本发明属于铝合金热处理及热成形领域，更具体地，涉及一种提高铝合金热成形效率及成形性的方法。
背景技术：
近年来，为了满足安全性和节能减排(减重)的需要，高性能金属板料(如高强钢和铝合金等)受到普遍的重视。在汽车行业发展至今，钢铁材料已经不再有过多的回旋余地，所以使用新的高强度铝、镁及其它轻合金材料代替原有钢铁材料已成为汽车行业中普遍关注的焦点。铝合金具有易加工、传导性强、比重小、比强度高、表面外观良好等特点，且铝合金相对钢材更容易回收。通过使用铝合金材料可以减轻汽车车身的重量，在汽车车身上使用铝合金材料可以减少车身重量30％～40％，进一步使用铝合金材料可以减重达50％。因此，铝合金是一种最理想的汽车轻量化材料。由于成形零件复杂度的提升，传统的冷冲压成形技术无法克服铝合金板料成形的回弹、尺寸精度和破裂等问题。热成形能利用较高温度下铝合金良好的塑性来生产复杂部件，并通过固溶淬火和时效强化等手段来实现高的强度并同时减少回弹，保证尺寸精度，避免破裂。
铝合金热成形不可或缺的步骤有成形、固溶淬火和时效。现有的技术中，一般多采用空气炉对铝合金进行加热，由于铝合金反光(吸收率低)，在这种情况下往往需要10-15分钟的加热时间才能使铝合金到达所需的固溶温度，然后经过一定的保温时间后进行冲压淬火等。一般情况下该过程要持续10-50分钟，极低的效率极大地限制了铝合金热成形的工业化。而人工时效过程中由于温度低，加热效率更低，该过程一般按小时来计算，这也限制了铝合金热成形的工业化大批量应用。除此之外，铝合金热成形过程中为了避免出现破裂和拉毛等问题，通常需要使用耐高温润滑剂，并且主要涂覆在模具上。
现有技术中有采用流化床加热炉加热铝合金，但其作用比较单一。加拿大的滑铁卢大学采用包含氮化硼的物质涂覆在高强钢补丁板上用来改善补丁板处加热速度慢的问题，尚未发现应用于铝合金中。含有氮化硼的物质作为高温润滑剂已经成功用于与相关的一些产业，但其主要涂覆于模具上实现润滑。石墨也是一种耐高温润滑剂，但如氮化硼一样，通常涂覆与模具上实现润滑，并且并没有用于铝合金上来缩短固溶时间。
专利文献CN101638761A公开了一种非等温工艺来实现铝合金加速固溶处理方法，该方法包括建立加工容器内的温度，该温度高于所述合金的均热温度但低于其液相线温度，在第一加热操作中快速加热所述合金至所述均热温度，降低所述加工容器内的所述温度至所述均热温度，然后在第二加热操作中通过逐渐提高温度来加热所述合金至超过所述均热温度的温度。这种方法可可以使铝合金的固溶时间在三分钟内完成，但是需要根据专利提供的计算方法来制定工艺，比较麻烦，此外，该方法还需要两个加热装置，能量利用率低。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种提高铝合金热成形效率及成形性的方法，该方法利用涂覆涂料后铝合金坯料表面对加热炉辐射吸收的吸收率大大增加而提升铝合金的加热效率的原理提升铝合金坯料的固溶速度和人工时效速度，缩短了利用加热炉对铝合金固溶处理和人工时效处理的时间，提升了加热效率，节约了能量，从而降低生产成本，提升生产效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种提高铝合金热成形效率及成形性的方法，该方法包括如下步骤：
(1)在铝合金坯料表面涂覆具有高吸收率且具有润滑作用的涂料；
(2)将所述铝合金坯料置于设定特定加热温度的第一加热炉中加热并保温；
(3)将所述铝合金坯料从第一加热炉中取出后转移至成形模具上；
(4)所述成形模具在压力机的带动下闭合使所述铝合金坯料成形并保压冷却；
(5)将成形冷却后的零件置于设定特定加热温度的第二加热炉中加热并保温，进行人工时效后取出，即可得到成形后铝合金零件。
优选地，步骤(1)中所述铝合金坯料为可热处理强化的铝合金板材或管材。
优选地，步骤(1)中所述涂料的吸收率为0.3-0.8。
优选地，步骤(2)中所述第一加热炉的特定加热温度范围为400-600℃。
优选地，步骤(2)中所述保温时间为1-10min。
