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CN112496218A - 一种铝合金零件锻造工艺 - Google Patents

一种铝合金零件锻造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料热加工领域,具体涉及一种铝合金零件锻造工艺。一种铝合金零件锻造工艺,其特征在于:包括如下步骤:S1、将铝合金坯料在加热设备中加热至固溶温度,加热保温时间根据铝合金坯料的壁厚尺寸决定,按铝合金坯料的每壁厚1mm加热保温20min;S2、进行欠时效热处理;S3、对欠时效热处理后的铝合金坯料在100‑300℃下与锻造模具一起加热保温;并预热终锻模;S4、将步骤S3加热保温后的铝合金坯料进行100‑300℃等温模锻成形;S5、将骤S4的锻件冷却后切边,然后进行机加工处理、得到铝合金零件。该工艺能够降低生产周期、提高生产效率。

Description

一种铝合金零件锻造工艺
技术领域
本发明属于材料热加工领域,具体涉及一种铝合金零件锻造工艺。
背景技术
铝合金是工业中应用最为广泛的一种有色金属材料,广泛应用于航空航天、船舶车辆等机械制造类行业之中。在汽车制造业中,通常采用铝合金来实现汽车结构轻量化的目的,可热处理强化的铝合金锻件在汽车制造中的应用也较为广泛。目前,铝合金的模锻成形工艺流程较长,常见的铝合金模锻成形工艺大都包含以下几个步骤:锻前热处理、锻造成形、固溶处理、时效处理。在可热处理铝合金生产过程中,均匀化热处理可消除偏析,锻前加热能够降低变形抗力提高塑性,而锻后热处理则是为了提高锻件强度,以满足产品性能要求。在实际生产过程中,该生产方式,在前后热处理过程中产生了较高的时间成本和能源消耗成本。因此,多次热处理使得铝合金的锻造工艺过程耗费较长的时间,提高了实际生产周期和生产成本。
发明内容
本发明鉴于当前铝合金锻压工艺中存在的生产周期较长,多次加热耗能大的问题,本发明的目的在于提供一种铝合金零件锻造工艺,该工艺能够降低生产周期、提高生产效率。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种铝合金零件锻造工艺,其特征在于包括如下步骤:
S1、将铝合金坯料在加热设备中加热至固溶温度,加热保温时间根据铝合金坯料的壁厚尺寸决定,按铝合金坯料的每壁厚1mm加热保温20min;
S2、进行欠时效热处理;
S3、对欠时效热处理后的铝合金坯料(增加进行预锻成形步骤时,则可称为零件)在100-300℃下与锻造模具一起加热保温;并预热终锻模;
S4、将步骤S3加热保温后的铝合金坯料(零件)进行100-300℃等温模锻成形;
S5、将骤S4的锻件冷却后切边,然后进行机加工处理、得到铝合金零件(最终产品)。
按照上述技术方案,所述的一种铝合金零件锻造工艺,还包括在步骤S1后进行预锻成形:将模具加热至锻造温度,将铝合金坯料冷却到预锻温度,对铝合金坯料进行预锻成形;锻造温度为200-500℃,预锻温度为200-450℃;然后再对预锻后的零件进行欠时效热处理。
所述铝合金为6000系铝合金,包括欠时效的T4态、峰时效的T6态。
所述步骤S1中,加热时间和保温时间控制在90min内。
所述步骤S2中,欠时效热处理的温度控制在100-300℃,保温时间控制在2-8h;具体温度由对应GP区析出的放热峰位置决定,保证欠时效处理后,析出相只存在GP区和少量β″相。
所述步骤S3中,保温温度和终锻的温度由对应β″区析出的放热峰位置决定;控制温度,保证不会进一步析出β′相,保温时间控制在1-10min。
所述步骤S3中,预热终锻模温度为200℃。
铝合金析出相为影响强度的主要因素,析出相的尺寸、种类及数量是影响强度的直接原因,而种类、尺寸及数量等因素与铝合金热处理工艺及成形方法息息相关。因此,可通过不同热处理及加工成形阶段的变形,对铝合金析出相类别及数量进行调控。在成形前的热处理阶段,通过适当的热处理使析出相达到某一尺寸的欠峰值时效阶段,在后续的成形阶段中,铝合金的析出相在适当温度的预热及成形过程中,不仅具有良好的成形性,可制成所需产品,同时铝合金内部析出相进一步演变,达到峰值时效的效果。
