[發(fā)明專利]一種鋁合金預(yù)強(qiáng)化熱沖壓成形方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011060526.0
• 申請(qǐng)日: 2020-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN112264498B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華林;胡志力;張文沛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B21D22/02
• 分類號(hào): B21D22/02;B21D37/16;C22F1/04;C22F1/057;C22F1/05;C22F1/053
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 朱宏偉

本發(fā)明涉及一種鋁合金預(yù)強(qiáng)化熱沖壓成形方法，將固溶淬火后W態(tài)的鋁合金板在較低溫度范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)強(qiáng)化處理，獲得批量供貨的熱沖壓坯料。將預(yù)強(qiáng)化處理后的板料轉(zhuǎn)移到熱沖壓生產(chǎn)線進(jìn)行加熱，保溫30秒～5分鐘后進(jìn)行熱沖壓過程。熱沖壓板料經(jīng)預(yù)強(qiáng)化處理后可以形成比T4態(tài)尺寸更大、更加穩(wěn)定的GP區(qū)組織，因此在后續(xù)的熱沖壓工序中有利于預(yù)析出組織向亞穩(wěn)定強(qiáng)化相進(jìn)行轉(zhuǎn)化，加之熱沖壓過程中產(chǎn)生的加工硬化效應(yīng)，使得成形后零件的性能可以超過T6態(tài)甚至接近T8態(tài)。該工藝方法通過預(yù)強(qiáng)化鋁合金坯料的批量供貨，能夠有效提高熱沖壓生產(chǎn)效率，同時(shí)保證產(chǎn)品的使用性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬板材成形加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金預(yù)強(qiáng)化熱沖壓成形方法。

背景技術(shù)

近年來，鋁合金在航空航天、汽車等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)鋁合金零部件的成形方法主要有兩種即冷成形和熱成形。由于鋁合金成形性能較差，因此通常只有中強(qiáng)度的5xxx系和6xxx鋁合金用于冷成形，多以O(shè)態(tài)和T4態(tài)為主,且多用于簡(jiǎn)單構(gòu)件。對(duì)于高強(qiáng)度鋁合金如7xxx系鋁合金，其在成形性能方面的劣勢(shì)明顯，因此通常以熱成形為主。如今鋁合金的熱成形已經(jīng)得到了快速的發(fā)展，并且已成為鋁合金尤其是復(fù)雜鋁合金零部件的重要成形加工方法，在生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。

對(duì)于可熱處理強(qiáng)化鋁合金，在熱成形過程中，同時(shí)存在著加工硬化和回復(fù)、再結(jié)晶軟化兩個(gè)相反的過程，為了保證合金成形后的使用性能，通常需要增加后續(xù)人工時(shí)效步驟來提高強(qiáng)度。傳統(tǒng)的熱成形工藝一般需將坯料進(jìn)行一定時(shí)間的固溶處理，再將溫度降至設(shè)定溫度進(jìn)行沖壓，成形過程結(jié)束后進(jìn)行淬火處理，最后通過時(shí)效處理提高強(qiáng)度。該過程工序繁多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，且在淬火過程中零件受熱不均，極易產(chǎn)生熱變形導(dǎo)致成形精度難以保證。在此基礎(chǔ)上，英國(guó)帝國(guó)理工大學(xué)的林建國(guó)教授首先提出了熱成形-淬火一體化工藝(Solution Heat Treatment，F(xiàn)orming and Cold-Die Quenching，)，該工藝將鋁合金的熱成形與熱處理相結(jié)合，即將固溶處理后的鋁合金板快速轉(zhuǎn)移到水冷模具上迅速合模成形，并且在成形完成后保持合模，使零件在模具內(nèi)進(jìn)行保壓淬火，最后進(jìn)行時(shí)效處理以提高強(qiáng)度。模內(nèi)淬火有利于保證淬火效率和零件的尺寸精度。但該工藝對(duì)沖壓模具要求較高，且生產(chǎn)周期沒有得到明顯縮短。

專利文獻(xiàn)CN109628861A公開了一種同步提高7系列鋁合金板材強(qiáng)度和延伸率的熱處理方法。依次采用固溶處理、預(yù)強(qiáng)化處理、回歸加熱處理、再時(shí)效處理。該工藝雖然能夠獲得兼顧強(qiáng)度和韌性，但工序繁雜，且對(duì)于加熱和冷卻速率有一定要求，因此設(shè)備成本較高，而最后的再時(shí)效處理需耗時(shí)20-30小時(shí)，不利于提高效率。

專利文獻(xiàn)WO2015/112799A1公開了一種高強(qiáng)度鋁合金沖壓成形方法，將具有接近T4狀態(tài)的鋁合金坯料加熱至150-350℃，然后快速轉(zhuǎn)移到模具上進(jìn)行成形。成形過程結(jié)束后零件具有接近但不超過T6狀態(tài)的性能，可用于汽車車身。

專利文獻(xiàn)CN108380722A公開了一種輕量化鋁合金車身構(gòu)件的熱沖壓成形方法，將原始T6態(tài)的鋁合金板加熱至固溶溫度以下50-300℃，加熱保溫時(shí)間1-5分鐘，然后快速轉(zhuǎn)移至水冷模具進(jìn)行沖壓成形和保壓淬火，無需進(jìn)行后續(xù)人工時(shí)效。所獲得的零件能夠在較大程度上保留原始T6態(tài)坯料的力學(xué)性能，從而縮短生產(chǎn)周期。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鋁合金預(yù)強(qiáng)化熱沖壓成形方法，該方法在熱沖壓成形工序之前，對(duì)鋁合金坯料進(jìn)行預(yù)強(qiáng)化處理，經(jīng)預(yù)強(qiáng)化處理的合金組織中，尺寸較大的GP區(qū)占主導(dǎo)地位，這些大尺寸GP區(qū)熱穩(wěn)定性高，能夠在后續(xù)熱沖壓的加熱保溫工序中直接作為亞穩(wěn)定強(qiáng)化相(如2000系鋁合金中的θ″相和S′相，6000系鋁合金中的β″相，7000系鋁合金中的η′相)的形核核心，因此能夠促進(jìn)熱沖壓工序中GP區(qū)向亞穩(wěn)定強(qiáng)化相的轉(zhuǎn)化；同時(shí)，預(yù)強(qiáng)化處理的合金具有比T6態(tài)更好的塑性，加上高溫下的成形條件，使材料能夠獲得較好的成形性能的同時(shí)，保證沖壓后零件的力學(xué)性能。另外，鋁合金坯料的預(yù)強(qiáng)化處理是由板料供應(yīng)商提前完成的，且板料在室溫下的組織穩(wěn)定性保證了批量供貨的可靠性，因此進(jìn)貨后可直接投入熱沖壓生產(chǎn)線進(jìn)行沖壓成形，從而有效縮短熱沖壓生產(chǎn)周期，降低成本，提高生產(chǎn)效率。