一种铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法与流程

本发明涉及金属成形技术领域，尤其涉及一种铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法。

背景技术：

铝合金具有高比强度、刚度和良好的耐腐蚀性能，大量运用于汽车和航空航天行业，但是铝合金存在室温塑性差和热处理时形状畸变问题。

英国帝国理工大学的林建国提出将铝合金热处理和热成形相结合的复合成形工艺，即热成形-淬火一体化新工艺(hfq)。该工艺成形过程是将完全固溶的铝合金快速转移到水冷模具上，快速合模成形，成形后保持合模状态以完成零件在模内淬火，最后将成形的零件进行时效处理，提高零件服役强度。该工艺适合成形复杂薄壁类零件，并且很好的解决了铝合金材料室温塑性差和热处理畸变问题，但是针对任意高筋复杂薄壁零件却较难成形，因为该工艺针对的板材成形问题主要还集中在板平面内，并不适合板体复合成形，所谓板体复合成形是指以板材为对象，并具有体积成形工艺中材料三维流动特征的一类成形工艺，所以材料在板平面法向方向也有很大的塑性变形。

公告号为107297407a的对比文件1公开了一种铝合金板材模压淬火复合成型方法及其一体化装置，将平板式压边圈进行加热，并在对凹模和凸模进行冷却；然后将铝合金板材在加热炉固溶热处理；再将固溶保温好的铝合金板材从加热炉中传送至压边圈上进行对中放置，确保板材在成型之前仍然在高温状态；然后进行合模，完成铝合金零件在合模状态下的冷却淬火过程，保证零件在淬火过程中形状不发生变化；再进行开模，铝合金零件与压边圈同步从凸模中脱开，取出成型件，快速移入按照节拍已经固溶保温好的铝合金板材，最后将铝合金零件进行强化处理，得到最终的铝合金零件。

但其阐述的是铝合金冲压成形工艺，面向铝合金板材面内成形，在厚度方向并没有很大变形，其利用固溶状态高温下铝合金塑性好的特点进行成形，但是仅利用高温下铝合金塑性好的特点并不足以实现铝合金板材大变形，并且一道次成形下会随着应变增大产生加工硬化导致成形受限。

综上所述，针对现有成形工艺所存在的问题，设计出一种能够实现任意高筋特征铝合金薄壁结构件板体复合-固溶淬火一体化热成形工艺，对于一体化成形薄壁、任意高筋特征的轻量化结构件十分必要，是实现装备零构件轻量化的主要技术途径。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法，包括以下步骤：

a、将铝合金板体在高温固溶阶段进行多道次板体复合成形；

b、在多道次板体复合成形结束后的铝合金板体放入水冷模具中进行快速淬火成形。

优选的，所述步骤a具体包括如下步骤：将铝合金板体放入热处理炉中，设置温度为500-550℃，升温速度为10℃/min，待温度稳定后，固溶保温时间30-60min，进行多道次固溶板体成形。

优选的，所述铝合金具体为2219铝合金，设置温度为535℃，升温速度为10℃/min，待温度稳定后，固溶保温时间40min，进行多道次固溶板体成形。

优选的，步骤a中所述多道次固溶板体成形操作具体包括：温度稳定后，进行第一道次板体成形，单道次压下量控制在0.5mm及以内；一道次结束后，间隔时间大于或等于2min，利用该段时间，铝合金发生静态回复和静态再结晶，可以消除上一道次的加工硬化，接着进行下一道次成形，依次循环直到完成设定的固溶保温时间，迅速取出铝合金板体，进行步骤b的操作。

本专利利用多道次累积变形来实现铝合金板材厚度方向的剧烈塑性变形，因此单道次压下量适宜控制在比较小的数值，由于一般铝合金板材厚度不会太大，而厚度方向变形对于板材来说更难，超过这个数值会出现破裂等问题。

优选的，步骤a中所述多道次固溶板体成形操作中单道次压下量为0.5mm；一道次结束后，间隔时间2min。

铝合金静态回复和静态再结晶和间隔时间是相关的，间隔时间越长越好，例如7150铝合金120s的间隔时间内，铝合金7150静态软化程度就达到88.69％。

优选的，步骤a中所述迅速取出铝合金板体的转移时间小于或等于20s，为了减少在转运过程中板材温度损失，时间过长则可能导致板材温度过低，达不到淬火的效果，放入水冷模具中进行最后一道次板体复合成形，由于模具通有冷却水，能够实现成形与淬火同时进行，消除零件在淬火后导致的热畸变问题。

优选的，所述步骤b之后还包括人工时效步骤，所述人工时效步骤具体包括将快速淬火成形的铝合金板体在175℃下处理18-36小时。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明通过两种方式实现铝合金高温板体复合成形工艺，对比传统的热成形-淬火一体化工艺，可以实现对于铝合金薄壁结构件任意高筋特征一体化成形的目标；本发明采用两种高温成形工艺路线，能够很好的解决铝合金高筋薄壁结构件难成形问题；本发明结构设计精炼，体积和占地面积较小，设备制造、运输、安装、调试等过程方便，制造维护成本较低；

(2)本专利主要针对铝合金板材的体成形，可以使铝合金板材在厚度方向上有剧烈变形；

(3)本专利虽然成形也是在固溶状态高温下，但是除了利用铝合金高温塑性好的特点，还加上间隔时间内的静态再结晶和静态回复，消除上一道次加工硬化，固溶温度下多道次成形与间隔时间内消除加工硬化，利用多道次累积变形够实现板材的剧烈塑性变形。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和有点将会变得更明显。

