本發(fā)明涉及高強鋁合金板材構(gòu)件
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種高強鋁合金板材構(gòu)件固溶后預(yù)時效成形及烘烤硬化方法。
背景技術(shù)：
：高強鋁合金材料具有密度低，比強度高，耐熱、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)質(zhì)特性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)和石油化工等領(lǐng)域。高強鋁合金材料主要包括6xxx鋁合金和7xxx鋁合金材料，且這兩種系列鋁合金均為可熱處理強化鋁合金材料。由于高強鋁合金室溫變形能力較差，延伸率一般都小于10％，傳統(tǒng)的剛性模具沖壓成形方法無法成形復(fù)雜形狀零件，且成形結(jié)束時易產(chǎn)生較大的回彈，造成零件平直度和尺寸精度較差，極大地限制了其應(yīng)用范圍。近年來發(fā)展了溫熱成形技術(shù)，大大提高了高強鋁合金的成形能力，雖然隨著成形溫度的升高，鋁合金材料的成形性能顯著提高，但高溫條件成形鋁合金構(gòu)件會使其微觀組織發(fā)生改變，造成成形零件的強度和硬度降低，不能滿足工業(yè)應(yīng)用的使用要求，降低成形零件的使用壽命。常規(guī)的提高零件強度和硬度的方法是通過對成形后的零件進行熱處理以使零件的力學性能得到強化，如固溶處理+人工時效處理，但由于人工時效的時間較長，處理后得到零件尺寸仍然容易發(fā)生變化，進而影響零件尺寸精度。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種高強鋁合金板材構(gòu)件的制備方法，本發(fā)明提供的制備方法具有工藝簡單、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，所得高強鋁合金板材構(gòu)件的尺寸精確，同時具有較高的強度和硬度。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了高強鋁合金板材構(gòu)件的制備方法，包括以下步驟：(一)將高強鋁合金板材進行固溶處理，所述固溶處理包括保溫過程和淬火處理；(二)將所述步驟(一)經(jīng)固溶處理后的高強鋁合金板材以固體顆粒為傳壓介質(zhì)進行預(yù)時效成形，得到高強鋁合金構(gòu)件半成品；(三)將所述步驟(二)預(yù)時效成形后得到的高強鋁合金構(gòu)件半成品進行烘烤處理，得到高強鋁合金構(gòu)件成品。優(yōu)選的，所述保溫過程的溫度為470～570℃。優(yōu)選的，所述保溫過程的保溫時間為30～150min。優(yōu)選的，保溫過程后進行淬火處理的轉(zhuǎn)移時間小于5s。優(yōu)選的，所述淬火處理為水淬。優(yōu)選的，所述淬火處理的溫度為10～60℃。優(yōu)選的，所述固體顆粒為氧化鋯陶瓷球。優(yōu)選的，所述氧化鋯陶瓷球的直徑為0.3～2.0mm，抗彎強度為1000～1300MPa，斷裂韌性范圍為14～16MPa，硬度不小于90～130HRA。進一步優(yōu)選的，所述氧化鋯陶瓷球的直徑為0.5～0.8mm。優(yōu)選的，所述預(yù)時效成形的溫度為150～240℃。優(yōu)選的，所述預(yù)時效成形的保溫時間優(yōu)選0.5～3min。優(yōu)選的，所述烘烤處理的溫度優(yōu)選170～200℃。優(yōu)選的，所述烘烤處理的時間優(yōu)選20～40min。本發(fā)明提供了一種高強鋁合金板材構(gòu)件的制備方法，先將高強鋁合金材料進行固溶處理，固溶處理包括保溫過程和淬火處理；將固溶處理后的高強鋁合金板材以固體顆粒為傳壓介質(zhì)進行預(yù)時效成形，得到高強鋁合金板材構(gòu)件半成品；然后對高強鋁合金板材構(gòu)件半成品進行烘烤處理，得到高強鋁合金板材構(gòu)件成品。