[发明专利]铝锂合金薄壁构件电辅助超塑成形与时效处理全流程制造方法

说明书

一种铝锂合金薄壁构件电辅助超塑成形与时效处理全流程制造方法，通过将脉冲电压施加于铝锂合金坯料上，利用脉冲电流的焦耳热效应将坯料快速加热后进行超塑成形；完成后断电并利用快速降温实现成形构件的固溶处理；最后再次施加脉冲电压将铝锂合金成形构件升温至时效温度，通过时效处理实现成形件的力学性能显著提升。本发明通过脉冲电流将极高能量在极短时间输入坯料，兼备电辅助成形能量高、时间短、工艺便捷高效的特点，对材料的组织产生影响，促使其微观组织及性能发生演变，对金属材料的疲劳恢复、金属内部的晶粒细化及微裂纹愈合等多方面产生积极作用，从而改善金属材料的塑性成形性能。

技术领域

本发明涉及的是一种超塑成形领域的技术，具体是一种铝锂合金薄壁构件电辅助超塑成形与时效处理全流程制造方法。

背景技术

超塑成形是一种热成形工艺，通常是将模具与坯料置于加热炉中，达到成形温度保温一定时间后通入气体直至板材完全贴模；但该技术能量利用效率低：坯料的体积质量远小于模具的体积质量，因此加热过程中能量大部分消耗在加热模具上，仅有小部分能量用于加热坯料；同时该工艺需要模具长时间处于高温环境，对模具损害较大且坯料升温速率慢：由于这种情况下热量传递的主要方式为热传导与热辐射，因而热量的传递速率慢；此外，超塑成形工艺生产周期长：坯料升温、冷却速率慢，坯料成形耗时长；构件表面质量、性能降低：超塑成形构件长时间处于高温环境下，表面氧化严重、晶粒长大粗化，组织性能劣化。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种铝锂合金薄壁构件电辅助超塑成形与时效处理全流程制造方法，通过脉冲电流将极高能量在极短时间输入坯料，兼备电辅助成形能量高、时间短、工艺便捷高效的特点；此外脉冲电流引入坯料后，可产生短时非平衡效应，对材料的组织产生影响，促使其微观组织及性能发生演变，对金属材料的疲劳恢复、金属内部的晶粒细化及微裂纹愈合等多方面产生积极作用，从而改善金属材料的塑性成形性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种铝锂合金薄壁构件电辅助超塑成形与时效处理全流程制造方法，通过将脉冲电压施加于铝锂合金坯料上，利用脉冲电流的焦耳热效应将坯料快速加热后进行超塑成形；完成后断电并利用快速降温实现成形构件的固溶处理；最后再次施加脉冲电压将铝锂合金成形构件升温至时效温度，通过时效处理实现成形件的力学性能显著提升。

所述的方法具体包括：

S1：将坯料放入凸模与凹模之间，脉冲电源的正极、负极分别与坯料的两端相连接，脉冲电源、正负极与坯料构成闭合回路。

所述的凸模、凹模由绝缘材料制成。

所述的凸模上开有通气孔，通气孔与通气管一端相连接，通气管另一端与气瓶连接。

所述的通气孔存在转角，转角的两个出口分别开在凸模的底面和侧面。

S2：凸模与凹模压紧坯料压边部分，由压机对坯料压边部分施加压边力。

所述的凹模压边部分设有封闭的一圈凹槽，压边力施加后使得部分坯料被挤入凹槽内，从而起到密封作用，在压机的压边力作用下以及坯料少部分流入凹槽，凸模与坯料、凹模与坯料之间构成了两个密闭的空间。

S3：打开脉冲电源，利用电流的焦耳热效应使坯料自身产生热量升温至超塑成形所需温度，利用连在坯料边缘的热电偶实时监控坯料温度并调节电流参数，维持坯料的成形温度。

S4：保温2分钟后，打开气瓶的放气阀，惰性气体从气瓶经通气管、通气孔进入凸模与坯料之间的空间中，单位体积空间内惰性气体的摩尔量不断增加使得气压增大，坯料在此气压作用下均匀变形并不断向凹模靠近，直至完全贴模。

所述的惰性气体的气压-时间曲线由数值模拟结果给出，具体为5分钟升至1MPa，13分钟升至2MPa，