1.本发明涉及型材制造技术领域，具体涉及一种铝合金超高强度弯曲型材的生产工艺。
背景技术：2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.高强度铝合金(2系、7系及新型铝锂合金)型材在军用飞机、民用飞机、运载火箭等飞行器上的用量分别在15％、65％和70％以上，其结构形式主要包括板材、型材、模锻件、壁板等。具有特殊弧度要求的弯曲型材作为飞机机身长桁、框、缘条、加强肋条等骨架类构件，起到承力和满足飞机气动力外形的关键作用，而采用弯曲型材拼合的环框型材是运载火箭的重要骨架构件，具有支撑和强化箭体作用。
4.制约以铝锂合金外代表的高强度铝合金弯曲型材成形制造的主要矛盾点在于型材的强度和弯曲成形能力难以兼顾。具有超高强度(屈服强度600mpa以上)的铝合金型材在室温下进行弯曲成形时，其可弯曲程度极为有限，弯曲半径一般在1000mm以上，无法制造具有极小弯曲半径(弯曲半径小于型材横截面最大宽度的1/2，例如100mm以下)的产品。对铝合金型材加热可提高型材的弯曲程度，但加热会削弱甚至彻底消除型材的形变热处理强化效果，从而导致弯曲型材的强度大幅度下降，不再具有超高强度的力学性能优势。
技术实现要素：5.针对现有技术的局限性，本发明的目的是提供一种铝合金超高强度(屈服强度600mpa以上)弯曲型材的生产工艺。该生产工艺制备得到的弯曲型材具有超高强度，解决了现有技术中型材的强度和弯曲成形能力难以兼顾的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.本发明提供一种超高强度铝合金弯曲型材的生产工艺，包括如下步骤：
8.s1、对铝合金坯料进行慢速加热和保温处理；
9.s2、对步骤s1所得铝合金坯料进行双向差速热挤压和自然冷却，以获得弯曲型材；
10.s3、对步骤s2所得弯曲型材进行强约束、离线固溶及淬火；
11.s4、对步骤s3所得弯曲型材在室温下进行限定变形量的二次弯曲成形；
12.s5、对步骤s4所得弯曲型材进行强约束和时效处理。
13.进一步的，步骤s1中慢速加热和保温处理的条件为：以0.5-1.0℃/min的加热速率加热至480-500℃，保温时间为8-24h。
14.进一步的，步骤s2中所述的双向差速热挤压是指采用两个挤压杆对加热后的坯料的两端分别施加不同的加载速度进行挤压使得挤出型材发生可控的弯曲变形，双向差速挤压的关键参数包括两个挤压杆的挤压速度v1和v2、坯料横截面面积ab、弯曲型材横截面面积ap
，弯曲型材横截面外接圆直径d
p
、挤压模具工作带最大长度l；其中两个挤压杆速度的和(v1+v2)需在[3/(ab/a
p
)]mm/s至[30/(ab/a
p
)]mm/s范围内；在此速度范围内通过改变(v
1-v2)/v1的值调控弯曲型材的弯曲半径；挤压模具工作带最大长度l需小于弯曲型材横截面外接圆直径d
p
的1/2。
[0015]
进一步的，s2中所述双向差速热挤压的条件为：坯料温度385-475℃，挤压筒温度420-450℃，挤压模具预热温度450-500℃。
[0016]
进一步的，s2中双向差速热挤压时，从挤压机挤出的型材的温度控制在500℃以下，挤出型材自然冷却至室温。
[0017]
进一步的，s3所述离线固溶和淬火的条件为：490-530℃温度范围内保温1.5-3h固溶处理后立即放入室温水中进行淬火，淬火转移时间不超过5s。
[0018]
进一步的，s3和s5中所述的对弯曲型材施加的强约束，是指通过夹持和限位工具对弯曲型材进行固定，以约束型材的所有自由度。
[0019]
进一步的，s4中所述二次弯曲成形在成形淬火后5h内完成，塑性变形量控制在2％-6％。
[0020]
进一步的，s5中所述时效处理的条件为：温度150-170℃，时间24-48h。
[0021]
本发明的另一方面，提供上述生产工艺制备得到的超高强度铝合金弯曲型材。
[0022]
上述本发明的实施例的有益效果如下：
[0023]
本发明提出“双向差速热挤压
→
固溶、淬火
→
冷弯
→
时效”的生产工艺方法，这种特殊的工艺方法主要有两个方面的优点：一是通过特定的坯料热处理和双向差速热挤压工艺，既可以避免型材发生热裂和晶粒长大，又可以大幅度提升铝合金材料的塑性变形能力，显著增加型材的可弯曲程度，从而顺利获得具有极小弯曲半径的弯曲型材。二是通过特殊的冷弯成形方法(二次弯曲成形)，既可以有效消除淬火后中的残余应力，又对弯曲型材起到精密化成形作用，同时通过调控弯曲变形的变形量还充分发挥了弯曲型材的形变热处理强化效果。采用本发明的整体工艺路线和具体每个工艺的限定条件，可生产屈服强度高达600mpa且弯曲半径小于型材横截面最大宽度的1/2的超高强度铝合金弯曲型材。
具体实施方式
[0024]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0025]
面对本发明的应用原理作详细的描述。