图1为本发明实施例1铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法中可用的板体成形模具示意图；

图2为本发明实施例1铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法中利用铅模拟高温铝合金成形的零件图；

图3本发明实施例1-3铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法中针对复杂高筋零件的成形工艺路线示意图；

图4本发明对比例1铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法中针对简单零件的成形工艺路线示意图。

具体实施方式

以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明：

下面将结合具体实施例进一步说明本发明。然而，它们是本申请的示例性实施方式，并且本发明不限于此。

本发明前期利用铅来模拟高温铝合金，并设计了板体成形模具进行了工艺探索，模具示意图如图1所示，该模具是为了板体复合成形带筋零件设计的，凹模设计有加强筋槽，并在凹模四周设置有挡块，限制材料面内流动，模拟材料选用的为铅板，铅在室温下就会发生再结晶，过去许多学者用铅来模拟高温下铝合金，因此前期探索我们也采用了7mm厚铅板，长宽都为70mm，成形后的零件如图2所示，成形筋高为20mm，交叉筋处高度为13mm，该工艺具有较大潜力。

实施例1

一种铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法，具体步骤如下：

如图3所示，为本发明针对复杂高筋零件设计的成形工艺路线，以铝合金2219为例阐述该工艺路线；

该工艺路线高筋薄腹类复杂零件，利用固溶阶段多道次板体成形+最后一道次淬火成形工艺，实现该类零件的成形，针对该种工艺，加热方式选择为感应加热；

首先通过感应加热将板料及模具加热到535℃，升温速度为10℃/min，待温度稳定后，进行第一道次板体成形，单道次压下量控制在0.5mm以内；

一道次结束后，间隔时间2min，在该段时间内，铝合金发生静态回复和静态再结晶，可以消除上一道次的加工硬化，接着进行下一道次成形，接下来进行多道次成形和间隔时间内的再结晶消除硬化；

当达到固溶时间40min后，迅速取出板料，转移时间小于20s，放入水冷模具中进行最后一道次板体复合成形，由于模具通有冷却水，能够实现成形与淬火同时进行，消除零件在淬火后导致的热畸变问题；

待零件冷却到室温后进行人工时效，在模具上进行或再重回热处理炉都可，时效温度为175℃，时间为27小时。

实施例2

一种铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法，具体步骤如下：

如图3所示，为本发明针对复杂高筋零件设计的成形工艺路线，以铝合金2219为例阐述该工艺路线；

该工艺路线高筋薄腹类复杂零件，利用固溶阶段多道次板体成形+最后一道次淬火成形工艺，实现该类零件的成形，针对该种工艺，加热方式选择为感应加热；

首先通过感应加热将板料及模具加热到500℃，升温速度为10℃/min，待温度稳定后，进行第一道次板体成形，单道次压下量控制在0.5mm以内；

一道次结束后，间隔时间2min，在该段时间内，铝合金发生静态回复和静态再结晶，可以消除上一道次的加工硬化，接着进行下一道次成形，接下来进行多道次成形和间隔时间内的再结晶消除硬化；

当达到固溶时间60min后，迅速取出板料，转移时间小于20s，放入水冷模具中进行最后一道次板体复合成形，由于模具通有冷却水，能够实现成形与淬火同时进行，消除零件在淬火后导致的热畸变问题；

待零件冷却到室温后进行人工时效，在模具上进行或再重回热处理炉都可，时效温度为175℃，时间为36小时。

实施例3

一种铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法，具体步骤如下：

如图3所示，为本发明针对复杂高筋零件设计的成形工艺路线，以铝合金2219为例阐述该工艺路线；

该工艺路线高筋薄腹类复杂零件，利用固溶阶段多道次板体成形+最后一道次淬火成形工艺，实现该类零件的成形，针对该种工艺，加热方式选择为感应加热；

首先通过感应加热将板料及模具加热到550℃，升温速度为10℃/min，待温度稳定后，进行第一道次板体成形，单道次压下量控制在0.5mm以内；

一道次结束后，间隔时间2min，在该段时间内，铝合金发生静态回复和静态再结晶，可以消除上一道次的加工硬化，接着进行下一道次成形，接下来进行多道次成形和间隔时间内的再结晶消除硬化；

当达到固溶时间30min后，迅速取出板料，转移时间小于20s，放入水冷模具中进行最后一道次板体复合成形，由于模具通有冷却水，能够实现成形与淬火同时进行，消除零件在淬火后导致的热畸变问题；

待零件冷却到室温后进行人工时效，在模具上进行或再重回热处理炉都可，时效温度为175℃，时间为18小时。

对比例1

一种铝合金板体复合-固溶淬火一体化热成形方法，具体步骤如下：

如图4所示，为本发明针对简单零件设计的成形工艺路线，以铝合金2219为例阐述该工艺路线；

铝合金2219固溶温度为535℃，最佳固溶时间为40min，人工时效温度为175℃，时间控制在18-36小时为宜；

针对常规带筋薄壁类零件，可以通过固溶后的板体复合+淬火一体化成形工艺，实现零件在模内一道次成形和淬火；

首先将铝合金2219板材放入热处理炉中，设置温度为535℃，升温速度为10℃

/min，待温度稳定后，设置保温时间为40min；

固溶结束后，迅速取出板料，放入水冷模具中进行一道次板体复合成形，由于模具通有冷却水，能够实现成形与淬火同时进行，消除零件在淬火后导致的热畸变问题；

待零件冷却到室温后，可进行人工时效，在模具上进行或再重回热处理炉都可，时效温度为175℃，时间为18-36小时。只通过一道次成形，有加工硬化的存在，因此累积的塑性变形量不会很大，难以成形复杂高筋薄壁零件。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。