一种高强铝合金管件固溶处理与颗粒介质冷成形方法
【专利摘要】一种高强铝合金管件固溶处理与颗粒介质冷成形的方法，其主要通过固溶处理—颗粒介质压力成形—人工时效的工艺流程来实现高强铝合金挤压管材室温下复杂零件的成形。本发明工艺控制简便，投入成本低廉，产品设计灵活，能耗低、生产效率高、目标工件尺寸精确且具有较高的使用强度和稳定性。管坯经过固溶处理后，强度、硬度降低，塑性显著提高，室温下即可成形复杂形状零件，且对设备的承载能力需求较低。成形后管件的强度较低，而对其进行人工时效可使管件的强度重新回升至初始状态，增加目标管件的使用寿命。固体颗粒介质化学性质稳定，绿色环保无污染，可循环利用，具有内压不均匀分布的特性，在提高管坯塑性加工能力的同时保证成形管件的使用强度。
【专利说明】
一种高强铝合金管件固溶处理与颗粒介质冷成形方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种固溶处理与颗粒介质冷胀成形的方法。【背景技术】
[0002]随着科技水平的不断发展，在航空航天、汽车工业和石油化工等技术领域不断要求零构件的轻量化、高强化与功能高效化。高强铝合金管状构件所具有的整体化、薄壳和空心变截面等轻体结构特征正适应了科技发展的需求。同时，关键构件往往应用于极端苛刻的环境，由于高强铝合金材料表现的密度低、高强度、高硬度、耐热、耐磨、耐蚀等优质特性， 现已成为关键构件的首选材料。高强错合金材料主要包括6xxx错合金和7xxx错合金材料， 且这两种系列铝合金均为可热处理强化铝合金材料。而由这种材料制成的挤压管坯大多室温变形能力极差，延伸率一般都小于10%，常温条件下用传统的成形工艺难以成形复杂截面形状的零件，这极大地限制了其应用范围。目前，高强铝合金管状构件成形的工艺方法主要是采用液体、气体作为传压介质的热态内高压成形技术，中温区间对挤压管坯塑性加工能力的提高极不明显，而高温下虽然可以改善挤压管材的成形性能，但是当成形温度高于材料再结晶温度时会造成内部微观组织损伤，使成形后管件的强度降低；同时该工艺需要配备提供高温高压液体、气体的专用增压、传输和控制系统，提高了加工成本及控制难度。 由于增压和传输系统中高压阀、密封、管路、以及传压介质本身耐热性能的限制，使其难以应用于较高的成形温度区间。同时，昂贵的外部专用增压设备和控制系统也限制了该工艺的广泛应用。因此，亟需发展高强铝合金管件冷胀成形技术来解决这一问题。高强铝合金挤压管坯经过固溶处理后成形极限提高，变形抗力降低，塑性变形能力显著增强。经固溶处理后的高强铝合金挤压管坯可在较小的压力下通过颗粒介质冷态内高压成形工艺成形复杂形状零件，降低了其对设备的需求。此时成形管件的强度较低，稳定性较差，通过人工时效可以弥补这一缺陷。人工时效可使合金内的强化相弥散析出，在加工硬化和析出硬化的双重作用下使管件强度、硬度重新恢复至初始状态。综上所述，通过固溶处理一颗粒介质冷态内高压成形一时效处理的工艺流程可简单有效的实现高强铝合金挤压管材冷胀成形。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种操作简单、控制简便、节能环保、一次成形的高强可热处理强化铝合金挤压管坯颗粒介质冷胀成形方法。
[0004]本发明主要是采用固体颗粒代替液体或气体作为传压介质，通过压力设备直接给颗粒介质加载，载荷经介质传递至管坯内壁形成胀形内压，管坯在介质压力的作用下变形， 从而得到所需管状构件形状。
[0005]本发明的高强铝合金管件固体颗粒介质冷胀成形方法如下:
[0006](1)首先将铝合金挤压管材切割制成管坯，并放入箱式加热炉中进行固溶处理，加热温度一般为470°C?570°C，保温时间为0.5h?2h，处理结束后水淬，转移时间小于5s，水温为25°C，为避免自然时效的影响，处理后的管坯需在-20°C?0°C储存，固溶处理准确的加热温度和保温时间根据铝合金材质确定；
[0007](2)将固溶处理后的管坯，在常温状态下进行颗粒介质内高压胀形，管坯外壁包裹聚四氟乙烯进行润滑，将管坯放入模具中，填装颗粒介质，介质的装填体积由管件的胀形腔体体积和颗粒介质体积压缩等参数共同确定，模具闭合，将压头和压盖移动至设定位置，给压头加载，通过介质传递至管坯内壁形成胀形内压；给压盖加载，实现管件胀形的轴端补给;压头加载(胀形内压)和压盖加载(轴端补给)的匹配关系，即加载方式，需根据目标管件的材料性能、厚度、几何形状等参数共同确定，压头加载和压盖加载可根据现有压力设备情况按照位移或压力设定和控制，在胀形内压和轴端补给的共同作用下迫使管坯变形与凹模型腔贴合，得到目标管件；
[0008](3)管件胀形后，将其再次放入箱式加热炉中进行人工时效处理，时效温度为160 °(:?200°(:，保温时间为611?1011，处理后空冷，人工时效处理准确的加热温度和保温时间根据铝合金材质确定，确定依据是使合金的强度和硬度等材料性能恢复至固溶处理前的初始状态。
[0009]模具主要包括压头、减力柱、压盖、上模、型腔、下模、模具壳体和底座，在底座的上部设有模具壳体，在模具壳体内部依次设有下模、型腔和上模，减力柱放置在管坯内部，压头、和压盖置于模具壳体内部。
