1、压边圈2和上模具3内部，所述的正、负电极5设置在模具外部左右两侧，且与下模具1和上模具3都不接触。

试验一、对实施例1中的6A02铝合金板坯和实施例1得到的铝合金钣金件进行硬度试验，试验过程如下：

现根据试验标准：GB/T 4340.1-1999，采用MECRO-586维氏硬度计，在室温，试验力为0.98N，保压时间为15s的条件下，对实施例2中成形前的6A02铝合金板坯和实施例2得到的铝合金钣金件进行硬度试验；测得6A02铝合金板坯的维氏硬度为73HV0.1，实施例2得到的铝合金钣金件的维氏硬度为108HV0.1，维氏硬度值为成形前6A02铝合金板坯的140%，强度大幅提高，且形状、尺寸稳定，可应用于成形可热处理强化铝合金如2000系、6000系和7000系铝合金。

Claims

1.一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法，其特征在于一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法按以下步骤实现：

二、将模具加热至温度为150~400℃；

2.根据权利要求1所述的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法，其特征在于步骤二中模具通过模具中内置的加热棒进行加热。

3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法，其特征在于步骤三之前，先将步骤一处理后的铝合金板坯预热至150~400℃。

4.一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法，其特征在于一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法按以下步骤实现：

5.根据权利要求4所述的一种铝合金钣金件固溶水淬后热成形方法，其特征在于步骤三中铝合金板坯的加热过程是通过将铝合金板坯作为电阻进行加热的方式来实现。

6.根据权利要求4或5所述的一种铝合金钣金件的固溶水淬后热成形方法，其特征在于步骤三中铝合金板坯的加热过程具体是按以下步骤实现的：将铝合金板坯与加热电源的正、负极相连，形成通电回路。