[發明專利]一種高強鋁合金管件固溶處理與顆粒介質冷成形方法

有效

• 申請號: 201610303871.X
• 申請日: 2016-05-10
• 公開（公告）號: CN105964722B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 董國疆;趙長財;畢江
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B21C37/06
• 分類號: B21C37/06;B21D26/033;C22F1/04;C21D9/08
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙)13116
• 代理人: 續京沙

技術領域

本發明涉及一種固溶處理與顆粒介質冷脹成形的方法。

背景技術

隨著科技水平的不斷發展，在航空航天、汽車工業和石油化工等技術領域不斷要求零構件的輕量化、高強化與功能高效化。高強鋁合金管狀構件所具有的整體化、薄殼和空心變截面等輕體結構特征正適應了科技發展的需求。同時，關鍵構件往往應用于極端苛刻的環境，由于高強鋁合金材料表現的密度低、高強度、高硬度、耐熱、耐磨、耐蝕等優質特性，現已成為關鍵構件的首選材料。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。而由這種材料制成的擠壓管坯大多室溫變形能力極差，延伸率一般都小于10％，常溫條件下用傳統的成形工藝難以成形復雜截面形狀的零件，這極大地限制了其應用范圍。目前，高強鋁合金管狀構件成形的工藝方法主要是采用液體、氣體作為傳壓介質的熱態內高壓成形技術，中溫區間對擠壓管坯塑性加工能力的提高極不明顯，而高溫下雖然可以改善擠壓管材的成形性能，但是當成形溫度高于材料再結晶溫度時會造成內部微觀組織損傷，使成形后管件的強度降低；同時該工藝需要配備提供高溫高壓液體、氣體的專用增壓、傳輸和控制系統，提高了加工成本及控制難度。由于增壓和傳輸系統中高壓閥、密封、管路、以及傳壓介質本身耐熱性能的限制，使其難以應用于較高的成形溫度區間。同時，昂貴的外部專用增壓設備和控制系統也限制了該工藝的廣泛應用。因此，亟需發展高強鋁合金管件冷脹成形技術來解決這一問題。高強鋁合金擠壓管坯經過固溶處理后成形極限提高，變形抗力降低，塑性變形能力顯著增強。經固溶處理后的高強鋁合金擠壓管坯可在較小的壓力下通過顆粒介質冷態內高壓成形工藝成形復雜形狀零件，降低了其對設備的需求。此時成形管件的強度較低，穩定性較差，通過人工時效可以彌補這一缺陷。人工時效可使合金內的強化相彌散析出，在加工硬化和析出硬化的雙重作用下使管件強度、硬度重新恢復至初始狀態。綜上所述，通過固溶處理—顆粒介質冷態內高壓成形—時效處理的工藝流程可簡單有效的實現高強鋁合金擠壓管材冷脹成形。

發明內容

本發明的目的在于提供一種操作簡單、控制簡便、節能環保、一次成形的高強可熱處理強化鋁合金擠壓管坯顆粒介質冷脹成形方法。

本發明主要是采用固體顆粒代替液體或氣體作為傳壓介質，通過壓力設備直接給顆粒介質加載，載荷經介質傳遞至管坯內壁形成脹形內壓，管坯在介質壓力的作用下變形，從而得到所需管狀構件形狀。

本發明的高強鋁合金管件固體顆粒介質冷脹成形方法如下：

(1)首先將鋁合金擠壓管材切割制成管坯，并放入箱式加熱爐中進行固溶處理，加熱溫度一般為470℃～570℃，保溫時間為0.5h～2h，處理結束后水淬，轉移時間小于5s，水溫為25℃，為避免自然時效的影響，處理后的管坯需在-20℃～0℃儲存，固溶處理準確的加熱溫度和保溫時間根據鋁合金材質確定；

(2)將固溶處理后的管坯，在常溫狀態下進行顆粒介質內高壓脹形，管坯外壁包裹聚四氟乙烯進行潤滑，將管坯放入模具中，填裝顆粒介質，介質的裝填體積由管件的脹形腔體體積和顆粒介質體積壓縮等參數共同確定，模具閉合，將壓頭和壓蓋移動至設定位置，給壓頭加載，通過介質傳遞至管坯內壁形成脹形內壓；給壓蓋加載，實現管件脹形的軸端補給；壓頭加載(脹形內壓)和壓蓋加載(軸端補給)的匹配關系，即加載方式，需根據目標管件的材料性能、厚度、幾何形狀等參數共同確定，壓頭加載和壓蓋加載可根據現有壓力設備情況按照位移或壓力設定和控制，在脹形內壓和軸端補給的共同作用下迫使管坯變形與凹模型腔貼合，得到目標管件；

(3)管件脹形后，將其再次放入箱式加熱爐中進行人工時效處理，時效溫度為160℃～200℃，保溫時間為6h～10h，處理后空冷，人工時效處理準確的加熱溫度和保溫時間根據鋁合金材質確定，確定依據是使鋁合金的強度和硬度材料性能恢復至固溶處理前的初始狀態。

模具主要包括壓頭、減力柱、壓蓋、上模、型腔、下模、模具殼體和底座，在底座的上部設有模具殼體，在模具殼體內部依次設有下模、型腔和上模，減力柱放置在管坯內部，壓頭、和壓蓋置于模具殼體內部。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、工藝控制簡便，投入成本低廉，產品設計靈活，有望為大口徑、薄壁高強鋁合金管狀構件冷態成形提供高效、精確、便捷的新技術手段。

2、傳統溫熱成形技術能耗高、生產效率低且目標工件強度不高。本工藝可使高強鋁合金擠壓管材在常溫下成形復雜零件，能耗低、生產效率高、目標工件尺寸精確且具有較高的使用強度和穩定性。