一种消减合金板件残余应力的方法技术

本发明专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，是将至少一个表面设有波纹曲面结构的合金板件固溶淬火后进行冷压变形处理，冷压变形量小于等于波纹曲面的波纹高度。主要应用于固溶强化型合金板类、橼条类锻件，属于合金板材加工领域。所述方法冷压变形时采用平面结构压头对波纹曲面的波峰进行压制；通过波纹结构参数优化，冷压过程中冷压模具仅与锻件波峰金属直接接触，大大减小模具与试样的接触面积，在达到消减残余应力的同时，降低压制载荷。此方法实施过程中上下模具结构简单，操作成本低，同时残余应力消减效果显著。

A Method of Reducing Residual Stress of Alloy Plate

【技术实现步骤摘要】
一种消减合金板件残余应力的方法
本专利技术公开了一种消减合金板件残余应力的方法，特别是指一种消减合金板件残余应力的新型冷压方法，属于合金材料加工

技术介绍
高强度铝合金结构件被广泛应用于航空航天、交通运输、精密仪器等行业。7XXX系超高强度铝合金具有优良的力学性能和加工性能，是当前轻质高强金属结构件应用最为广泛的一类高强高韧铝合金。为了获得高强度，7XXX系超高强度铝合金必须进行固溶淬火处理。在固溶淬火处理过程中，铝合金构件由于冷却不均匀，从而诱发很大的淬火残余应力，尤其对于大型、整体、结构复杂的构件，其淬火残余应力的大小接近材料的屈服强度。结构件在机加工过程中，由于加工层金属的去除，构件初始的残余应力自平衡状态被打破，残余应力发生重分布，去除层材料对剩余金属的初始约束消失，等同于剩余金属受到一个反向的附加力矩的影响。结构件在刚度变化以及附加力矩的双重作用下，加工后的零部件在自由状态下产生严重的弯曲、扭转等变形现象。除此之外，残余应力的分布和大小会对铝合金结构件的疲劳强度、尺寸稳定性、抗应力腐蚀性能有显著的影响，从而威胁结构件服役期间的使用寿命和安全性能。因此，如何有效地控制、消减7XXX系超高强度铝合金构件中的淬火残余应力是目前高强度铝合金应用领域中极为重要的研究方向。目前淬火残余应力消减方法通常采用热处理和机械方法。其中，热处理工艺包括人工时效、深冷处理等。机械方法主要包括预拉伸法、冷压缩法和振动时效等。(1)人工时效。人工时效是高强高韧铝合金获得优异力学性能的重要工艺之一。一般将淬火后的铝合金加热到120℃～190℃，保温一定的时间后进行冷却，通过改变时效工艺参数可以对残余应力水平产生很大的影响。当淬火残余应力较大时，人工时效条件下，材料以晶界扩散、位错运动等方式产生蠕变，残余应力逐步松弛。当松弛到一定程度时到达松弛极限，残余应力趋于稳定。当前广泛应用的T74工艺消减残余应力效果仅在25～30％左右。然而，长时间或过高温度的人工时效处理会导致铝合金的力学性能明显降低。(2)深冷处理就是将构件放入低温介质(如液氮、干冰)中保温一定时间后，再快速转移至高温介质中保温，当温度到达平衡后，转移冷却至室温，从而达到降低构件中残余应力的一种方法。高低温介质间温度梯度越大，残余应力消减效果越好，根据温度梯度大小残余应力消减效率在20％～85％之间，因此高速蒸汽中的反淬火能够达到更好的应力消减效果。(3)振动时效。振动时效的工作原理是通过激振设备在构件上以振动的形式施加一定的激振力，使振动频率接近其固有频率，这样在应力集中区域，振动载荷和材料中原有的初始残余应力叠加达到材料的屈服状态发生微变形，残余应力随之下降，这种微变形在应力集中区域相继发生达到消减残余应力的目的。振动时效过程中晶粒发生偏转，小角晶界含量减小，大角晶界的量增加，位错密度降低。振动时效对较大应力梯度的区域(喷丸、焊接、滚压等)具有明显的消减效果，且振动时效克服了热时效无法对大型构件残余应力进行消减的缺点，多应用于大型构件，尤其是焊接构件的应力消减。(4)预拉伸法。预拉伸法消减淬火残余应力的原理是沿构件的某特定方向施加一定量的拉伸塑性变形，使产生的附加残余应力与原有的淬火残余应力相叠加，从而达到消减应力的目的。拉伸量在2％～3％之间为最佳拉伸效果，即内应力大幅降低，而机械性能牺牲最小。此方法只适合于形状简单的工件，对形状复杂的工件适应性差，生产中主要用于轧制板材的残余应力消减，受到拉伸机吨位与工艺条件等多方位因素的制约，拉伸板材的横截面积大小受到限制。(5)冷压缩法。冷压缩是通过对工件施加一定的压缩外载，使其与构件内部残余应力共同作用，材料发生不均匀塑性变形，从而使淬火残余应力得以消减。冷压缩法中的模压法可以将复杂构件中部分残余应力消减，但也会使得其他一些部分的残余应力加大。因此，模压法是调整结构件中的残余应力的分布而并非纯粹的消减工艺。运用冷压缩法可以使淬火态铝合金构件残余应力下降60％-90％，效果十分明显。但对于大型构件，模压法所需的载荷很大，一般压力机无法满足要求。以上常用的铝合金残余应力消减方法均有各自的特点和不足，有一定的适用范围。