[发明专利]一种高强轻质合金复杂异形构件电磁辅助成形成性工艺

说明书

本发明提供一种高强轻质合金复杂异形构件电磁辅助成形成性工艺，包括根据构件的形状尺寸与材料属性制定相应的高密度脉冲电流参数，通过脉冲电源、电极、模具、坯料构成的闭合回路使坯料在脉冲电流焦耳热作用下加热至特定温度，实时调整参数保持温度，合模后切断电流保压，使构件在模内或模外淬火，降至常温，取出校形切边；根据成形构件的横截面尺寸与电阻数据，制定强韧化处理的低密度脉冲电流参数，加热构件至较低温度并保持，进行长周期的电脉冲处理，完成复杂异形构件组织性能调控处理。本发明工艺能量利用率高，不产生废气，适用于多种高强轻质合金，制造出的构件成形性好，精度高，表面质量优良，综合力学性能大幅提升。

技术领域

本发明涉及高强轻质合金电磁辅助制造领域，特别涉及一种复杂异形构件的电磁辅助成形成性一体化工艺。

背景技术

随着航空航天、武器、汽车、轨道交通等领域的高端装备对长寿命、可靠性和能耗效率需求的日益增加，迫切要求难成形构件在材料和结构上同时满足高功效和轻量化等特点，还需要保障在恶劣服役工况下具有可靠性与极为优异的使用性能，如耐蚀性能、断裂韧性和抗疲劳性能等。

在制造高强合金复杂异形构件时，一般通过铸造与等温锻造工艺成形，必要时还需要增加预成形、退火等工序；对于大口径薄壁、高筋薄腹等难成形结构构件，甚至还需要借助数控加工或化铣加工方法制造。上述工艺容易导致构件高筋、深腔等局部难成形处出现折叠、充不满、裂纹等各种宏观成形缺陷。由于构件成形过程中不均匀的塑性变形，容易引起局部微孔洞、微裂纹等微观结构缺陷，很难通过后续的热处理、喷丸等措施消除，这必将对构件在恶劣服役工况下的使用性能和寿命带来极大的安全隐患。此外，传统制造工艺效率低，生产成本高，易污染环境。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种高强轻质合金复杂异形构件电磁辅助成形成性工艺，解决高强轻质合金复杂异形构件尺寸精度低、使用性能差以及制造工艺能量利用率低的问题。

本发明为解决上述技术问题所提供的制造工艺，包括如下步骤：

(1)高密度脉冲电流辅助成形：根据构件的形状与尺寸设置坯料的形状与尺寸，并根据材料属性与成形特性，制定相应的高密度脉冲电流参数：脉冲电场的电流密度为20-400A/mm²；将坯料放置于上模具与下模具之间，保持坯料与上下模具表面贴合，通过脉冲电源、电极、模具、坯料构成的闭合回路使坯料在脉冲电流焦耳热作用下加热至指定温度；实时监控坯料温度，达到指定温度后，压力装备下行，控制上、下模具以20-500mm/s的速度进行合模，此时坯料挤压入模具之中形成成形构件，此过程中始终保持通入脉冲电流并实时调整脉冲电流参数，保证坯料成形温度波动范围在20℃以内；上、下模具合模后，切断脉冲电流，保压一段时间，使成形构件在模内或模外淬火，待温度下降至常温后将其从模具中取出，校形切边；

(2)低密度脉冲电流强韧化处理：根据成形构件的横截面尺寸与电阻数据，制定强韧化处理的低密度脉冲电流参数：脉冲电场的电流密度为2-10A/mm²；根据成形构件特性与力学性能薄弱区域，布置相应的电极，所述的力学性能薄弱区域为根据经验确认的难以成形或成形不充分区域；通入低密度脉冲电流，使成形构件在焦耳热作用下加热至预定温度；实时调整低密度脉冲电流参数，使成形构件在预定温度下进行长周期的电脉冲处理，完成构件的组织性能调控处理。

按照上述方案，高密度脉冲电流参数还包括：脉冲电场频率为20-500Hz，处理时间为1-30mins；低密度脉冲电流参数还包括：脉冲电场频率为0.5-20Hz，处理时间为0.5-12h。

按照上述方案，高密度脉冲电流辅助成型中的指定温度根据材料种类不同控制在400-1000℃，低密度脉冲电流强韧化处理的预定温度根据材料种类不同控制在100-200℃。

按照上述方案，实时监控坯料温度采用热电偶实时监控坯料温度。

按照上述方案，坯料为铝合金、镁合金或钛合金。