本發(fā)明將高強鋁合金板材的固體顆粒壓力溫成形與預(yù)時效處理相結(jié)合，形成了固溶處理、預(yù)時效成形(固體顆粒壓力成形+預(yù)時效處理)、烘烤處理的高強鋁合金板材構(gòu)件制備工藝鏈，提高了生產(chǎn)效率，有效抑制了零件的回彈，確保了產(chǎn)品的尺寸精度，且固體顆?？芍貜?fù)使用，且具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢；而對預(yù)時效成形后的半成品進行烘烤處理，有效提高了高強鋁合金板材構(gòu)件的強度和硬度，延長零件的使用壽命。由本發(fā)明實施例的結(jié)果可知，本發(fā)明所提供的的方法成形效果好，尺寸精確，回彈較小，實施例以AA6061型和AA7075型高強鋁合金板材為母材采用上述工藝制備了高強鋁合金板材構(gòu)件，AA6061型高強鋁合金板材的原始屈服強度為288MPa，硬度為110HV，采用本發(fā)明所提供的制備方法得到的高強鋁合金構(gòu)件的屈服強度為279MPa左右，硬度為101HV左右，而AA7075型高強鋁合金板材的原始屈服強度為458MPa，硬度為155HV左右，采用本發(fā)明所提供的制備方法得到的高強鋁合金構(gòu)件的屈服強度為441MPa左右，硬度為146HV左右，構(gòu)件的強度,和硬度接近母材的原始強度和硬度，應(yīng)用范圍廣。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例提供的高強鋁合金板材構(gòu)件制備工藝流程示意圖；圖2為本發(fā)明實施例1所得高強鋁合金板材構(gòu)件；圖3為本發(fā)明實施例2所得高強鋁合金板材構(gòu)件；圖4為本發(fā)明實施例3所得高強鋁合金板材構(gòu)件；圖5為本發(fā)明實施例4所得高強鋁合金板材構(gòu)件；圖6為對比例所得高強鋁合金板材構(gòu)件。具體實施方式本發(fā)明提供了一種高強鋁合金構(gòu)件的制備方法，包括如下步驟：(一)將高強鋁合金板材進行固溶處理，所述固溶處理包括保溫過程和淬火處理；(二)將所述步驟(一)經(jīng)固溶處理后的高強鋁合金板材以固體顆粒為傳壓介質(zhì)進行預(yù)時效成形，得到高強鋁合金構(gòu)件半成品；(三)將所述步驟(二)預(yù)時效成形后得到的高強鋁合金構(gòu)件半成品進行烘烤處理，得到高強鋁合金構(gòu)件成品。本發(fā)明首先將高強鋁合金板材進行固溶處理，固溶處理包括保溫過程和淬火處理。本發(fā)明對所述高強鋁合金板材的種類和來源沒有特殊要求，主要針對6系列、7系列高強鋁合金板材，在本發(fā)明實施例中所述高強鋁合金材料具體為AA6061、AA7075。本發(fā)明主要針對厚度4.5mm以下的薄板，在本發(fā)明實施例中所使用的高強鋁合金板材為1.0mm。在本發(fā)明中，所述保溫過程的溫度優(yōu)選為470～570℃，當高強鋁合金板材為6xxx鋁合金時更優(yōu)選510～560℃，當高強鋁合金板材為7xxx鋁合金時優(yōu)選470～500℃；所述保溫過程的保溫時間優(yōu)選為30～150min，更優(yōu)選60～130min，最優(yōu)選為90～110min。在本發(fā)明中，所述高強鋁合金板材經(jīng)保溫過程后進行淬火處理，保溫過程后進行淬火處理的轉(zhuǎn)移時間優(yōu)選小于5s，優(yōu)選0～3s。所述淬火處理優(yōu)選水淬。所述淬火處理的溫度優(yōu)選為10～60℃，更優(yōu)選20～50℃，最優(yōu)選為25～30℃。在本發(fā)明中，所述固溶處理完成后，將得到的高強鋁合金板材進行預(yù)時效成形處理。本發(fā)明對淬火處理后進行預(yù)時效成形處理的時間間隔沒有特殊要求，優(yōu)選在淬火處理完成后1h以內(nèi)進行預(yù)時效成形處理，本發(fā)明實施例中淬火處理后直接進行預(yù)時效成形工藝。所述預(yù)時效成形步驟是以固體顆粒為傳壓介質(zhì)進行的，壓力成形和預(yù)時效處理合二為一，即板材構(gòu)件成形后立即進行預(yù)時效處理，優(yōu)選具體為：以固體顆粒為傳壓介質(zhì)，將淬火處理后得到的高強鋁合金板材進行壓力成形，成形后保溫保壓，進行預(yù)時效處理。