由板材金属合金成形零件的方法技术

提供了一种由板材金属合金成形零件的方法，例如，由铝合金成形零件的方法。该方法包括加热(A)板材金属合金至发生合金的固溶热处理的温度，从而实现固溶热处理。以至少合金的临界冷却速率冷却(B)板材，然后将板材放在模具之间，以使其成形(C)为零件或朝向零件成形(C)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】领域本专利技术涉及由板材金属合金成形零件。在实施方案中，其涉及由铝合金成形零件。背景通常希望由与部件的最终用途兼容的很少的零件制造用于汽车和航空航天应用中的那些部件。一种制造满足这种要求的零件的方法是使用模组将单个金属板材成形为零件。然而，可以以这种方式成形的零件的形状复杂度受到在模组中成形的板材金属的机械性质的限制。一方面，其可能非常易碎；另一方面，其可能非常易延展(ductile)。在任一种情况下，可成形性都将受到限制。之前，本专利技术人发现将金属板材固溶热处理然后使其在冷模组中快速成形为零件改善金属的可成形性，从而允许由单个板材制造更复杂形状的部件。因此，这样的部件不再需要被成形为多零件总成。该方法公开于WO 2010/032002 A1中，其公开了一种使用固溶热处理、冷模成形和淬火(HFQ(RTM))工艺成形铝合金板材部件的方法。金属合金板材经受这样的处理时的金属合金板材温度示于图1中。大体而言，该目前的HFQ(RTM)工艺涉及以下步骤：(A)将板材金属工件预热至该金属的固溶热处理(SHT)温度范围，或高于该温度范围；(B)在预热温度下均热处理(soak)工件，以使材料能够被完全固溶热处理；(C)将工件转移至冷模组，并且在可能的最高温度下且以高成形速度快速成形；(D)将成形的零件保持在冷模组中用于快速冷却(冷模淬火)，以得到后成形强度需要的过饱和固溶体(SSSS)材料微结构；和(E)将成形的零件人工老化或自然老化，以得到提高的可热处理材料的强度。在C阶段，工件是在接近于SHT温度的温度下成形的，以使材料的高可延展性能够用于零件的成形中。在该高温下，工件非常柔软，可延展和易变形。尽管该方法因此比更早期的方法具有某些优点，包括能够成形具有高后成形强度需要的SSSS微结构的形状复杂的零件(复杂零件)，但是其还具有某些缺点。现在将描述这些缺点。当工件接近其SHT温度时，其是脆弱的(weak)。在复杂零件成形期间，工件的某些区域被模具约束，而其它区域被迫溢出模具。材料从仍被保持在模具中的区域到正被冲压(stamp)的区域的流动受到限制。这可以导致工件局部变薄和撕裂。这是因为成形工艺较少受益于应变硬化(strain hardening)的作用，其在较高的温度下更弱，尤其在铝合金情况下。应变使金属硬化，使得工件已经变形的区域变得更硬且因此更坚固。这增加了这些变形的区域牵拉区域中的其它材料和将该材料拉入模具中的能力。金属被拉拔是其本身形变且因此硬化。整个板材的形变和硬化阻止局部变薄，和导致更均匀的变形。应变硬化越大，均匀变形的倾向越大。在仅微弱应变硬化的情况下，变形位于高延展性区域并且拉入受限，因此局部变薄的发生率和失效可因此增加。这削弱了可成形性。为了提高在该工艺中的可成形性和强度，以非常高的速度在模具中成形工件，以便通过最大化应变率硬化(strain rate hardening)作用来补偿高温下较弱的应变硬化。对用以增加延展性的高温和用以增大应变硬化和应变率硬化的高成形速度的需要可以导致以下问题：(i)将大量的热从工件转移到模组。因为成形工艺需要这些模具保持在低温下，以实现得到SSSS微结构所需的淬火速率，所以它们不得不在表面上或通过携带冷却剂的内部管道(或其它方式)被人工冷却。重复的热循环可以导致这些模具更快的退化和磨损。(ii)对于HFQ成形的零件的批量生产，将模具冷却的需要使这些模具的设计、操作和维护复杂化，并且增加模组成本。(iii)模具中的保压压力和时间更高，因为成形的零件不得不保持在这些模具之间，直到其被冷却至希望的温度。与具有更低成形时间和压力的方法相比，这使用更多的能量且降低成形效率和因此降低生产率。(iv)当在成形期间关闭这些模具时，高成形速度可以引起显著的冲击负载(impact load)。重复的负载可以导致对这些模具的破坏和磨损。其也可以使得必须使用高延展性模具材料，这增加模组成本。(v)该工艺需要专门的高速液压机，以提供合模力(die closing force)。这些液压机昂贵，这限制了HFQ工艺的应用。将希望解决目前的HFQ工艺的这些问题中的至少一些问题。专利技术概述根据本专利技术的第一方面，提供了一种由板材金属合金成形零件的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将所述板材加热至发生合金的固溶热处理的温度，以便实现固溶热处理；(b)以至少合金的临界冷却速率冷却所述板材；和然后(c)将所述板材放置在模具之间，以使其成形为复杂零件或朝复杂零件成形。[材料]该板材可以是由铝合金制成的。该板材可以是由AA5XXX合金制成的。该板材可以是由AA6XXX合金制成的。该板材可以是由AA7XXX合金制成的。其可以是由铝合金6082制成的。该板材可以是由镁合金制成的。其可以是由钛合金制成的。