一种中等强度铝合金等温模锻工艺

摘要

本发明公开了一种中等强度铝合金等温模锻工艺，包括以下步骤：将铝合金材料锯割或冲压成锻造需要的坯料；对坯料进行表面处理；对表面处理后的坯料进行去应力退火热处理，其中，加热温度不高于250℃；对热处理后的坯料进行表面润滑处理；对润滑后的坯料进行等温模锻。在热处理过程中采用去应力退火，且把坯料的加热温度控制在不高于250℃，增强坯料的塑性，同时使坯料保持在中等强度。使得锻造成型的工件具有中等强度，即不再需要进行固溶和人工时效处理，减少了锻造的工序，提高了锻造的效率，降低了锻造的成本。

说明书

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，特别是涉及一种中等强度铝合金等温模锻工艺。

背景技术

铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有 优良的导电性、导热性和抗蚀性，是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、 航天、汽车、机械制造、船舶及化学、智能穿戴等工业中已大量应用。在应用铝合金的过程 中往往需要将铝合金材料锻造成所需要的形状。而锻造工艺往往是利用材料的可塑性，借助 外力使得材料产生塑形形变。

常见的铝合金锻造工艺是将铝合金材料加热至较高温度，以提高铝合金材料的可塑性， 之后通过自由锻、模锻或胎膜锻使铝合金材料锻造成所需要的形状，此时铝合金材料的强度 也会大大降低。因此在铝合金材料锻造成型后往往会对工件进行固溶和人工时效处理，以提 高工件的强度。但是固溶+人工时效时有晶间腐蚀倾向，晶间腐蚀会大大降低铝合金的机械强 度，严重影响工件的性能，从而造成巨大的经济损失，且带来严重的安全隐患。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种中等强度 铝合金等温模锻工艺，使得铝合金材料在锻造过程中始终保持中等强度，从而提高铝合金工 件的力学性能，同时提高了锻造的效率，降低了锻造的成本。

根据本发明实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，包括以下步骤：

准备铝合金坯料；

对坯料进行去应力退火热处理，其中，加热温度不高于250℃；

对坯料进行等温模锻。

根据本发明实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，至少具有如下有益效果：

在铝合金坯料热处理过程中采用去应力退火，且把坯料的加热温度控制在不高于250℃， 增强坯料的塑性，同时使坯料保持在中等强度。使得锻造成型的工件具有中等强度，即不再 需要进行固溶和人工时效处理来增强工件的强度，减少了锻造的工序，提高了锻造的效率， 降低了锻造的成本。

根据本发明一些实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，对坯料进行去应力退火热处理， 包括以下步骤：

将坯料加热至200-250℃，并保温不小于3H；

停止炉内加热，使保温后的坯料随炉冷却至150-200℃；

将随炉冷却后的坯料进行空冷。

根据本发明一些实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，随炉冷却的时间不小于5H。

根据本发明一些实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，对坯料进行等温模锻，包括以 下步骤：

将锻压模具加热至80-300℃；

将坯料放入锻压模具；

将锻压模具合模，以将坯料锻造成型。

根据本发明一些实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，等温模锻的温度为80-300℃。

根据本发明一些实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，准备铝合金坯料包括以下步骤：

将铝合金材料锯割或冲压成锻造需要的坯料；

对坯料进行表面处理。

根据本发明一些实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，表面处理为表面研磨处理，以 增加表面粗糙度。

根据本发明一些实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，还包括以下步骤：

在等温模锻之前对坯料进行表面润滑处理。

根据本发明一些实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，表面润滑处理为表面皂化润滑 处理。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显， 或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述， 例如上、下、左、右、前、后等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此 不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理 解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技 术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属 技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，包括以下步骤：

准备铝合金坯料；

对坯料进行去应力退火热处理，其中，加热温度不高于250℃；

对坯料进行等温模锻。

在热处理过程中采用去应力退火，且把坯料的加热温度控制在不高于250℃，增强坯料 的塑性，同时使坯料保持在中等强度。使得锻造成型的工件具有中等强度，即不再需要进行 固溶和人工时效处理，减少了锻造的工序，提高了锻造的效率，降低了锻造的成本。

可以理解地是，退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持 足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与 裂纹倾向。而铝合金热处理规范中常见的退火方式包括均匀化退火、完全退火和快速退火等。 其中，均匀化退火：加热至480-495℃；完全退火:加热至390-430℃；快速退火：加热350-370℃。 常见的铝合金退火方式的加热温度均很高，使得加热后的铝合金的强度大大降低，从而使得 经过常规热处理后，再进行锻压的铝合金工件的强度不满足使用要求。而本实施例中将退火 时的加热温度控制在不高于250℃，使得退火后的铝合金材料的强度保持在中等强度，不影 响锻压成型的铝合金工件的力学性能。锻压成型的工件无需再进行固溶+人工时效处理，可显 著降低制造成本；同时避免了固溶和人工时效处理后的晶间腐蚀倾向，工件的力学性能更加 稳定可靠。

可以理解地是，将坯料进行去应力退火热处理，包括以下步骤：

将坯料加热至200-250℃，并保温不小于3H；

停止炉内加热，使保温后的坯料随炉冷却至150-200℃；

将随炉冷却后的坯料进行空冷。

可以理解地是，将铝合金材料加热至200-250℃之后，进行保温可以降低铝合金材料的硬 度。退火使得铝合金材料的组织更加均匀，强度降低，便于后续的锻压处理。

可以理解地是，随炉冷却的时间不小于5H。具体地，随炉冷却5H，使铝合金材料缓慢 降温，可以避免边部冷却速度快，温度低，产生收缩，而中心部位冷却速度慢，温度高，产生浪形，从而产生新的应力和变形。