[0026]
正如背景技术所介绍的，以铝锂合金为代表的高强度铝合金弯曲型材成形制造的主要矛盾点在于型材的强度和弯曲成形能力难以兼顾，使得获得具有超高强度且极小弯曲半径的铝合金弯曲型材成为困难。为此，本发明提供一种铝合金超高强度弯曲型材的生产工艺方法。
[0027]
实施例1
[0028]
以2195铝锂合金为原材料，本发明的实施例提供了一种铝合金超高强度弯曲型材的生产工艺，包括：
[0029]
s1、以1.0℃/min的加热速率将2195铝锂合金坯料加热至500℃，保温时间为24h。
[0030]
s2、对步骤s1所得2195铝锂合金坯料进行双向差速热挤压和自然冷却，以获得弯曲型材。
[0031]
具体地，所述的双向差速热挤压的关键参数包括两个挤压杆的挤压速度v1和v2、坯料横截面面积ab、弯曲型材横截面面积a
p
，弯曲型材横截面外接圆直径d
p
、挤压模具工作带最大长度l；其中两个挤压杆速度的和(v1+v2)为[3/(ab/a
p
)]mm/s；在(v1+v2)的限定条件下通过改变(v
1-v2)/v1的值调控弯曲型材的弯曲半径；挤压模具工作带最大长度l需小于弯曲型材横截面外接圆直径d
p
的1/2。
[0032]
双向差速热挤压的条件为：坯料温度475℃，挤压筒温度450℃，挤压模具预热温度500℃。
[0033]
双向差速热挤压时，从挤压机挤出的型材的温度控制在500℃以下，挤出型材自然冷却至室温。
[0034]
s3、通过夹持和限位工具对挤出的弯曲型材进行固定，以约束型材的所有自由度，然后将其在530℃温度范围内保温1.5h固溶处理后立即放入室温水中进行淬火，淬火转移时间不超过5s。
[0035]
s4、在5h内将淬火后的弯曲型材在室温下进行二次弯曲成形，弯曲成形的塑性变形量控制在6％，以减小淬火过程造成的残余应力，实现弯曲型材的精密化成形，并使得型材产生定量的加工硬化效果。
[0036]
s5、通过夹持和限位工具对挤出的弯曲型材进行固定，以约束型材的所有自由度，然后将弯曲型材进行时效处理，处理条件为温度170℃，时间24h，以进一步消除残余应力，并获得时效强化效果。
[0037]
采用本发明的生产工艺方法，可生产屈服强度高达600mpa、弯曲半径小于型材横截面最大宽度的1/2的超高强度、残余应力小的2195铝锂合金弯曲型材。
[0038]
实施例2
[0039]
以2195铝锂合金为原材料，本发明的实施例提供了一种铝合金超高强度弯曲型材的生产工艺，包括：
[0040]
s1、以0.5℃/min的加热速率将2195铝锂合金坯料加热至480℃，保温时间为8h。
[0041]
s2、对步骤s1所得2195铝锂合金坯料进行双向差速热挤压和自然冷却，以获得弯曲型材。
[0042]
具体地，所述的双向差速热挤压的关键参数包括两个挤压杆的挤压速度v1和v2、坯料横截面面积ab、弯曲型材横截面面积a
p
，弯曲型材横截面外接圆直径d
p
、挤压模具工作带最大长度l；其中两个挤压杆速度的和(v1+v2)为[30/(ab/a
p
)]mm/s；在(v1+v2)的限定条件下通过改变(v
1-v2)/v1的值调控弯曲型材的弯曲半径；挤压模具工作带最大长度l需小于弯曲型材横截面外接圆直径d
p
的1/2。
[0043]
双向差速热挤压的条件为：坯料温度385℃，挤压筒温度420℃，挤压模具预热温度450℃。
[0044]
双向差速热挤压时，从挤压机挤出的型材的温度控制在500℃以下，挤出型材自然冷却至室温。
[0045]
s3、通过夹持和限位工具对挤出的弯曲型材进行固定，以约束型材的所有自由度，然后将其在490℃温度范围内保温3h固溶处理后立即放入室温水中进行淬火，淬火转移时
间不超过5s。
[0046]
s4、在5h内将淬火后的弯曲型材在室温下进行二次弯曲成形，弯曲成形的塑性变形量控制在2％，以减小淬火过程造成的残余应力，实现弯曲型材的精密化成形，并使得型材产生定量的加工硬化效果。
[0047]
s5、通过夹持和限位工具对挤出的弯曲型材进行固定，以约束型材的所有自由度，然后将弯曲型材进行时效处理，处理条件为温度150℃，时间48h，以进一步消除残余应力，并获得时效强化效果。
[0048]
实施例3
[0049]
以2195铝锂合金为原材料，本发明的实施例提供了一种铝合金超高强度弯曲型材的生产工艺，包括：
[0050]
s1、以0.7℃/min的加热速率将2195铝锂合金坯料加热至490℃，保温时间为15h。
[0051]
s2、对步骤s1所得2195铝锂合金坯料进行双向差速热挤压和自然冷却，以获得弯曲型材。
[0052]
具体地，所述的双向差速热挤压的关键参数包括两个挤压杆的挤压速度v1和v2、坯料横截面面积ab、弯曲型材横截面面积a
p
，弯曲型材横截面外接圆直径d
p
、挤压模具工作带最大长度l；其中两个挤压杆速度的和(v1+v2)为[15/(ab/a
p
)]mm/s；在(v1+v2)的限定条件下通过改变(v
