[發明專利]一種優化鋁合金熱加工工藝的方法

在審

• 申請號: 201711265241.9
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN107976462A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 肖丹;周宇;顏鑠清;劉超
• 申請（專利權）人: 湖南航天磁電有限責任公司
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00;C22F1/04;G06F19/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 陳介雨

技術領域

本發明屬于鋁合金加工領域，特別設計一種優化鋁合金熱加工工藝的方法。

背景技術

鋁合金具有高的比剛度和比強度、良好的耐腐蝕性能及較高的韌性等優異的綜合力學性能。同時，它可以被加工成擠壓件或厚薄板等，故也具備良好的加工性能。因此，鋁合金已被普遍應用在機身蒙皮、艙壁和機翼等重要結構部件，是航空航天行業最重要的結構材料之一。

由于鋁合金在室溫時的塑性較低，成形能力差，鋁合金的熱加工工藝(如擠壓、軋制和鍛造等)已經被廣泛用于生產各類重要的航空結構部件。熱加工工藝參數的選擇對合金的微觀組織或機械性能有著重要影響。若熱加工工藝參數選擇不當，易導致裂紋等流變失穩特征產生，直接導致工件作廢。

根據動態材料模型(DMM)而構建的熱加工圖是優化熱加工工藝參數的重要工具。目前，已有許多學者將熱加工圖用于合金熱加工工藝研究，成為評價合金熱加工性和優化熱加工工藝的主要方法。發明專利《一種鎂合金熱加工工藝優化新方法》(申請號：CN201710028472.1)中提出將合金的DMM熱加工圖和動態再結晶等高線圖進行疊加后，選擇加工安全區和發生完全動態再結晶的共同區域所對應的變形參數作為合金適宜的熱加工工藝參數。此方法將鎂合金的動態再結晶體積分數以等高線圖的方式輸出，能精確控制鎂合金在熱變形過程中的動態再結晶行為。但此方法在優化合金的熱加工工藝參數時，并未考慮DMM加工圖中等值輪廓線密度對合金變形機制的影響，具有一定的局限性。等值輪廓線的密度對合金的變形機制具有重要影響，因為當合金在等值輪廓線分布密集的區域內變形時，變形機制極易受到變形參數的影響，塑性變形過程不穩定，不利于加工。相反，合金在等值輪廓線稀疏的條件下熱變形能夠產生穩態的流變行為。因此，提供一種針對鋁合金的熱加工工藝優化方法具有重要意義。

發明內容

為了克服上述不足，本發明提供一種優化鋁合金熱加工工藝的方法，此方法充分考慮了熱加工圖中等值輪廓線密度對變形機制的影響。該方法既采用由功率耗散圖和失穩圖疊加而成的熱加工圖避免材料在熱加工過程中產生加工缺陷，又結合動態再結晶發生區、等值輪廓線稀疏區及能耗值大小來確定合金最適宜的熱加工工藝參數，使其能夠產生穩態的流變行為。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種優化鋁合金熱加工工藝的方法，包括：

(1)將鋁合金試樣進行熱模擬試驗，獲得熱模擬實驗數據；

(2)根據所述熱模擬實驗數據，通過插值和矩陣化的方法繪制熱加工圖；

(3)根據所述熱模擬實驗數據繪制真應力-真應變曲線，通過加工硬化率處理方法確定合金發生動態再結晶的條件，并在熱加工圖中畫出動態再結晶發生區域；

(4)在安全區與動態再結晶發生區重疊部分中標出能耗值較高且等值輪廓線稀疏的區域，此區域所對應的變形條件即為合金最適宜的熱加工工藝參數。

(5)根據所述等值輪廓線稀疏、能耗值較高且發生動態再結晶的安全區域所對應的熱變形參數對鋁合金材料進行加工，即得。

優選的，所述的鋁合金試樣為Al-Zn-Mg-Cu系合金。

為了與熱模擬試驗機相匹配，本發明優選的鋁合金試樣尺寸為Φ10×15mm。

優選的，所述熱模擬實驗中，變形溫度為350-450℃，應變速率為0.001-1s^-1。

優選的，所述的熱加工圖由通過熱模擬實驗數據獲得的功率耗散圖和失穩圖疊加在一起而得。

優選的，所述加工硬化率處理方法為：在真應力-真應變曲線的基礎上，依次繪制出lnθ-ε圖和曲線圖，其中θ指加工硬化率且ε指應變。若lnθ-ε圖存在拐點或圖存在最低點(最小值)，則合金在此變形條件下發生了動態再結晶，且最低點對應的應變為動態再結晶的臨界應變；若lnθ-ε圖不存在拐點或圖無最低點或最小值，則合金未發生動態再結晶。

優選的，所述熱模擬實驗的步驟為：先通過熱電偶將樣品以(2-10)℃/s的升溫速率加熱到預設溫度，保溫(3-5)min后按照實驗方案進行勻速率等溫熱壓縮實驗。當變形量達到(50-60)％后停止壓縮，將試樣迅速放入水中淬火。

本發明還提供了一種鋁合金加工方法，包括：

按照任一上述的方法對鋁合金試樣進行分析，獲得相應的包含有安全區和失穩區、動態再結晶發生區、等值輪廓線稀疏區的熱加工圖；

根據上述的熱加工圖，選擇等值輪廓線稀疏、能耗值較高且發生動態再結晶的安全區域所對應的熱變形參數對鋁合金材料進行加工，即得。