本發(fā)明采用固體顆粒壓力成形和預(yù)時效處理合二為一的工藝，在使用固體顆粒壓力成形后，保持構(gòu)件成形終了的壓力狀態(tài)，保溫進行預(yù)時效以穩(wěn)固板材組織，這一保壓保溫的過程能夠使板坯與與模具的貼合更加充分，成形尺寸更加精確，同時能夠釋放加工殘余應(yīng)力和硬化效應(yīng)，有效的抑制回彈，另外，還提高了生產(chǎn)效率，降低了加工成本。本發(fā)明中，所述固體顆粒優(yōu)選氧化鋯陶瓷球，氧化鋯陶瓷球具有較高的強度和韌性，以氧化鋯陶瓷球的作為傳壓介質(zhì)可使高強鋁合金材料與凹模表面緊密貼合，強化零件表面，提高二者之間的熱交換效率，且氧化鋯陶瓷球的導(dǎo)熱性差，進一步減少了成形過程中能量消耗。本發(fā)明中，所述氧化鋯陶瓷球的直徑優(yōu)選為0.3～2.0mm，更優(yōu)選為0.5～0.8mm；所述氧化鋯陶瓷球的抗彎強度為1000～1300MPa，斷裂韌性為14～16MPa，硬度為90～130HRA。在本發(fā)明中，所述預(yù)時效成形的溫度優(yōu)選為150～240℃，更優(yōu)選160～200℃。本發(fā)明中，所述預(yù)時效成形的保溫時間優(yōu)選為0.5～3min，更優(yōu)選1～2min。本發(fā)明對預(yù)時效成形中所用的成形方法沒有特殊要求，常規(guī)的壓力成形均可，壓力大小優(yōu)選30～50MPa。在本發(fā)明實施例中預(yù)時效成形的過程具體為，先向模具的料筒內(nèi)填入固體顆粒，料筒設(shè)置在模具的下模內(nèi)，將淬火處理后的板材放在模具的下模上，下模位于凹模下，閉合模具，通過壓頭施加壓力，固體顆粒作為傳壓介質(zhì)進行壓力成形，成形后保溫進行預(yù)時效，完成預(yù)時效成形。所述預(yù)時效成形后，本發(fā)明優(yōu)選將得到的產(chǎn)品自然冷卻至室溫，得到高強鋁合金板材構(gòu)件半成品。在本發(fā)明中，所述預(yù)時效成形后，將得到的構(gòu)件半成品進行烘烤處理，得到高強鋁合金構(gòu)件成品。本發(fā)明對構(gòu)件從預(yù)時效成形至烘烤處理的間隔時間沒有特殊要求，預(yù)時效成形后可不必立刻進行烘烤處理，間隔時間對構(gòu)件的性能影響較小，即自然時效不會顯著影響構(gòu)件的性能，在本發(fā)明實施例中預(yù)時效成形后室溫放置7天后進行烘烤處理，所得高強鋁合金構(gòu)件尺寸精度較高，且具有優(yōu)異的強度和硬度，其強度和硬度接近原始母材的強度和硬度。此外，在烘烤處理前可根據(jù)需求對高強鋁合金構(gòu)件半成品進行焊接、裝配或噴漆等工藝。在本發(fā)明中，所述的烘烤處理溫度優(yōu)選170～200℃，更優(yōu)選180～190℃；所述烘烤處理的時間優(yōu)選為20～40min，更優(yōu)選30～35min。本發(fā)明實施例中的具體工藝流程如圖1所示，首先對高強鋁合金板材進行固溶處理，即將高強鋁合金板材放入加熱爐保溫，保溫過程結(jié)束后進行淬火處理；向模具下模的料筒中填入固體顆粒，再將淬火處理后的板材轉(zhuǎn)移至下模上，上模為凹模，凹模的形狀可以是任意形狀，圖1所示形狀僅為示意形狀，模具的溫度為預(yù)時效成形的溫度，閉合模具，如圖1所示，通過壓頭施加載荷，以固體顆粒為傳壓介質(zhì)對板材進行壓力成形，成形后保壓保溫進行預(yù)時效處理，完成預(yù)時效成形工藝；取出預(yù)時效成形的構(gòu)件，自然冷卻至室溫得到高強鋁合金板材構(gòu)件半成品；最后對半成品進行烘烤處理，得到最終的成品零件。本發(fā)明將預(yù)時效工藝和成形工藝合二為一，提高了生產(chǎn)效率，并采用固體顆粒進行壓力成形，有效抑制了零件的回彈，確保了產(chǎn)品的尺寸精度，同時抑制了構(gòu)件半成品在放置、運輸和裝配過程中自然時效的影響，保證烘烤處理后具有較高的使用強度，且具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢；對成形后的零件進行烘烤處理，有效提高了高強鋁合金構(gòu)件的強度和硬度，延長了零件的使用壽命。