[發明專利]一種消除鋁合金工件殘余應力的新方法

無效

• 申請號: 201310636148.X
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103628007A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 葛鵬;易上琪
• 申請（專利權）人: 葛鵬
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及金屬加工和深冷處理與熱處理領域，特別提供了一種消除鋁合金工件殘余應力的新方法。

背景技術

鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。同時，鋁合金廣泛的被應用在工程結構上。然而鋁合金工件在制作過程中經常會產生不均勻變形和受熱作用等，難免在工件內部產生殘余應力。殘余應力的存在會帶來很多不良后果，使工件在后續機械加工時出現變形、翹曲、扭曲或波浪等異常現象，嚴重影響其應用。同時，殘余應力還能引起材料應力腐蝕開裂。可以明顯地縮短構件的使用壽命，加速構件斷裂。工程上發生的許多意外的破壞事故，其原因除了材料本身的結構和強度之外，多數是由于殘余應力直接或間接造成的，殘余應力對材料疲勞強度的影響就最為重要。因此，在鋁合金工件服役之前應該盡量消除或減少其內部殘余應力。

工業上常用的殘余應力消除方法主要有機械法、退火法、模冷壓法等。上述方法均能一定程度上消除工件的殘余應力，但同時也存在著一些缺陷，如：

(1)?機械法。由于機械法所使用的設備常常為大噸位機器或加工工具，常常對工件表面進行碾壓、錘擊等操作，很大可能會破壞工件的表面質量，造成對工件的附加損傷，該種方法僅適合于形狀簡單的零件，對復雜界面的工件不適用，且對拉伸前鋁合金的組織均勻性要求較高，多用于原材料生產廠家。用這種方法對殘余應力的消除程度基本在60%~80%之間，消除效果十分有限，往往只是把應力消除和重新分布調整作為主要目的。與此同時機械法過程中重型工具轉移和安放需要消耗大量的勞動力，也增大了加工成本。

(2)退火法。在采取去應力退火工藝降低殘余應力時，必須保證構件降溫過程非常緩慢和均勻，該過程操作要求極高，否則，將在材料內部產生新的殘余應力。一般加熱溫度越高，保溫時間越長，殘余應力消除的越明顯。但與此同時也使材料的力學性能，如強度、硬度等將發生變化。并且因熱作用而導致材料的顯微組織改變、金屬氧化等問題，反而取得適得其反的結果。由于鋁合金材料對溫度非常敏感，時效溫度的提高，必然明顯降低強度及其他機械性能指標。

(3)模冷壓法。模冷壓法是在一個特制的精整模具中，通過嚴格控制的限量冷整形來消除復雜形狀鋁合金模鍛件中的殘余應力。該種方法是調整而不是消除零件的整體應力水平，它使鋁合金模鍛件上某些部位的殘余應力得到釋放的同時，有可能使其他部位的殘余應力增大。一方面，鑒于鋁合金模鍛件本身已存在很大的殘余應力，模壓變形量過大將可能引起冷作硬化、裂紋和斷裂；而變形過小則使應力消除效果不佳，因此需要精確控制，操作要求極高。另一方面，模冷壓法所需的模具制作成本很高，使用該方法消除殘余應力是不經濟的選擇。

總之，上述三種工業上常用鋁合金殘余應力的消除方法均存在著一些缺點和應用的局限性。

發明內容

本發明旨在克服現有技術之不足，提供一種工藝方法簡單環保、操作成本低、在消除殘余應力同時能提高工件綜合力學性能的消除鋁合金工件殘余應力新方法。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

第一步：固溶

??????將鋁合金工件在410℃~590℃下保溫，保溫時間：0.5小時~4小時后，水冷至室溫，固溶處理；

第二步：深冷

???????將上一步所得試件放入深冷處理裝置，以（3℃~12℃）/min的速度冷卻至-85℃~?-225℃后保溫，保溫時間：2小時~30小時，進行深冷處理；

第三步：上坡淬火

???????將第二步所得試件從深冷處理裝置中迅速取出放入沸水或其他熱介質后保溫，轉移時間不超過70s，保溫溫度：80℃~250℃，保溫時間：1分鐘~30分鐘，進行上坡淬火；

第四步：時效

???????將第三步處理的鋁合金工件放入加熱保溫裝置以（3~12℃）/min的速度加熱至90℃~?200℃后保溫，保溫時間：4小時~30小時后，關閉電源，隨裝置冷卻至室溫，進行時效處理。

重復上述第二、三、四步操作1個或數個循環后取出試件即可。