一種Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材蠕變時效成形方法
2023-10-06 05:22:24 2
專利名稱：一種Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材蠕變時效成形方法
技術領域：
本發明涉及一種Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材蠕變時效成形方法，有色金屬材料加工工程技術領域。
背景技術：
航空航天用Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金屬熱處理可強化合金，合金主要通過時效析出彌散析出相，阻礙位錯運動作為主要強化機制。由於析出相細小，位錯主要切過析出相，因此析出相尺寸、體積分數、析出相之間距離對合金性能影響重大。近年來，為了滿足成形Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金整體壁板，提出了一種新型成形技術。利用合金在時效溫度下成形，將彈性變形轉換為部分塑性變形，從而成形整體帶筋和變厚度複雜外形和結構的整體壁板構件，由於變形在彈性範圍內，因此成形應力低、尺寸精度高，成形在時效溫度下進行，因此存在應力釋放，材料殘餘應力降低，有效的實現了形/性協同進行，因此製造周期短。常規時效處理以及加工無法滿足實際應用或者成本較高，因此，提出一種關於Al-Zn-Mg-Cu鋁合金蠕變成形方法，對於實際生產應用具有重要意義。
發明內容
本發明的目的在於提供一種新型的Al-Zn-Mg-Cu系合金板材蠕變時效成形方法，該方法的目的在於:通過調控Al-Zn-Mg-Cu系合金的主要強化相η'在蠕變時效過程中析出尺寸、密度，合金晶界析出相尺寸，提高Al-Zn-Mg-Cu系合金的力學性能。通過有效控制合金變形後回彈量，成形鋁合金彎曲構件。本發明的目的通過以下方法實現。—種Al-Zn-Mg-Cu系招合金板 材螺變時效成形方法,對Al-Zn-Mg-Cu系合金板材進行熱處理時，包括以下步驟，首先對板材進行固溶，然後進行淬火，再將板材置於彎曲半徑為800mm 5000mm的成形模具中並固定,然後對板材進行螺變時效,隨後保溫，最後從模具中卸載板材。所述的方法，所述的固溶溫度為470_485°C，時間為30分鐘 120分鐘。所述的方法，所述的蠕變時效的溫度為120_150°C，隨後保溫時間為2-36小時。所述的方法，蠕變時所施加的應力為100_150Mpa。所述的方法，在對板材淬火後，再對板材進行預變形處理，然後將板材固定於成形模具中進行第一次蠕變時效。所述的方法，所述的預變形處理為對板材在水平的板材延伸方向上進行預拉伸處理或者對鋁合金板材在豎直的厚度方向上進行預壓縮處理，對板材在水平方向上的預拉伸處理或者在豎直方向上的預壓縮處理的變形量分別為水平總長度的1-8%或豎直總厚度的1-8%。所述的方法，所述的板材的成形彎曲半徑為IOOOmm以上。所述的方法，板材厚度為2mm 30mm。
本發明在熱處理中有以下考慮:通過合金固溶-淬火後和蠕變時效前的預處理，在合金中獲得大量的位錯及位錯組態，使得主要強化相析出彌散。蠕變時效處理中，由於外加蠕變應力的存在，合金處於一種高能量狀態，析出相析出彌散，提高了合金力學性能。高溫蠕變的存在使得在彈性變形範圍內的部分變形轉換為塑性變形，獲得所需尺寸形狀的構件，有利於成形，同時降低了殘餘應力。本發明優點在於Al-Zn-Mg-Cu系合金板材固溶-淬火後,對其進行少量的預變形，調控析出相析出行為，提高合金的力學性能。該方法方法操作簡便，效果顯著。通過成形成性同時進行，節約成本，減少了生產周期。工業生產中具有實際應用價值。本發明所指鋁合金可採用不同的方法製備所需材料和(或)部件。蠕變時效採用中國專利201110209737.0:一種金屬蠕變成形模具，在此模具上進行實驗。室溫拉伸實驗按照國標GB/T228-2002製成標準拉伸試樣，拉伸實驗在CSS-44100萬能材料力學拉伸機上進行，拉伸速度為2mm/min。本發明殘餘應力測試採用鑽孔應變釋放法，按照CB3395-1992測量板材的殘餘應力。採用華銀HV-5小負荷維氏硬度計測試各試樣硬度，載荷為3kg，保載時間 15s。下面結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1為本發明處理樣品流程圖；圖2為本發明處理後合金TEM明場像照片(a)蠕變時效4h; (b))蠕變時效1此；(c)蠕變時效24h(d)蠕變時效36h ；圖3為經本發明處理合金SEM斷口形貌；圖4經本發明處理後合金成形過程中的位錯等缺陷(a)位錯；(b)位錯牆；(C)亞晶界 圖5本發明方法步驟示意圖
具體實施例方式以下結合實施例旨在進一步說明本發明，而非限制本發明。各實施例中室溫拉伸試驗採用GB/T228-2002，分別沿板材軋向割取樣品進行本發明要求處理，隨後進行力學性能測試。殘餘應力測試採用鑽孔應變釋放法，按照CB3395-1992測量板材的殘餘應力。採用華銀HV-5小負荷維氏硬度計測試各試樣硬度，載荷為3kg，保載時間15s。實施例A/B/C與對比實施例D/E/F合金成分
權利要求
1.一種Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材蠕變時效成形方法，其特徵在於，對Al-Zn-Mg-Cu系合金板材進行熱處理時，包括以下步驟，首先對板材進行固溶，然後進行淬火，再將板材置於彎曲半徑為800mm 5000mm的成形模具中並固定,然後對板材進行螺變時效,隨後保溫，最後從模具中卸載板材。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的固溶溫度為470-485 ，時間為30分鐘 120分鐘。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的蠕變時效的溫度為120-150°C，隨後保溫時間為2-36小時。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，蠕變時所施加的應力為100-150Mpa。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在對板材淬火後，再對板材進行預變形處理，然後將板材固定於成形模具中進行第一次蠕變時效。
6.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述的預變形處理為對板材在水平的板材延伸方向上進行預拉伸處理或者對鋁合金板材在豎直的厚度方向上進行預壓縮處理，對板材在水平方向上的預拉伸處理或者在豎直方向上的預壓縮處理的變形量分別為水平總長度的1-8%或豎直總厚度的1_8%。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的板材的成形彎曲半徑為IOOOmm以 上。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，板材厚度為2mm 30mm。
全文摘要
本發明是一種Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材蠕變時效成形方法。本發明的關鍵在於採取一種合理的固溶-淬火-預處理-蠕變時效制度，適用於2mm～30mm厚的板材，其內容如下採用470-485℃固溶30min～120min後水淬，淬火後板材進行0-10%的預變形處理，隨後進行120℃-150℃蠕變時效保溫，保溫時間為2-36h，蠕變應力採用100-150Mpa。成形彎曲半徑1000mm以上。利用本發明處理Al-Zn-Mg-Cu系合金，可以有效提高Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金蠕變成形性，降低合金板材殘餘應力。
文檔編號C22F1/053GK103184396SQ20131007636
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月9日 優先權日2012年11月21日
發明者張新明, 周良道, 鄧運來, 蔣裕, 張勁, 王冰, 龍旭初, 閆國良, 王亞鳳, 黃英 申請人:中南大學, 中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院