CN107502842A - 一种6系及7系铝合金超快速固溶处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种6系及7系铝合金超快速固溶处理方法，属于金属材料热处理技术领域。直接接触加热固溶处理，将铝合金板料放入预先加热的上加热体和下加热体之间，上加热体、下加热体预热温度为470‑530℃，上加热体在压力机驱动下向下移动同下加热体一起压紧铝合金板料，压力为15‑50MPa，保压时间为20‑60s，以进行充分固溶；板料转移，成形及淬火处理，时效处理。本发明所涉及的6系及7系铝合金超快速固溶处理工艺方法加热固溶时间短，生产出铝合金零件精度高，强度均大于该材料T6态强度。
Description
技术领域
本发明属于金属材料热处理技术领域，具体涉及一种铝合金的超快速固溶热处理方法。
背景技术
汽车的轻量化在节能减排中占有非常重要的地位。试验表明，在其他条件相同情况下，汽车的重量每减轻100kg，每百公里的燃油消耗将减少0.4～lL，汽车的重量每减少10％，燃油的消耗可降低6％～8％。铝合金材料具有密度小、比强度高、耐蚀性好和成本低等一系列优点，目前正越来越多用于汽车车身零件的生产。6系铝合金可热处理强化，强度适中，耐腐蚀性好，容易涂装着色，综合性能良好，多用于制造汽车的外壳以及车身的框架，如Audi A8采用6016作为生产车身板材料；7系超高强铝合金具有优良的综合力学性能，是广泛应用在汽车、航空航天等领域的一种轻质材料。其中7075铝合金具有较高的强度和吸能性，在合理设计车身结构的基础上，能够获得超高强度的铝合金车身，与传统的钢制车身相比，在满足原有性能的基础上，能够明显提高汽车的轻量化效果，因此汽车的各项综合性能会大幅度提高。然而铝合金材料在室温下的成形性能差、回弹大，因此在汽车车身零件的应用上，传统的冷冲压工艺不再适用，必须采用热成形等新工艺，但是热成形工艺会严重降低铝合金的材料性能。解决该问题的一种方法是将成形过程和热处理过程相结合，依靠同一套模具实现“成形”和“控性”的目的。基于此，铝合金热冲压新技术是正在研究中的一种针对于高强度铝合金材料的先进生产工艺，其成形过程是将完全固溶后的铝合金板材快速转移到水冷模具上，然后快速合模成形，成形完成后保持合模以完成零件模内淬火，最后进行时效处理以提高其强度。高温下成形可提高板材成形性能，模内淬火能够保证其强度和尺寸精度。
铝合金热冲压技术中，材料的固溶处理对零件最终性能有重要影响，相关研究表明，选择合理的固溶温度和保温时间可以提高粗大、难溶相的固溶度，让合金元素更多地溶入基体，通过时效强化，更有利于提高铝合金的性能。目前人们对铝合金热处理工艺的研究与发展主要集中在时效方面，对固溶过程的研究还很少，目前通常采用循环气体加热炉对板料进行加热，但相对与钢板而言，铝板的黑度小，传热系数小，所以加热过程升温速度慢，对于1-3mm后的铝板，其加热时间需要20-60分钟，而且加热到目标温度后还需要长时保温已完成固溶处理。长的固溶处理时间和高的能量消耗都不利于该项技术的工业化应用，有必要提出新的固溶处理方法以缩短固溶处理时间并降低能耗。
发明内容
本发明提供一种6系及7系铝合金超快速固溶处理方法，以解决对现有6系及7系铝合金固溶处理时间过长，能耗大，不利于工业化生产的问题。
本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：
步骤1：直接接触加热固溶处理：
将铝合金板料放入预先加热的上加热体和下加热体之间，上加热体、下加热体预热温度为470-530℃，上加热体在压力机驱动下向下移动同下加热体一起压紧铝合金板料，压力为15-50MPa，保压时间为20-60s，以进行充分固溶；
步骤2：板料转移
快速将加热固溶处理后的板料转移至成形淬火模具，转移时间小于5s；
步骤3：成形及淬火处理
将带有冷却装置的模具对固溶后板料进行成形同时淬火处理，其中成形时间0.5-3s，保压时间4-10s，零件移出模具温度低于50℃；
步骤4：时效处理
将零件放入时效炉，加热至120-180℃，保温8-24h，然后出炉空冷。
所述铝合金板料为6系或7系铝合金板料。
本发明的有益效果：
(1)采用加热体直接接触铝合金板料进行固溶处理，使得加热固溶过程非常迅速，由加热炉的20min固溶时间缩短为1min以内；
(2)高的加热速度促进溶质元素快速融入铝基体，并且有助于难溶相溶解，获得过饱和固溶体，快速冷却后可以获得细小均匀的晶粒组织，时效后可以析出大量的细小均匀析出相，最终获得工件强度均大于T6态强度。
附图说明
图1是本发明实验例1的固溶处理温度曲线图；
图2是本发明实验例2的固溶处理温度曲线图；
图3是本发明实验例3的固溶处理温度曲线图。
具体实施方式
实施例1
包括下列步骤：
步骤1：直接接触加热固溶处理：
将铝合金板料放入预先加热的上加热体和下加热体之间，上加热体、下加热体预热温度为470℃，上加热体在压力机驱动下向下移动同下加热体一起压紧铝合金板料，压力为15MPa，保压时间为20s，以进行充分固溶；
步骤2：板料转移
快速将加热固溶处理后的板料转移至成形淬火模具，转移时间小于5s；
步骤3：成形及淬火处理
将带有冷却装置的模具对固溶后板料进行成形同时淬火处理，其中成形时间0.5s，保压时间4s，零件移出模具温度低于50℃；