可以理解地是，对润滑后的坯料进行等温模锻，包括以下步骤：

将锻压模具加热至80-300℃；

将坯料放入锻压模具；

将锻压模具合模，以将坯料锻造成型。

可以理解地是，等温模锻的温度为80-300℃。

可以理解地是，将锻压模具的温度预加热至80-300℃，使得锻压模具的温度高于常温且 低于铝合金的再结晶温度(常规铝合金的再结晶温度为350-370℃)。此时本实施例中的模锻 属于温锻工艺。采用温锻工艺可以提高锻件的精度和质量，可以获得精密锻件，同时成本较 低。并且，将锻压模具预加热至80-300℃，可以通过热传导使得锻压模具内的铝合金材料的 温度升高，有利于锻件成型。

可以理解地是，准备铝合金坯料包括以下步骤：

将铝合金材料锯割或冲压成锻造需要的坯料；

对坯料进行表面处理。

可以理解地是，本实施例中的表面处理为表面研磨处理，对坯料的表面进行研磨，以增 加表面粗糙度。具体地，表面处理工艺还可以是抛丸、抛砂等工艺。

可以理解地是，本实施例的中等强度铝合金等温模锻工艺，还包括以下步骤：

在等温模锻之前对坯料进行表面润滑处理。

可以理解地是，本实施例中的表面润滑处理为表面皂化润滑处理。

由于在工件锻造过程中，坯料受到压力后，模腔内的压力非常大，如果坯料润滑不理想， 会使坯料将力直接作用到模腔内无法分散，强大的压力最终导致模具寿命降低或者直接破裂。 因此必须卸掉作用于模腔内的部分压力，对坯料表面润滑处理，降低坯料与模具之间的摩擦 力，同时降低坯料表面的磨损，提高模具和工件的寿命。

下面以6063-T6板材为例介绍本发明的中等强度铝合金等温模锻工艺的一个实施例：

将6063-T6状态铝合金板材(厚度0.825mm)冲压成锻造需要的坯料尺寸；将坯料进行 表面研磨处理以增加表面粗糙度；对研磨后的坯料进行去应力退火热处理，去应力退火工艺 为：加热温度240℃，加热时间1H；保温温度240℃，保温时间2H，缓慢炉冷时间5H，至200℃后空冷；对退火后的坯料进行表面皂化润滑处理。对润滑处理后的坯料进行等温模锻， 模具预加热温度为120±10℃，模锻温度120±10℃。本实施例中，经等温模锻工艺制造的工 件，壁厚均值0.5mm，厚度偏差±0.05mm，壁厚较为均匀，平整度、尺寸精度较好，且制程 能耗较低、安全环保、稳定高效。本实施例的等温模锻工件，屈服强度≥190MPa，抗拉强度 ≥210MPa，屈服强度性能较高，仍可满足标准对6063-T6状态的屈服强度要求，抗拉强度略 有降低，但仍保持在较高强度范围。(原材料6063-T6状态的屈服强度≥190MPa，抗拉强度 ≥240MPa。)。

下面以6063-T6板材为例介绍本发明的中等强度铝合金等温模锻工艺的另外一个实施 例：

将6063-T6状态铝合金板材(厚度0.825mm)冲压成锻造需要的坯料尺寸；将坯料进行 表面研磨处理以增加表面粗糙度；对研磨后的坯料进行去应力退火热处理，去应力退火工艺 为：加热温度230℃，加热时间1H；保温温度230℃，保温时间2H；缓慢炉冷时间5H，至200℃ 后空冷；对退火后的坯料进行表面皂化润滑处理；对润滑处理后的坯料进行等温模锻，模具 预加热温度为150±10℃，模锻温度150±10℃。经等温模锻工艺制造的工件，壁厚均值 0.3mm，厚度偏差±0.05mm，壁厚较为均匀，平整度、尺寸精度较好，且制程能耗较低、安 全环保、稳定高效。本实施例的等温模锻工件，屈服强度≥190MPa,抗拉强度≥210MPa，屈 服强度性能较高，仍可满足标准对6063-T6状态的屈服强度要求，抗拉强度略有降低，但仍 保持在较高强度范围。(原材料6063-T6状态的屈服强度≥190MPa，抗拉强度≥240MPa。)。

下面以6063-T6板材为例介绍本发明的中等强度铝合金等温模锻工艺的另外一个实施 例：

将6063-T6状态铝合金板材(厚度0.825mm)冲压成锻造需要的坯料尺寸；将坯料进行 表面研磨处理以增加表面粗糙度；对研磨后的坯料进行去应力退火热处理，去应力退火工艺 为：加热温度250℃，加热时间1H；保温温度250℃，保温时间2H；缓慢炉冷时间5H，至200℃ 后空冷；对退火后的坯料进行表面皂化润滑处理；对润滑处理后的坯料进行等温模锻，模具 预加热温度为80±10℃，模锻温度90±10℃；本实施例中，经等温模锻工艺制造的工件，壁 厚均值0.5mm，厚度偏差±0.05mm，壁厚较为均匀，平整度、尺寸精度较好，且制程能耗较 低、安全环保、稳定高效。本实施例的等温模锻工件，屈服强度≥200MPa,抗拉强度≥210MPa， 屈服强度性能较高，仍可满足标准对6063-T6状态的屈服强度要求，抗拉强度略有降低，但 仍保持在较高强度范围。(原材料6063-T6状态的屈服强度≥190MPa，抗拉强度≥240MPa。)。

以上三个实施例的等温模锻工件，强度性能较高，可满足一定产品的中等强度需求，无 需再进行固溶+人工时效处理，可显著降低制造成本；同时避免了固溶和人工时效处理后的晶 间腐蚀倾向，工件的力学性能更加稳定可靠。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本 发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的 范围由权利要求及其等同物限定。