[0010]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0011]1、工艺控制简便，投入成本低廉，产品设计灵活，有望为大口径、薄壁高强铝合金管状构件冷态成形提供高效、精确、便捷的新技术手段。
[0012]2、传统温热成形技术能耗高、生产效率低且目标工件强度不高。本工艺可使高强铝合金挤压管材在常温下成形复杂零件，能耗低、生产效率高、目标工件尺寸精确且具有较高的使用强度和稳定性。
[0013]3、原始管材强度高，塑性极差。管坯经过固溶处理后，强度、硬度降低，塑性显著提高，室温下即可成形复杂形状零件，且对设备的承载能力需求较低。成形后管件的强度较低，而对其进行人工时效可使管件的强度重新回升至初始状态，显著增加了目标管件的使用寿命。
[0014]4、固体颗粒介质化学性质稳定，绿色环保无污染，可以循环利用，与液体、气体等其他传压介质相比，具有内压不均匀分布的特性，可以克服其密封和加载难题。[〇〇15]5、本发明成形的高强铝合金管状构件是热处理工艺和加工技术柔性化的完美结合，既提高管坯塑性加工能力又保证成形管件的使用强度，适用于航空航天、汽车工业和石油化工等高技术领域在极端条件下使用的铝合金异型管件、连接头、空心轴等复杂管材构件的成形。【附图说明】
[0016]图1为本发明管材固体颗粒介质冷胀成形工艺流程图；
[0017]图2为本发明管材固体颗粒介质冷胀成形实验模具剖视图；[〇〇18]图3为AA6061挤压管材原始管坯未经过固溶处理时胀形管件；
[0019]图4为AA6061挤压管坯经过固溶处理(Ts = 560°C，ts = 2h)后胀形管件；
[0020]图5为AA7075挤压管坯经过固溶处理(Ts = 470 °C，ts = 1.5h)后胀形管件。【具体实施方式】
[0021]模具主要包括压头1、减力柱2、压盖3、上模4、型腔6、下模7、模具壳体5和底座8,在底座的上部设有模具壳体，在模具壳体内部依次设有下模、型腔和上模，减力柱放置在管坯内部，压头、和压盖置于模具壳体内部。如图2所示。[〇〇22] 实施例1:
[0023]本发明的高强铝合金管件固体颗粒介质冷胀成形方法如下，如图1所示:[〇〇24](1)首先将AA6061挤压管材切割制成管坯，如图3所示，并放入箱式加热炉中进行固溶处理，加热温度一般为560°C，保温时间为2h，处理结束后水淬，转移时间4s，水温为25 °C，为避免自然时效的影响，处理后的管坯需在-10°C低温条件下储存，如图4所示；
[0025](2)将固溶处理后的管坯，在常温状态下进行颗粒介质内高压胀形，管坯外壁包裹聚四氟乙烯进行润滑，将管坯放入模具中，填装颗粒介质，模具装置中的压头、压盖闭合直至接触管材和颗粒介质，设定加载路线，在胀形内压和轴端补给的共同作用下迫使管坯变形与凹模型腔贴合，得到AA6061管状构件；[〇〇26](3)管件胀形后，将其再次放入箱式加热炉中进行人工时效处理，时效温度为180°C，保温时间为6h，处理后空冷。[〇〇27] 实施例2:
[0028]本发明的高强铝合金管件固体颗粒介质冷胀成形方法如下，如图1所示:[〇〇29](1)首先将AA7075挤压管材切割制成管坯，并放入箱式加热炉中进行固溶处理，加热温度一般为470°C，保温时间为1.5h，处理结束后水淬，转移时间3s，，水温为25°C，为避免自然时效的影响，处理后的管坯需在_15°C低温条件下储存，，如图5所示；
[0030](2)将固溶处理后的管坯，在常温状态下进行颗粒介质内高压胀形，管坯外壁包裹聚四氟乙烯进行润滑，将管坯放入模具中，填装颗粒介质，模具装置中的压头、压盖闭合直至接触管材和颗粒介质，设定加载路线，在胀形内压和轴端补给的共同作用下迫使管坯变形与凹模型腔贴合，得到AA7075管状构件；[〇〇31](3)管件胀形后，将其再次放入箱式加热炉中进行人工时效处理，时效温度为160°C，保温时间为7h，处理后空冷。
【主权项】
1.一种高强铝合金管件固溶处理与颗粒介质冷成形方法，其特征在于:具体过程如下:(1)首先将铝合金挤压管材切割制成管坯，并放入箱式加热炉中进行固溶处理，加热温 度一般为470 °C?570 °C，保温时间为0.5h?2h，处理结束后水淬，转移时间小于5s，水温为 25°C，为避免自然时效的影响，处理后的管坯需在-20°C?0°C储存，固溶处理准确的加热温 度和保温时间根据铝合金材质确定；(2)将固溶处理后的管坯，在常温状态下进行颗粒介质内高压胀形，管坯外壁包裹聚四 氟乙烯进行润滑，将管坯放入模具中，填装颗粒介质，模具闭合，将压头和压盖移动至设定 位置，给压头加载，通过介质传递至管坯内壁形成胀形内压;给压盖加载，实现管件胀形的 轴端补给;在胀形内压和轴端补给的共同作用下迫使管坯变形与凹模型腔贴合，得到目标 管件；(3)管件胀形后，将其再次放入箱式加热炉中进行人工时效处理，时效温度为160°C? 200°C，保温时间为6h?10h，处理后空冷，人工时效处理准确的加热温度和保温时间根据铝 合金材质确定，确定依据是使合金的强度和硬度等材料性能恢复至固溶处理前的初始状〇
【文档编号】B21D26/033GK105964722SQ201610303871
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】董国疆, 赵长财, 毕江
【申请人】燕山大学