步骤4：时效处理
将零件放入时效炉，加热至120℃，保温8h，然后出炉空冷。
实施例2
包括下列步骤：
步骤1：直接接触加热固溶处理：
将铝合金板料放入预先加热的上加热体和下加热体之间，上加热体、下加热体预热温度为500℃，上加热体在压力机驱动下向下移动同下加热体一起压紧铝合金板料，压力为33MPa，保压时间为40s，以进行充分固溶；
步骤2：板料转移
快速将加热固溶处理后的板料转移至成形淬火模具，转移时间小于5s；
步骤3：成形及淬火处理
将带有冷却装置的模具对固溶后板料进行成形同时淬火处理，其中成形时间1.8s，保压时间7s，零件移出模具温度低于50℃；
步骤4：时效处理
将零件放入时效炉，加热至150℃，保温16h，然后出炉空冷。
实施例3
包括下列步骤：
步骤1：直接接触加热固溶处理：
将铝合金板料放入预先加热的上加热体和下加热体之间，上加热体、下加热体预热温度为530℃，上加热体在压力机驱动下向下移动同下加热体一起压紧铝合金板料，压力为50MPa，保压时间为60s，以进行充分固溶；
步骤2：板料转移
快速将加热固溶处理后的板料转移至成形淬火模具，转移时间小于5s；
步骤3：成形及淬火处理
将带有冷却装置的模具对固溶后板料进行成形同时淬火处理，其中成形时间3s，保压时间10s，零件移出模具温度低于50℃；
步骤4：时效处理
将零件放入时效炉，加热至180℃，保温24h，然后出炉空冷。
以上各实施例所述铝合金板料为6系或7系铝合金板料。
下边通过具体实验例来进一步说本发明。
实验例1
7075铝合金的超快速固溶处理方法，具体包括如下步骤：
步骤1：直接接触加热固溶处理：
将150×90×2mm(长×宽×厚)7075铝合金板料放入预先加热的上加热体和下加热体之间，上、下加热体预热温度为480℃，上加热体向下移动同下加热体一起压紧铝合金板料，压力为20MPa，保压时间为30秒以进行充分固溶；
步骤2：板料转移
快速将加热固溶处理后的板料转移至成形淬火模具，转移时间小于5秒；
步骤3：成形及淬火处理
将带有冷却装置的模具对固溶后板料进行成形同时淬火处理，其中成形时间2秒，保压时间10秒，零件移出模具温度低于50℃；
步骤4：时效处理
将零件进行120℃+24h的时效处理，然后出炉空冷。
实验例2
7075铝合金的超快速固溶处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1：直接接触加热固溶处理：
将90×75×3mm(长×宽×厚)7075铝合金板料放入预先加热的上加热体和下加热体之间，上下加热体预热温度为480℃，上加热体向下移动同下加热体一起压紧铝合金板料，压力为50MPa，保压时间为40秒以进行充分固溶；
步骤2：板料转移
快速将加热固溶处理后的板料转移至成形淬火模具，转移时间小于5秒；
步骤3：成形及淬火处理
将带有冷却装置的模具对固溶后板料进行成形同时淬火处理，其中成形时间2秒，保压时间10秒，零件移出模具温度低于50℃；
步骤4：时效处理
将零件进行120℃+24h的时效处理，然后出炉空冷。
实验例3
6082铝合金的超快速固溶处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1：直接接触加热固溶处理：
将135×80×2mm(长×宽×厚)6082铝合金板料放入预先加热的上加热体和下加热体之间，上下加热体预热温度为525℃，上加热体向下移动同下加热体一起压紧铝合金板料，压力为25MPa，保压时间为50秒以进行充分固溶；
步骤2：板料转移
快速将加热固溶处理后的板料转移至成形淬火模具，转移时间小于5秒；
步骤3：成形及淬火处理
将带有冷却装置的模具对固溶后板料进行成形同时淬火处理，其中成形时间2秒，保压时间10秒，零件移出模具温度低于50℃；
步骤4：时效处理
将零件进行175℃+10h的时效处理，然后出炉空冷。
其中，上、下加热体分别嵌入电加热管用于加热，通过PID控制***控制加热管的温度。
表1各实验例的加热时间及硬度对比结果
Claims (2)
1.一种6系及7系铝合金超快速固溶处理方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1：直接接触加热固溶处理：
将铝合金板料放入预先加热的上加热体和下加热体之间，上加热体、下加热体预热温度为470-530℃，上加热体在压力机驱动下向下移动同下加热体一起压紧铝合金板料，压力为15-50MPa，保压时间为20-60s，以进行充分固溶；
步骤2：板料转移
快速将加热固溶处理后的板料转移至成形淬火模具，转移时间小于5s；
步骤3：成形及淬火处理
将带有冷却装置的模具对固溶后板料进行成形同时淬火处理，其中成形时间0.5-3s，保压时间4-10s，零件移出模具温度低于50℃；
步骤4：时效处理
将零件放入时效炉，加热至120-180℃，保温8-24h，然后出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的一种6系及7系铝合金超快速固溶处理方法，其特征在于，所述铝合金板料为6系或7系铝合金板料。
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