优选地，步骤(2)中所述转移时间为1-10s。
优选地，步骤(4)中所述冷却时间为3-15s。
优选地，步骤(4)中所述保温时间为10-60min。
优选地，步骤(4)中所述铝合金坯料与模具之间的摩擦系数低于0.3。
优选地，步骤(5)中所述第二加热炉的特定加热温度范围为100-300℃。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明利用涂覆涂料后铝合金坯料表面对加热炉辐射吸收的吸收率大大增加而提升铝合金的加热效率的原理提升铝合金坯料的固溶速度和人工时效速度，缩短了利用加热炉对铝合金固溶处理和人工时效处理的时间，提升了加热效率，节约了能量，从而降低生产成本，提升生产效率。
(2)本发明利用涂料在成形过程中大大降低坯料与模具之间的摩擦力而提升成形性，解决或消除了零件出现开裂和拉毛的问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供一种提高铝合金热成形效率及成形性的方法，包括如下步骤：
(1)在铝合金坯料表面涂覆具有高吸收率且具有润滑作用的涂料。其中高吸收率且具有润滑作用的涂料的吸收率为0.3-0.8(随温度的变化而变化)，耐高温范围为300-600℃，摩擦系数低于0.3，例如选用氮化硼、石墨等，选用具有上述性能的材料作为涂料，可以在加热过程中增加对辐射的吸收而加快加热速度，使得铝合金在第一加热炉中加速固溶，在第二加热炉中加速人工时效。所述的铝合金坯料包括可热处理强化的铝合金板材或管材，如6061和7075等。
(2)将坯料置于设定特定加热温度的第一加热炉中加热并保温1-10min，加热过程中由于涂料的存在会比不涂涂料时加热速度快而使铝合金更快地完成固溶。其中，该特定加热温度范围为400-600℃，这是大部分可热处理强化铝合金的固溶温度范围。
(3)将坯料从加热炉中取出后在1-10s内快速转移至成形模具上，避免转移时间过长使得铝合金温度下降过多影响淬火后铝合金内溶质原子和空位的过饱和度而降低人工时效后的力学性能。
(4)所述成形模具在压力机的带动下闭合使坯料成形并保压冷却3-15s，使得铝合金坯料在成形的同时快速冷却到所需温度，使得溶质原子和空位来不及变化而形成溶质原子和空位的过饱和，为后续人工时效形成沉淀强化做铺垫。
(5)将成形冷却后的零件置于设定特定加热温度的第二加热炉中加热并保温10-60min进行人工时效后取出。该特定加热温度范围为100-300℃，这是大部分可热处理强化铝合金的人工时效温度范围。
以下是本发明一种提高铝合金热成形效率及成形性的方法的优选实施例，其包括如下步骤：
步骤(1)：在该铝合金板料表面涂覆上厚度约为50μm的氮化硼涂料(主要成分为氮化硼)，其中该涂料的吸收率在0.6-0.8(随温度的变化而变化)，在氧化氛围中的工作温度上限为1200℃，摩擦系数约为0.2。作为对比，另一块坯料未涂覆涂层。
步骤(2)：将上述坯料置于设定温度为560℃的第一加热炉中加热并保温5min。
步骤(3)：将坯料从加热炉中取出后在10s内快速转移至成形模具上。
步骤(4)：所述成形模具在压力机的带动下闭合使坯料成形并保压冷却10s。
步骤(5)：将成形冷却后的零件置于设定温度为200℃的第二加热炉中加热并保温15min进行人工时效后取出。
最终采用测得的力学性能指标为：供货的T6态硬度为112.3HV10，涂覆涂料的零件硬度为123.6HV10，属于比较稳定的T6状态，力学性能已经达到使用要求，未涂覆涂料的零件的硬度为100.9HV10，力学性能低于稳定的T6态，需要再处理后才能应用于实际生产生活中；同时涂覆涂料的零件在成形过程中由于得到了很好的润滑而没有出现开裂和拉毛问题，而未涂覆涂料的零件在成形过程中出现撕裂和拉毛。
在本发明的技术方案中，实施例中给出了效果较优涂料的吸收率，但本发明并不限于上述实施例中给出涂料的吸收率，所述涂料的吸收率为0.3-0.8，可以取实施例中的0.6-0.8，还可以取0.3-0.5、0.4-0.6、0.5-0.7等，具体涂料的吸收率根据实际需要确定。