1-v2)/v1的值调控弯曲型材的弯曲半径；挤压模具工作带最大长度l需小于弯曲型材横截面外接圆直径d
p
的1/2。
[0053]
双向差速热挤压的条件为：坯料温度430℃，挤压筒温度435℃，挤压模具预热温度480℃。
[0054]
双向差速热挤压时，从挤压机挤出的型材的温度控制在500℃以下，挤出型材自然冷却至室温。
[0055]
s3、通过夹持和限位工具对挤出的弯曲型材进行固定，以约束型材的所有自由度，然后将其在510℃温度范围内保温2h固溶处理后立即放入室温水中进行淬火，淬火转移时间不超过5s。
[0056]
s4、在5h内将淬火后的弯曲型材在室温下进行二次弯曲成形，弯曲成形的塑性变形量控制在4％，以减小淬火过程造成的残余应力，实现弯曲型材的精密化成形，并使得型材产生定量的加工硬化效果。
[0057]
s5、通过夹持和限位工具对挤出的弯曲型材进行固定，以约束型材的所有自由度，然后将弯曲型材进行时效处理，处理条件为温度160℃，时间36h，以进一步消除残余应力，并获得时效强化效果。
[0058]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种超高强度铝合金弯曲型材的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：s1、对铝合金坯料进行慢速加热和保温处理；s2、对步骤s1所得铝合金坯料进行双向差速热挤压和自然冷却，以获得弯曲型材；s3、对步骤s2所得弯曲型材进行强约束、离线固溶及淬火；s4、对步骤s3所得弯曲型材在室温下进行限定变形量的二次弯曲成形；s5、对步骤s4所得弯曲型材进行强约束和时效处理。2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤s1中慢速加热和保温处理的条件为：以0.5-1.0℃/min的加热速率加热至480-500℃，保温时间为8-24h。3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤s2中所述的双向差速热挤压的关键参数包括两个挤压杆的挤压速度v1和v2、坯料横截面面积a
b
、弯曲型材横截面面积a
p
，弯曲型材横截面外接圆直径d
p
、挤压模具工作带最大长度l；其中两个挤压杆速度的和(v1+v2)需在[3/(a
b
/a
p
)]mm/s至[30/(a
b
/a
p
)]mm/s范围内；在此速度范围内通过改变(v
1-v2)/v1的值调控弯曲型材的弯曲半径；挤压模具工作带最大长度l需小于弯曲型材横截面外接圆直径d
p
的1/2。4.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤s2中所述双向差速热挤压的条件为：坯料温度385-475℃，挤压筒温度420-450℃，挤压模具预热温度450-500℃。5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤s2中双向差速热挤压时，从挤压机挤出的型材的温度控制在500℃以下，挤出型材自然冷却至室温。6.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤s3中所述离线固溶和淬火的条件为：490-530℃温度范围内保温1.5-3h固溶处理后立即放入室温水中进行淬火，淬火转移时间不超过5s。7.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤s3和s5中所述的对弯曲型材施加的强约束，是指通过夹持和限位工具对弯曲型材进行固定，以约束型材的所有自由度。8.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤s4中所述二次弯曲成形在成形淬火后5h内完成，塑性变形量控制在2％-6％。9.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，步骤s5中所述时效处理的条件为：温度150-170℃，时间24-48h。10.根据权利要求1-9任一项所述生产工艺制备得到的超高强度铝合金弯曲型材。
技术总结本发明涉及一种铝合金超高强度弯曲型材的生产工艺，涉及航空航天飞行器、高速列车、汽车等制造技术领域，工艺方法包括对铝合金坯料进行慢速加热和保温处理；对铝合金坯料进行双向差速热挤压和自然冷却，以获得弯曲型材；对弯曲型材进行强约束、离线固溶及淬火；对弯曲型材在室温下进行限定变形量的二次弯曲成形；对弯曲型材进行强约束和时效处理。本发明可解决现有技术难以兼顾铝合金型材的强度和弯曲成形能力的问题。成形能力的问题。
技术研发人员：喻俊荃 赵国群
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2022.07.19
技术公布日：2022/11/1
