[发明专利]一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可热处理强化铝合金管材零件的热成形方法。

背景技术

铝合金是一种重要的轻质结构材料，在航天航空及交通运输等行业有着广泛应用，但是，铝合金在室温下的成形性能较差，利用传统的加工方法很难成形形状复杂的零件，通常采用提高成形温度的方法来改善其成形性能。通过加热，不但可以提高材料的变形能力，同时还能明显降低材料的变形抗力，从而降低对设备吨位的要求。

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，影响零件尺寸精度。对于管状零件而言，截面形状越复杂多变、相对壁厚越小、轴线越弯曲，则零件的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，将在加热炉中充分固溶的坯料，快速转移定位到成形冷模内进行成形，在成形的同时完成淬火，最后进行必要的时效处理。该成形方法将成形与热处理相结合，可一次成形形状复杂的高强度铝合金零件。该成形方法的关键是要保证材料在足够高的温度下完成成形，并以足够快的冷却速度完成淬火，否则一方面无法完成复杂形状零件的成形，另一方面也无法实现有效淬火从而影响最终时效强化效果，该热溶成形冷模淬火工艺虽然也可以用来成形管材零件，但因为其成形工艺步骤要比板材零件多，所以要满足上述的成形和淬火条件更为困难。

发明内容

本发明是要解决现有的可热处理强化铝合金管材零件先成形后热处理时易产生明显形状尺寸变化，以及采用热溶成形冷模淬火工艺对转移装置、坯料定位和成形工艺步骤要求高等技术问题，而提供一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法。

本发明的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法按以下步骤实现：

一、将铝合金管坯放在加热炉中，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管坯放在步骤二处理后的模具中，合模加热至温度为150~400℃，然后对铝合金管坯两端进行密封和轴向补料，再向管坯内通入热态介质，进行压制，完成铝合金管材零件的成形；

四、将成形后的铝合金管材零件取下，冷却至室温，然后在温度为120~250℃的条件下进行时效处理，得到最终的铝合金管材零件。

本发明的有益效果

本发明的铝合金管材零件固溶水淬后热成形过程如图1所示，采用先将铝合金管坯进行固溶水淬处理以获得过饱和固溶体，再将铝合金管坯放在热态模具内进行二次加热并合模加压成形，最后将成形后的管材零件进行时效强化处理。本发明的一种铝合金管材零件固溶水淬后热成形方法有以下优点：（1）成形前先对管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引起的零件形状尺寸变化，保证了零件形状尺寸精度；（2）固溶后管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）先对管坯进行固溶水淬，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管坯快速转移、快速成形的问题，灵活度比较大，降低了对成形设备的要求；（4）成形时，模具温度始终恒定，容易实现对管材温度的精确控制，且不需要在模具中加工复杂的冷却水道，降低了模具制造成本；（5）时效后，零件强度大幅度提高，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管材零件。

附图说明

图1为本发明的铝合金管材零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的铝合金管材零件固溶水淬后热成形过程的示意图；

图3为实施例1的铝合金管材零件固溶水淬后热成形过程的示意图；

图4为实施例2的铝合金管材零件固溶水淬后热成形过程的示意图。

具体实施方式