控制铝合金拉伸成型表面橘皮效应的热处理方法

(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201310636560.1(22)申请日2013.12.02C22F1/04(2006.01)(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人高志明孙芳芳马宗青(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人王秀奎(54)发明名称控制铝合金拉伸成型表面橘皮效应的热处理方法(57)摘要本发明公开了控制铝合金拉伸成型表面橘皮效应的热处理方法，选择退火态的铝合金板材，制成标准的单轴拉伸试样；将表面进行处理后；进行固溶处理，温度为520—535℃，保温时间为30—35min，淬火介质30wt%NaCl水溶液；进行单轴拉伸，变形量为10%，变形速率v=1mm/min；进行时效处理，时效温度为175℃，保温时间为12h。本发明的技术方案通过控制热处理工艺，避免了晶粒粗大，避免了表面橘皮效应，同时达到了所需要的材料强度要求。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图2页(10)申请公布号CN104674141A(43)申请公布日2015.06.03CN104674141A1/1页21.控制铝合金拉伸成型表面橘皮效应的热处理方法，其特征在于，选择退火态的铝合金板材，制成标准的单轴拉伸试样；将表面进行处理后；进行固溶处理，温度为520—535℃，保温时间为30—35min，淬火介质30wt%NaCl水溶液；进行单轴拉伸，变形量为10%，变形速率v=1mm/min；进行时效处理，时效温度为175℃，保温时间为12h，以使其强度σ0.2≥300MPa，σb≥391MPa，其表面粗糙度Ra不高于0.9μm。2.根据权利要求1所述的控制铝合金拉伸成型表面橘皮效应的热处理方法，，其特征在于，使用30wt%NaCl水溶液进行淬火，冷却速度如下：高温段冷却速度为1100—1200℃/s，低温段冷却速度为300℃/s。权利要求书CN104674141A21/3页3控制铝合金拉伸成型表面橘皮效应的热处理方法技术领域[0001]本发明涉及铝合金一次拉伸成型中材料表面质量的一种控制方法，更确切地说，本发明涉及铝合金板材一次拉伸成型过程消除表面橘皮效应的热处理工艺条件。背景技术[0002]铝合金在拉伸成型过程中，产生表面橘皮效应。采用表面粗糙度（Ra）表征试样表面橘皮效应程度。表面橘皮效应不仅影响了材料表面的美观，而且使材料厚度不均匀，从而降低材料的力学性能。因此降低拉伸成型的试样的表面粗糙化程度成为一个亟待解决的问题。材料表面粗糙化的产生是由于材料的微观不均匀性及晶粒内部形变的不均匀性造成的。材料的表面粗糙化程度与材料的晶粒大小相关。[0003]铝合金的热处理工艺（固溶温度、保温时间、淬火介质）对其晶粒大小有重要影响。固溶温度过高，引起过烧；温度过低，材料的固溶处理过程不充分，导致材料的力学性能降低。保温时间越短，材料固溶处理过程不充分；时间过长导致晶粒长大。在一定范围内，淬火介质的冷却速度越大，晶粒越细小均匀，材料性能越好。热处理的目的是得到细小均匀的组织，从而在拉伸变形过程中，材料的表面粗糙化降低。发明内容[0004]本发明的技术目的在于克服现有技术的不足，为解决铝合金板材拉伸成型时因为晶粒粗大而产生的表面橘皮效应，本发明给出了避免材料拉伸成型过程中产生表面橘皮效应的热处理方法。[0005]本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：[0006]控制铝合金拉伸成型表面橘皮效应的热处理方法，在一次拉伸成型过程中，变形量为10%，具体操作步骤如下：选择退火态的铝合金板材，制成标准的单轴拉伸试样；将表面进行处理后；进行固溶处理，温度为520—535℃，保温时间为30—35min，淬火介质30wt%NaCl水溶液（质量百分数为30%的氯化钠水溶液）；进行单轴拉伸，变形量为10%，变形速率v=1mm/min；进行时效处理，时效温度为175℃，保温时间为12h，测其强度。