一种铝合金构件的成形方法与流程

本发明涉及铝合金制作技术领域，特别涉及一种铝合金构件的成形方法。

背景技术：

2xxx系铝合金(al-cu系合金)由于其较高的强度、较好的耐蚀性能以及优异的可焊性而被广泛应用于空天飞行器蒙皮、壁板、储箱等复杂薄壁构件。因成形过程中冷变形量较大(≥30%)，目前该类构件均是采用多道次拉延成形、并在各道次之间进行退火处理以改善成形能力。采用这样的方式由于位错及固溶元素的耗竭其强度急剧下降，此外，蒙皮、壁板等构件成形精度要求很高，为避免热处理变形禁止在拉延成形之后进行固溶—淬火，因此成品铝合金构件的强度难以补升。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铝合金构件的成形方法，实现形变强化与时效强化的协同、且有效避免淬火变形，达到了高强、高精度成形的综合要求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种铝合金构件的成形方法，用以将铝合金原材料制作成铝合金构件，包括步骤：

s100、对所述铝合金原材料进行固溶淬火；

s200、将所述铝合金原材料拉延成形为所述铝合金构件；

s300、对所述铝合金构件进行时效处理。

较优地，在步骤s100中包括步骤：

s110、将所述铝合金原材料固定在支撑部件上；

s120、将固定在所述支撑部件上的所述铝合金原材料放入加热炉中，加热至510℃至530℃后保温30分钟至60分钟；

s130、将固定在所述支撑部件上的所述铝合金原材料从加热炉中取出，并转移到室温水中进行淬火；

s140、将所述铝合金原材料与所述支撑部件拆分开。

较优地，所述加热炉为盐浴炉，所述盐浴炉中的熔盐配比量为kno3:nano3=1:1。

较优地，所述加热炉为空气炉，在所述空气炉内设置有第一均热风机，步骤s120中包括：开启所述第一均热风机，将所述空气炉内的温度偏差控制在±3℃之内。

较优地，在步骤s130中，将固定在所述支撑部件上的所述铝合金原材料从加热炉中取出，并转移到室温水中的时间为t1并且t1≤5秒。

较优地，步骤s100和s200之间的间隔时间为t2，并且t2≤2小时。

较优地，在步骤s200中包括步骤：

s210、将所述铝合金原材料固定在拉形装置中；

s220、通过所述拉形装置将所述铝合金原材料拉伸成形为所述铝合金构件；

s230、将所述铝合金构件从所述拉形装置中拆卸下来。

较优地，在步骤s220中，控制所述拉形装置对所述铝合金原材料的拉伸速度，使所述铝合金原材料的应变速率在10^-3/s^～10^-2/s。

较优地，在步骤s300中包括：

s310、将所述铝合金构件放入干燥箱中进行时效处理，其中时效温度为150℃至180℃，时效时间为4小时至20小时；

s320、将所述铝合金构件从所述干燥箱中取出。

较优地，所述干燥箱内设置有第二均热风机，在步骤s310中包括：开启所述第二均热风机将所述干燥箱内的温度偏差控制在±1℃之内。

本发明的铝合金构件的成形方法通过采用包括步骤：s100、对所述铝合金原材料进行固溶淬火，s200、将所述铝合金原材料拉延成形为所述铝合金构件，s300、对所述铝合金构件进行时效处理的技术方案，实现形变强化与时效强化的协同、且有效避免淬火变形，达到了高强、高精度成形的综合要求。

附图说明

图1本发明的铝合金构件的成形方法流程图。

图2为2219合金薄板时效温度为150℃的时效曲线图。

图3为2219合金经过不同变形量预拉伸、时效温度170℃时效后的力学性能图。

图4为2219合金预拉伸+150°c时效的工艺窗口图。

图5为2219合金预拉伸+150°c时效的工艺窗口图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的铝合金构件的成形方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种铝合金构件的成形方法，用以将铝合金原材料制作成铝合金构件，包括步骤：

s100、对铝合金原材料进行固溶淬火；

s200、将铝合金原材料拉延成形为铝合金构件；

s300、对铝合金构件进行时效处理。

采用这样的技术方案，能够实现形变强化与时效强化的协同、且有效避免淬火变形，达到了高强、高精度成形的综合要求。其中铝合金原材料可以是al-cu合金薄板，该al-cu合金薄板依据构件设计确定并在边缘预留20mm宽度作为冷拉压边区域。

具体地，在步骤s100中包括步骤：

s110、将铝合金原材料固定在支撑部件上；

s120、将固定在支撑部件上的铝合金原材料放入加热炉中，加热至510℃至530℃后保温30分钟至60分钟；

s130、将固定在支撑部件上的铝合金原材料从加热炉中取出，并转移到室温水中进行淬火；

s140、将铝合金原材料与支撑部件拆分开。

其中，支撑部件可以是薄壁多孔底板，在实际工作中，步骤s110中可以通过钢制压条将铝合金原材料（例如al-cu合金薄板）固定在薄壁多孔底板进行约束以防止淬火变形。进一步地，加热炉为盐浴炉，盐浴炉中的熔盐配比量为kno3:nano3=1:1，。加热炉也可以为空气炉，此时在空气炉内设置有第一均热风机，步骤s120中包括：开启第一均热风机，以保障炉气温度均匀。具体地，在步骤s120中，加热温度可以合金类型进行设定，无论使用那种类型的加热炉，温度偏差均控制在±3°c内。