6000系铝合金析出强化相为Mg2Si,由GP区→β″→β′→β相,随着温度的增大,强化相尺寸也逐渐增大,半共格的β′及不共格的β会取代共格关系良好的β″相,导致强度大幅下降。因此可以通过控制析出相的类别和数量,得到大量与基体共格良好的β″相,保证析出强化效果,获得强度满足要求的零件。
本发明的工艺将铝合金锻件变形过程及热处理调控过程协同进行,通过不同热处理及加工成形阶段的变形,对铝合金析出相进行类别及数量调控,保证析出强化效果,实现快速热成形,能够减少生产周期和生产成本,提高了生产效率。
本发明对铝合金进行快速热成型,较之于现有的广泛使用的锻造工艺流程,具有以下有益效果:通常坯料在锻造成形时,需要进行锻前加热,固溶处理和人工时效处理,热处理强化所耗费的时间至少在十个小时以上,而采用本方法进行快速热成形,既省去一道热处理工序,又能减少人工时效的时间。总的来说,在保证材料性能的条件下,既能减小整个锻造工艺的周期,又能降低热处理所需能耗。
附图说明
图1是现有铝合金锻造成形的一般流程图。
图2是本发明实施例1中的简单件的加工流程图(左半部为流程图,右半部为温度与时间曲线图)。
图3是本发明实施例2中复杂件的加工流程图。
图4a是本发明实施例3中试制控制臂实物图。
图4b是本发明实施例3中拉伸试样取样区域图。
图4c是本发明实施例3中拉伸试样尺寸图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1:
一种铝合金零件锻造工艺,对于只需进行一次模锻的简单件,包括如下步骤(如图2所示):
S1、将铝合金坯料在加热设备中加热至固溶温度(进行固溶处理),加热保温时间根据铝合金坯料的壁厚尺寸决定,按铝合金坯料的每壁厚1mm加热保温20min;所述铝合金为6000系铝合金;加热时间和保温时间控制在90min内;
S2、对铝合金坯料进行欠时效热处理,温度控制在100-150℃,时间控制在2-8h;
S3、对欠时效处理后的铝合金坯料在200-250℃下保温5-10min,并将锻模预热至200℃;
S4、将欠时效处理后的铝合金坯料进行100-300℃等温模锻终锻成形。
S5、将锻件冷却后切边,然后进行机加工处理、得到铝合金零件最终产品。
本实施例的加工流程图见图2。
6000系铝合金析出强化相为Mg2Si,由GP区→β″→β′→β相,随着温度的增大,强化相尺寸也逐渐增大,半共格的β′及不共格的β会取代共格关系良好的β″相,导致强度大幅下降。通过固溶处理形成过固溶体,控制欠时效热处理的温度和时间使GP区转化为生成β″相,占比约为70%-80%,最后控制终锻时的温度和时间,使剩余的GP区进一步转化生成β″相,生成约为95%左右的β″相,避免生成析出强化效果较差的β′和β相,达到保证析出强化效果的目的,从而保证材料性能。
实施例2:
一种铝合金零件锻造工艺,对于需要进行多次模锻的复杂件,包括如下步骤(如图3所示):
S1、将铝合金坯料在加热设备中进行固溶处理,加热保温时间根据铝合金坯料的壁厚尺寸决定,按铝合金坯料的每壁厚1mm加热保温20min;所述铝合金为6000系铝合金;
S2、将模具加热至锻造温度,将铝合金坯料冷却到预锻温度450℃,将固溶处理后的铝合金坯料进行预锻成形;
S3、对预锻成形后的零件进行欠时效热处理,温度为100-150℃,时间为2-8h;
S4、对欠时效处理后的零件在200-250℃下保温5-10min,并将终锻模预热至200℃;
S5、将欠时效处理后的零件进行等温模锻终锻成形;
S6、将锻件冷却后切边,进行机加工处理,得到铝合金零件(最终产品)。
其中,多次模锻中锻件在模具之间的转移时间应尽量短,避免转移时间过长造成温度下降过多,对零件的力学性能产生影响。
本实施例的加工流程图见图3。