现阶段7XXX超高强度铝合金结构件均需要采取相应的办法消减淬火残余应力，满足后续机加工及装配后尺寸稳定性和力学性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种工艺简单，操作方便，有效降低构件模冷压压力，大幅度消减合金板件残余应力的方法，本专利技术通过在板类结构件表面增加波纹曲面几何结构特征，采用平面结构压头对波纹曲面的波峰进行压制，大幅度消减残余应力并降低模冷压的压制载荷。本专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，是将至少一个表面设有波纹曲面结构的合金板件固溶淬火后进行冷压变形处理，冷压变形量小于等于波纹曲面的波纹高度。本专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，合金板件为锻件、轧制件、挤压件中的一种。本专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，所述合金选自固溶强化型合金，具体选自铝合金、高温合金中的一种。本专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，合金板件的上下表面均设置有波纹曲面。本专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，所述波纹曲面中，波纹为正弦波，波纹高度d为合金板厚度的1％-5％，波长h为板厚的1.5-3倍。本专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，冷压变形时采用平面结构压头对波纹曲面的波峰进行压制；波峰金属与模具接触产生变形时发生流动，波谷金属随波峰金属流动而发生变形，波峰和波谷的高度差使得冷压过程中波谷并未受到压制力的直接作用，从而在波峰和波谷之间发生不均匀的塑形变形。本专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，合金板件固溶淬火后1-5小时内进行冷压变形处理；冷压过程在压头与板件之间涂抹润滑剂；所述润滑剂均匀涂抹在板件表面。本专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，冷压变形量为波纹高度的60-90％。本专利技术一种消减合金板件残余应力的方法，表面波纹曲面结构可通过模锻模具设计直接锻造成形获得，也可通过表面机加工方式完成；固溶温度为470-480℃，保温时间为3-8h，淬火介质为水，淬火过程伴随强烈搅拌。通过平面模对波纹曲面构件进行冷压。冷压处理为：带有波纹曲面结构特征的构件表面通过冷压模具施加载荷，模具为平面结构，变形过程中仅与波峰位置直接接触，整个过程并不对波谷位置进行直接冷压，波纹高度应大于冷压实际变形量以达到降低压制载荷的目的，即波峰高度为板厚的1％-5％；波纹长度应保证冷压过程中波峰位置的金属流动能较好的传递到波谷并达到消减残余应力的目的，即波长约为板厚的1.5-3倍。冷压处理在固溶处理后2-3小时内进行，冷压实际变形量为波纹高度的60-90％。优选的，波峰高度为板厚的3％，波长为板厚的2倍，冷压处理在固溶处理后2小时内进行，冷压实际变形量为波峰高度的60％-90％。冷压工艺特点：模具和结构件的接触面积大大减小，从而显著降低压制所需载荷。同时由于波峰和波谷的变形不一致性，试样表面波峰处的残余应力值减小，而波谷处的残余压应力值逐渐减小并转化为较小的拉应力，从而产生一个波峰为压应力，波谷为拉应力的拉压交替应力分布状态。本专利技术要降低冷压过程模具和锻件间的接触面积，同时使锻件整体发生拉伸变形。则锻件在冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消减合金板件残余应力的方法，是将至少一个表面设有波纹曲面结构的合金板件固溶淬火后进行冷压变形处理，冷压变形量小于等于波纹曲面的波纹高度。

【技术特征摘要】
1.一种消减合金板件残余应力的方法，是将至少一个表面设有波纹曲面结构的合金板件固溶淬火后进行冷压变形处理，冷压变形量小于等于波纹曲面的波纹高度。2.根据权利要求1所述的一种消减合金板件残余应力的方法，其特征在于：合金板件为锻件、轧制件、挤压件中的一种。3.根据权利要求1所述的一种消减合金板件残余应力的方法，其特征在于：所述合金选自固溶强化型合金。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种消减合金板件残余应力的方法，其特征在于：合金板件的上下表面均设置有波纹曲面。5.根据权利要求4所述的一种消减合金板件残余应力的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔明亮，袁武华，张鹏，赵红强，
申请(专利权)人：中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司，湖南大学，
类型：发明
国别省市：四川,51