下面將結(jié)合本發(fā)明中的實施例，對本發(fā)明提供的高強鋁合金構(gòu)件的制備方法進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例1選用AA6061高強鋁合金板材，將板材放入加熱爐，加熱爐的溫度為550℃，保溫時間60min，保溫后水淬，保溫后進行淬火處理的轉(zhuǎn)移時間為3s，淬火溫度20℃。將氧化鋯陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化鋯陶瓷球的粒徑為0.5～0.8mm，抗彎強度為1000～1300MPa，斷裂韌性為14～16MPa，硬度為90～130HRA；再將淬火處理后的板材放置在模具的下模上，模具溫度為150℃，閉合模具后，通過壓頭施加壓力進行成形，壓力為30MPa，成形后保壓保溫3min進行預(yù)時效處理，預(yù)時效結(jié)束后取出成形構(gòu)件，自然冷卻得到高強鋁合金構(gòu)件半成品；室溫放置7天，然后對半成品進行烘烤處理，烘烤處理的溫度190℃，時間為20min，得到最終成品。圖2為本實施例所得成品，根據(jù)圖2可知，本實施例所得成品表面質(zhì)量好，成形尺寸精度高。按照國家標準GBT228-2002對本實施例所采取工藝處理后的單向拉伸試樣的屈服強度進行測試，測得按照本實施例所述的工藝除去成形的步驟得到的板材的屈服強度為279MPa，接近原始板材屈服強度(288MPa)。按照國家標準GB4342-84對圖2中所示各點進行顯微硬度測量，如表1所示，板材的原始硬度為110HV，由表1可知，本實施例所得成品的的硬度值均保持在101HV左右，接近板材的原始硬度。表1本實施例所得成品不同測量點硬度測量點12345硬度值(HV)10310510199101實施例2選用AA6061高強鋁合金板材，將板材放入加熱爐，加熱爐的溫度為560℃，保溫時間120min，保溫后水淬，保溫結(jié)束后立即進行淬火處理，淬火溫度25℃。將氧化鋯陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化鋯陶瓷球的粒徑為1.0～1.6mm，抗彎強度為1000～1300MPa，斷裂韌性為14～16MPa，硬度為90～130HRA；再將淬火處理后的板材放置在模具的下模上，模具溫度為200℃，閉合模具后，通過壓頭施加壓力進行成形，壓力為40MPa，成形后保壓保溫1min進行預(yù)時效處理，預(yù)時效結(jié)束后取出成形構(gòu)件，自然冷卻得到高強鋁合金構(gòu)件半成品；室溫放置7天，然后對半成品進行烘烤處理，烘烤處理的溫度180℃，時間為30min，得到最終成品。圖3為本實施例所得成品，由圖3可知本實施例所得成品表面質(zhì)量好，成形精度較高。按照國家標準GBT228-2002對本實施例所采取工藝處理后的單向拉伸試樣的屈服強度進行測試，測得按照本實施例所述的工藝除去成形的步驟得到的板材的屈服強度為275MPa，接近原始板材屈服強度(288MPa)。按照國家標準GB4342-84對圖3中所示各點進行顯微硬度測量，如表2所示，板材的原始硬度為110HV，由表2可知，本實施例所得成品的的硬度值均保持在100HV以上，接近板材的原始硬度。表2本實施例所得成品不同測量點硬度測量點12345硬度值(HV)100101101103101實施例3選用AA7075高強鋁合金板材，將板材放入加熱爐，加熱爐的溫度為470℃，保溫時間90min，保溫后水淬，保溫后進行淬火處理的轉(zhuǎn)移時間為4s，淬火溫度30℃。將氧化鋯陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化鋯陶瓷球的粒徑為1.6～2.0mm，抗彎強度為1000～1300MPa，斷裂韌性為14～16MPa，硬度為90～130HRA；再將淬火處理后的板材放置在模具的下模上，模具溫度為160℃，閉合模具后，通過壓頭施加壓力進行成形，壓力為35MPa，成形后保壓保溫1.5min進行預(yù)時效處理，預(yù)時效結(jié)束后取出成形構(gòu)件，自然冷卻得到高強鋁合金構(gòu)件半成品；室溫放置7天，然后對半成品進行烘烤處理，烘烤處理的溫度170℃，時間為30min，得到最終成品。