通过分析固溶处理及欠时效热处理的试样DSC曲线可知,经过欠时效热处理后,固溶态中的GP区析出峰消失,表示过饱和固溶态中的Mg、Si相已经形成了GP区并且部分已经向β″转化,时效的时间越长,转化的量越多。并且在适当温度下,随着时效时间的延长,β″的数量增加。当时效处理中生成大量的GP区及少量β″相时,在200-250℃下保温一定时间后成形,试样具有较高的硬度值。同时,成形时的温度对成形后硬度值的影响极大,如果温度较高,析出相就会开始发生转化,转化成强化效果欠佳的β′相。
根据大量实验结果可知,此种预先欠时效热处理后适当温度保温成形方法,可以兼顾良好的成形能力及压缩成形后的力学性能,能够最优的控制析出相演化过程。相比与传统先成形后热处理调控性能的方法,本方法具有更高的效率及更低的能量损耗。
实施例3:
一种铝合金零件锻造工艺,包括如下步骤:当铝合金的坯料材料为6082铝合金时,具体的锻造工艺及参数如下:
S1、将铝合金坯料在加热设备中进行固溶处理,温度为535℃,加热保温时间根据坯料的尺寸决定,按每壁厚1mm加热保温20min;
S2、在450℃下,将固溶处理后的铝合金坯料进行预锻成形;
S3、对预锻成形后的零件进行欠时效热处理,温度为120±5℃,时间为4-6h;
S4、欠时效处理后的零件在200±5℃下保温5-10min,并将终锻模预热至200℃;
S5、将欠时效处理后的零件进行100-300℃等温模锻终锻成形;
S6、将锻件冷却后切边,进行机加工处理,得到铝合金零件(最终产品)。
根据实施例3进行了汽车控制臂的样品试制(如图4a、图4b、图4c所示),对锻件进行了室温拉伸实验和硬度测试。在金属室温拉伸机中完成室温拉伸试验,进行三次拉伸试验并取平均值,得到试样抗拉强度为:335MPa,屈服强度为:305MPa。此外,取样表面打磨光滑测试试样硬度值,测得的硬度值为120HV。由拉伸试验及硬度值大小表明,试制得到的控制臂力学性能良好,符合产品对性能的需求。如下表1所示。
表1,力学性能要求及测量结果
Figure BDA0002638385480000041
表1说明本发明能保证材料性能。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种铝合金零件锻造工艺,其特征在于:包括如下步骤:
S1、将铝合金坯料在加热设备中加热至固溶温度,加热保温时间根据铝合金坯料的壁厚尺寸决定,按铝合金坯料的每壁厚1mm加热保温20min;
S2、进行欠时效热处理;
S3、对欠时效热处理后的铝合金坯料在100-300℃下与锻造模具一起加热保温;并预热终锻模;
S4、将步骤S3加热保温后的铝合金坯料进行100-300℃等温模锻成形;
S5、将骤S4的锻件冷却后切边,然后进行机加工处理、得到铝合金零件。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金零件锻造工艺,其特征在于:还包括在步骤S1后进行预锻成形:将模具加热至锻造温度,将铝合金坯料冷却到预锻温度,对铝合金坯料进行预锻成形;锻造温度为200-500℃,预锻温度为200-450℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金零件锻造工艺,其特征在于:所述铝合金为6000系铝合金。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金零件锻造工艺,其特征在于:所述步骤S2中,欠时效热处理的温度控制在100-300℃,保温时间控制在2-8h;具体温度由对应GP区析出的放热峰位置决定,保证欠时效处理后,析出相只存在GP区和少量β″相。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金零件锻造工艺,其特征在于:所述步骤S3中,保温温度和终锻的温度由对应β″区析出的放热峰位置决定;控制温度,保证不会进一步析出β′相,保温时间控制在1-10min。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金零件锻造工艺,其特征在于:所述步骤S3中,预热终锻模温度为200℃。
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