其强度σ0.2≥300MPa，σb≥391MPa，其表面粗糙度Ra不高于0.9μm。[0007]使用30wt%NaCl水溶液进行淬火，冷却速度如下：高温段冷却速度为1100—1200℃/s，低温段冷却速度为300℃/s。[0008]本发明提出了合理的热处理工艺，铝合金的组织细小均匀，在达到材料使用所需的强度要求的同时，在拉伸变形过程中，材料的表面橘皮效应降低，大大提高了拉伸成型过程的生产效率。与现有技术相比，本发明通过控制材料的热处理条件，使组织均匀细化。从而在铝合金拉伸成型过程中，采用一次拉伸成型也能消除表面橘皮效应，达到材料的表面粗糙度要求和强度要求。与二次成型相比，大大提高了生产效率。附图说明说明书CN104674141A32/3页4[0009]图1为本发明方法的流程图。[0010]图2为三种热处理状态铝合金的金相组织，其中（1）试样1“O”状态；（2）试样2“W”状态，固溶温度535℃，保温时间35min，淬火介质为自来水；（3）试样3“W”状态，固溶温度525℃，保温时间35min，淬火介质为30wt%NaCl水溶液。具体实施方式[0011]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。[0012]首先进行试样表面除油处理，选择“O”状态（变形铝合金的退火状态）下的铝合金板材进行表面处理，其表面不允许有油污，不允许有影响表面质量明显的划伤、划痕，表面的油污要清理干净。[0013]步骤2，进行固溶处理，炉温升到525℃时，将试样放入热处理炉内，温度精度为2℃，保温时间35min。采用30wt%NaCl水溶液，不同的淬火介质冷却速度如下表所示：[0014]高温段冷却速度（℃/s）低温段冷却速度（℃/s）肥皂水30200蒸馏水25020018℃自来水60027030wt%NaCl水溶液1100300[0015]步骤3，将退火态铝合金板材加工成为单轴拉伸标准试样，并进行以下热处理，在金相显微镜下观测显微组织，计算晶粒直径。[0016]试样的热处理工艺如下：[0017]试样1：“O”状态，“O”状态为变形铝合金的退火状态；[0018]试样2：“W”状态，即固溶处理后不稳定的过饱和状态，固溶温度535℃，保温时间35min，淬火介质为自来水；[0019]试样3：“W”状态，即固溶处理后不稳定的过饱和状态，固溶温度525℃，保温时间35min，淬火介质为30wt%NaCl水溶液。[0020]“O”状态和“W”状态铝合金试样的金相晶粒直径[0021]试样号123晶粒直径（μm）136206178[0022]步骤4，拉伸变形，将单轴拉伸铝合金试样采用单轴拉伸成型，变形量10%，变形速率采用中等速率1mm/min。[0023]步骤5，时效处理，采用人工时效，时效温度为175℃，保温时间为12h。[0024]步骤6，表面粗糙度测定，采用FORMTALYSURF表面轮廓仪测定变形后的试样的表面粗糙度，其粗糙度如下表所示。说明书CN104674141A43/3页5[0025]试样号123表面粗糙度（μm）0.7560.8171.051[0026]最后进行热处理后的性能测试，从附图显示的金相照片可知，热处理后显微组织无[0027]过烧，晶粒细小均匀，强度符合要求。试样的强度如下表所示[0028][0029]“O”状态为变形铝合金的退火状态；“W”状态是指固溶处理后不稳定的过饱和状[0030]态；“T6”状态是指固溶处理后，经过人工时效得到的状态。[0031]经上述方法处理可知，试样表面无橘皮现象，测定试样表面粗糙度为0.817μm，低于0.9μm；其强度σ0.2为304—310MPa，σb为395—408MPa，符合权利要求（σ0.2≥300MPa，σb≥391MPa）。[0032]以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。说明书CN104674141A51/2页6图1说明书附图CN104674141A62/2页7图2说明书附图CN104674141A7