优选地，在步骤s130中，将固定在支撑部件上的铝合金原材料从加热炉中取出，并转移到室温水中的时间为t1并且t1≤5秒。

具体地，步骤s100和s200之间的间隔时间为t2，并且t2≤2小时。这样能够避免自然时效的影响。

进一步地，在步骤s200中包括步骤：

s210、将铝合金原材料固定在拉形装置中；

s220、通过拉形装置将铝合金原材料拉伸成形为铝合金构件；

s230、将铝合金构件从拉形装置中拆卸下来。

在实际工作中，拉型装置可以是钢模拉形系统，在步骤s210中将铝合金原材料（例如al-cu合金薄板）在钢模拉形系统中就位，四周装夹压边。步骤s220中可以启动压力机推动钢模运动将铝合金原材料拉伸成形为铝合金构件。其中钢模型面在设计时可以考虑回弹，必要时可以通过加装垫片进行局部轮廓微调。

需要说明的是，在步骤s220中，可以通过控制拉形装置对铝合金原材料的拉伸速度，使铝合金原材料的应变速率在10^-3/s^～10^-2/s。

具体地，在步骤s300中包括：

s310、将铝合金构件放入干燥箱中进行时效处理，其中时效温度为150℃至180℃，时效时间为4小时至20小时；

s320、将铝合金构件从干燥箱中取出。

较优地，干燥箱内设置有第二均热风机，在步骤s310中包括：开启第二均热风机，以使干燥箱的温度均匀，进而将干燥箱内的温度偏差控制在±1℃之内。

为了验证本发明的效果，发明人分别在时效温度为150℃和170℃对材料为2219铝合金做了以下测试：

一、时效温度为150℃

将al-cu合金薄板进行固溶淬火处理；作为坯材的薄板尺寸为240mm×240mm。在步骤s100中，将al-cu合金薄板通过钢制压条固定于薄壁多孔底板进行约束，固溶处理在盐浴炉炉中进行，熔盐的配比为kno3:nano3=1:1，固溶温度选定为530°c±3°c，盐浴炉预热至该设定温度之后将带约束薄板置入，炉温重新到达设定温度后保温30分钟，保温结束后将薄板连同约束底板快速转移至冷水中进行淬火、水温为21°c，淬火转移时间不得超过5秒。卸除压条约束，从底板取下薄板备用。

在步骤s200中，将薄板装夹于钢模拉形系统，四周压边以备拉延成形，压边宽度为20mm，本例中凸模型面为扁球球冠，球冠底面直径为195mm；启动压力机推动钢模进行拉深成形，钢模移动速度为2～3mm/min，凸模上升高度15mm后拉深停止，之后卸载、取下构件。

在步骤s300中，设定时效温度为150±1°c、开启第二均热风机保证炉内温度均匀一致，干燥箱到温稳定之后，将冷拉成形浅盘放入干燥箱中进行时效处理，到温之后保温16小时，在此期间分别在1h、2h、4h、8h、12h、16h不同时间取样进行强度测试。

测试表明各时效状态下、在构件应变较大区域取小尺寸样品进行拉伸性能测试，结果如图2所示。可见，在此区域内(应变量约10%)取样样品其强度随时效进行持续升高，时效至16小时构件屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为387.5mpa、478.8mpa和11.2%，强度、塑性良好。

二、时效温度为170℃

切取2219合金薄板进行固溶淬火处理，薄板尺寸为80mm×80mm×3mm

在步骤s100中，固溶处理在盐浴炉炉中进行，熔盐的配比为kno3:nano3=1:1，固溶温度选定为530°c±3°c，盐浴炉预热至该设定温度之后将薄板置入，炉温重新到达设定温度后保温30分钟，保温结束后将薄板快速转移至冷水中进行淬火、水温为21°c；淬火转移时间小于5秒。

在步骤s200中，将上述2219合金薄板裁剪为80mm×10mm×3mm条状样品以备冷拉，将样品装卡于instron5569电子万能材料试验机上进行冷拉，装夹完成后启动试验机进行冷拉，拉伸速度为2mm/min，拉伸变形量分别设定为0%、5%、10%和15%，通过夹头行程进行变形量控制，冷拉变形量达到设定值后停止拉伸，取下样品。

在步骤s300中，将冷拉样品放入恒温干燥箱中进行时效处理，设定温度为170±1°c、并开启第二均热风机保证干燥箱温度均匀一致，干燥箱到温稳定之后装入构件进行处理，装样重新到温之后开始计时，时效处理持续16小时，期间分别在1h、2h、4h、8h、12h、16h不同时间取样进行强度测试。

对不同拉伸量及各时效状态下样品进行拉伸性能测试，结果如图3所示。可见，不同变形量状态的合金到达峰时效的时间随变形量的增大而提前，各状态合金的峰时效时间按照变形量从小打到依次为12h、8h、4h、3h，相应的屈服强度分别为315mpa、365mpa、370mpa、391mpa，相应的抗拉强度为437mpa、462.5mpa、460mpa、461mpa。

基于在时效温度为150℃和170℃工艺试验的结果，在预拉伸量—时效时间图上描下了工艺窗口的边界，如图4、5所示。在该预拉伸量—时效时间范围内，预期可以实现对构件形状、组织性能的协同优化。这样划定的工艺窗口为2219合金冷拉变形工艺设计与性能控制提供了依据。依据此图谱可以方便地确定某一“拉沿变形量+时效工艺下”构件强度、因此直接用于蒙皮类构件冷拉成形中“变形量-工艺温度-工艺时间”的选取。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。