圖4為本實施例所得成品，由圖4可知本實施例所得成品表面質(zhì)量好，成形精度較高。按照國家標準GBT228-2002對本實施例所采取工藝處理后的單向拉伸試樣的屈服強度進行測試，測得按照本實施例所述的工藝除去成形的步驟得到的板材的屈服強度為441MPa，接近原始板材屈服強度(455MPa)。按照國家標準GB4342-84對圖5中所示各點進行顯微硬度測量，如表4所示，板材的原始硬度為155HV，由表3可知，本實施例所得成品的的硬度值均保持在141HV以上，接近板材的原始硬度。表3本實施例所得成品不同測量點硬度測量點12345硬度值(HV)149144148145146實施例4選用AA7075高強鋁合金板材，將板材放入加熱爐，加熱爐的溫度為480℃，保溫時間110min，保溫后水淬，保溫后進行淬火處理的轉(zhuǎn)移時間為2s，淬火溫度25℃。將氧化鋯陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化鋯陶瓷球的粒徑為0.3～0.6mm，抗彎強度為1000～1300MPa，斷裂韌性為14～16MPa，硬度為90～130HRA；再將淬火處理后的板材放置在模具的下模上，模具溫度為230℃，閉合模具后，通過壓頭施加壓力進行成形，壓力為45MPa，成形后保壓保溫2min進行預(yù)時效處理，預(yù)時效結(jié)束后取出成形構(gòu)件，自然冷卻得到高強鋁合金構(gòu)件半成品；室溫放置7天，然后對半成品進行烘烤處理，烘烤處理的溫度190℃，時間為20min，得到最終成品。圖5為本實施例所得成品，由圖5可知本實施例所得成品表面質(zhì)量好，成形精度較高。按照國家標準GBT228-2002對本實施例所采取工藝處理后的單向拉伸試樣的屈服強度進行測試，測得按照本實施例所述的工藝除去成形的步驟得到的板材的屈服強度為439MPa，接近原始板材屈服強度(455MPa)。按照國家標準GB4342-84對圖5中所示各點進行顯微硬度測量，如表4所示，板材的原始硬度為142HV，由表4可知，本實施例所得成品的的硬度值均保持在146HV左右，接近板材的原始硬度。表4本實施例所得成品不同測量點硬度測量點12345硬度值(HV)147148145144146對比例使用溫熱成形技術(shù)完成實施例2中的高強鋁合金板材構(gòu)件的成形，并對其進行人工時效處理，完成高強鋁合金板材構(gòu)件的制備，以此作為對比例。具體工藝為：選用AA6061高強鋁合金板材，將板材放入加熱爐，加熱時間560℃，保溫時間120min，保溫后水淬，保溫結(jié)束后立即進行淬火處理，淬火溫度25℃。將氧化鋯陶瓷球填入模具下模的料筒中，所用氧化鋯陶瓷球的粒徑為1.0～1.6mm，抗彎強度為1000～1300MPa，斷裂韌性為14～16MPa，硬度為90～130HRA；再將淬火處理后的板材放置在模具的下模上，模具溫度為200℃，閉合模具后，通過壓頭施加壓力進行成形，壓力為40MPa，成形后取出成形構(gòu)件，自然冷卻得到高強鋁合金構(gòu)件半成品；室溫放置7天，然后對半成品進行人工時效處理，人工時效處理的溫度180℃，保溫15h，得到最終成品。圖6為本對比例所得成品，由圖6可知，使用溫熱成形技術(shù)，然后進行人工時效處理，所得成品的表面質(zhì)量和成形性能均低于實施例2所得成品。按照國家標準GBT228-2002對本實施例所采取工藝處理后的單向拉伸試樣的屈服強度進行測試，測得按照本實施例所述的工藝除去成形的步驟得到的板材的屈服強度為275MPa。按照國家標準GB4342-84對圖6中所示各點進行顯微硬度測量，如表5所示，板材的原始硬度為110HV，由表5可知，本實施例所得成品的硬度值均在70HV左右，遠低于實施例2所得成品的硬度。表5本對比例所得成品不同測量點硬度測量點12345硬度值(HV)6870737573上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3