该板材可以是由在成形之前需要固溶热处理的任意合金制成的。该板材可以是由回火合金制成的。该板材可以是由非回火合金制成的。该板材可以是由退火合金制成的。[步骤(a)][SHT温度]步骤(a)中加热板材达到的温度将取决于合金和取决于成品零件的应用。存在可以实现固溶热处理(SHT)的温度范围。该范围的下端可以是合金的固溶温度(solvus tenperature)。可以将固溶温度定义为以下温度：在该温度下，板材中将沉淀的合金元素成为固溶体或开始成为固溶体。该范围的上端可以是合金的固相线温度(solidus temperature)。可以将固相线温度定义为以下温度：在该温度下，板材中的合金元素沉淀。步骤(a)可以包括将板材加热到至少合金中的沉淀溶解的温度。当板材金属合金是铝合金6082时，步骤(a)可以包括将板材加热到520℃-575℃(575℃是铝合金6082的固相线温度)。当板材金属合金是铝合金6082时，步骤(a)可以包括将板材加热到520℃-565℃。当板材金属合金是铝合金6082时，步骤(a)可以包括将板材加热到520℃-540℃。当板材金属合金是回火铝合金6082时，步骤(a)可以包括将板材加热至525℃。当板材金属合金是AA5XXX合金时，步骤(a)可以包括将板材加热到480℃-540℃。当板材金属合金是AA7XXX合金时，步骤(a)可以包括将板材加热到460℃-520℃。[均热处理]步骤(a)可以包括将板材加热至发生合金的固溶热处理的温度范围内的温度，和将其保持在该温度范围内至少15秒。当板材是由回火金属合金制成的时，步骤(a)可以包括将板材保持在该温度范围内15至25秒。当板材是由回火金属合金制成的时，步骤(a)可以包括将板材保持在该温度范围内至少一分钟。当板材是由非回火金属合金制成的时，步骤(a)可以包括将板材保持在该温度范围内至少五分钟。将板材保持在其固溶热处理温度范围内使合金元素溶解成金属基体。[效果]通过在其成形之前将板材固溶热处理，可以得到与没有SHT步骤的方法中相比更高的可延展性。[步骤(b)]该方法与WO2010/032002A1部分中描述的方法的不同之处至少在于：其包括在将板材加热至发生固溶热处理(SHT)的温度之后，将板材放置于模具之间之前，以至少合金的临界冷却速率冷却板材的步骤(b)。[冷却速率]步骤(b)的临界冷却速率根据合金而有所不同。步骤(b)可以包括以至少避免合金中的微结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由板材金属合金成形零件的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将所述板材加热至发生合金的固溶热处理的温度，以便实现固溶热处理；(b)以至少合金的临界冷却速率冷却所述板材；和然后(c)将所述板材放在模具之间，以使其成形为复杂零件或朝向复杂零件成形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.14 GB 1404650.2;2015.02.26 GB 1503238.61.一种由板材金属合金成形零件的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将所述板材加热至发生合金的固溶热处理的温度，以便实现固溶热处理；(b)以至少合金的临界冷却速率冷却所述板材；和然后(c)将所述板材放在模具之间，以使其成形为复杂零件或朝向复杂零件成形。2.权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括以至少避免合金中微结构沉淀的速率冷却所述板材。3.权利要求1或权利要求2所述的方法，其中将所述板材冷却至仍允许成形所述零件的最低温度。4.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(b)包括将冷却介质施加至所述板材。5.权利要求4所述的方法，其中所述冷却介质是固体。6.权利要求4所述的方法，其中所述冷却介质是流体。7.前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(b)包括选择性地将所述板材的至少第一区域冷却至第一温度，所述第一温度低于所述板材的至少第二区域被冷却达到的第二温度。8.从属于权利要求5时的权利要求7所述的方法，其中步骤(b)包括：通过以比施加至第二区域更大的压力将固体施加至第一区域，选择性地将所述板材的至少第一区域冷却至第一温度，所述第一温度低于所述板材的至少第二区域被冷却达到的第二温度。9.从属于权利要求4时的权利要求7所述的方法或权利要求8所述的方法，其中步骤(b)包括：通过将所述固体施加至第一区域而不施加至第二区域，选择性地将所述板材的至少第一区域冷却至第一温度，所述第一温度低于...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·亚当，D·巴林特，T·迪恩，J·迪尔，O·艾尔法基尔，A·福斯特，林建国，王黎亮，
申请(专利权)人：帝国创新有限公司，印象科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB