專利名稱：一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及航天器中高精度薄壁鋁合金零件的消除應力處理方法，特別是涉及一 種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法。
背景技術：
航天器結(jié)構上有大量的高精度薄壁鋁合金零件，例如對接環(huán)、星敏支架、太敏支 架等零件。因其尺寸較大、薄壁、加工量大等特點，加工過程中易產(chǎn)生較大應力。在機械加 工過程中，由于刀具擠壓、卡具裝卡等因素，造成零件表面造成拉應力或壓應力。在長期放 置或使用過程中應力逐步釋放，零件發(fā)生失穩(wěn)變形，加工變形問題成為制約高精度薄壁鋁 合金的關鍵問題之一。高精度薄壁鋁合金零件多采用低溫消除應力或時效處理消除應力，其消除應力溫 度是影響消除應力效果的主要因素。消除時效溫度低，力學性能性能基本無變化，消除應力 效果不明顯；消除應力溫度高，消除應力效果相對較好，但強度和伸長率均不同程度降低， 影響材料的使用性能。因此，傳統(tǒng)的鋁合金消除應力方法不能滿足一些高精度薄壁件產(chǎn)品 的加工要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種高精度薄壁鋁合金零件的 尺寸穩(wěn)定化處理方法，該方法采用冷熱交變的方法，使得薄壁鋁合金零件在持續(xù)冷熱交變 下產(chǎn)生壓應力或拉應力，與機械加工應力相抵消，降低零件的應力狀態(tài)，有效解決了高精度 薄壁鋁合金零件加工過程中殘余應力大、易變形等問題，提高了薄壁鋁合金零件加工的可 靠性和產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明的上述目的是通過如下技術方案予以實現(xiàn)的一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，包括如下步驟步驟(一)、對待處理的薄壁鋁合金零件進行表面清潔，保證薄壁鋁合金零件表面 無污漬；步驟(二)、采用加熱設備對表面清潔后的薄壁鋁合金零件進行正溫處理，首先設 置加熱設備的處理溫度和保溫時間，保證正溫處理溫度為110°c 190°c，在加熱設備升溫 到正溫處理溫度后，將薄壁鋁合金零件水平放入加熱設備，重新升溫，待溫度達到正溫處理 溫度后，保溫池 4h，將零件取出快速冷卻；步驟(三)、對薄壁鋁合金零件進行負溫處理，將負溫處理設備降溫到負溫處理溫 度后，將冷卻后的薄壁鋁合金零件放置在負溫處理設備中，當負溫處理設備恢復至負溫處 理溫度后，保溫Ih 池，將零件快速取出，裝入正溫處理用的加熱設備，所述負溫處理溫度 為-60°C -196 °C ；步驟(四)、采用加熱設備再次對薄壁鋁合金零件進行正溫處理，提前設置加熱設 備的處理溫度和保溫時間，保證正溫處理溫度為110°C 190°C，在加熱設備升溫到正溫處理溫度后，將負溫處理后快速取出的薄壁鋁合金零件水平放入加熱設備，重新升溫，待溫度 達到正溫處理溫度后，保溫濁 4h，將零件冷卻。在上述高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法中，還包括如下步驟(五)步驟(五)、重復步驟(三)和步驟(四)，對薄壁鋁合金零件進行第二次尺寸穩(wěn) 定化處理，繼續(xù)重復步驟(三)和步驟(四)，對薄壁鋁合金零件進行第三次尺寸穩(wěn)定化處 理，依次類推，對薄壁鋁合金零件進行第η次尺寸穩(wěn)定化處理，其中η為正整數(shù)。在上述高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法中，薄壁鋁合金零件加工量 大、殘余應力小時，對零件進行1 2次尺寸穩(wěn)定化處理；薄壁鋁合金零件加工量大、殘余應 力大時，對薄壁鋁合金零件進行2 3次尺寸穩(wěn)定化處理。在上述高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法中，步驟(四)中若正溫處 理完成后的薄壁鋁合金零件不再進行后續(xù)尺寸穩(wěn)定化處理，則對零件的冷卻采用隨加熱設 備進行冷卻的方式，若正溫處理完成后的薄壁鋁合金零件繼續(xù)進行后續(xù)尺寸穩(wěn)定化處理， 則對零件的冷卻采用取出后快速冷卻的方式。在上述高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法中，步驟(二)和步驟(四) 中的加熱設備具有鼓風對流裝置，以保證加熱設備的溫度均勻性，且加熱設備的溫度均勻 性為士5°C，控溫精度為士 1°C ；加熱設備可以為高低溫循環(huán)箱或鼓風干燥箱。在上述高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法中，步驟(二)中將薄壁鋁 合金零件放入加熱設備之前，首先將待處理薄壁鋁合金零件固定在工裝上，使得在采用加 熱設備進行加熱時零件不發(fā)生變形。在上述高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法中，步驟(三)中負溫處理 設備的溫度均勻性為士5°C，負溫處理設備為液氮槽或冷熱交變箱。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明采用冷熱交變的方法，使得薄壁鋁合金零件在持續(xù)冷熱交變下產(chǎn)生壓 應力或拉應力，與機械加工應力相抵消，降低零件的應力狀態(tài)，建立不同加工余量條件下的 尺寸穩(wěn)定化工序安排，設計“正溫-負溫-正溫”循環(huán)熱處理的技術方案，對消除應力溫度、 保溫時間及冷卻方式等工藝參數(shù)進行了嚴格控制，克服現(xiàn)有技術僅進行正溫消除應力方法 導致消除應力不徹底、組織穩(wěn)定性差等問題，有效解決了高精度薄壁鋁合金零件加工過程 中殘余應力大、易變形等問題，提高了薄壁鋁合金零件加工的可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量；(2)本發(fā)明通過大量工藝試驗得出在正溫處理過程中，控制正溫處理的溫度為 110°C 190°C，保溫時間為2h 4h，上述溫度和保溫時間的搭配保證了零件材料不發(fā)生 組織或熱處理狀態(tài)發(fā)生變化，避免了原材料的力學性能降低，保證了產(chǎn)品的使用性能為最 佳；(3)本發(fā)明通過大量工藝試驗得出在負溫處理過程中，控制負溫處理的溫度 為-60°C _196°C，保溫時間為Ih 3h，使得單級消除應力方法的效果為最佳；(4)本發(fā)明通過大量工藝試驗得出在正溫、負溫處理過程中，冷卻或升溫方式對殘 余應力、尺寸穩(wěn)定性的影響較大，確定了正溫處理后采用快冷降溫、負溫處理后快速升溫的 方法，提高了消除應力的效果；(5)本發(fā)明針對薄壁鋁合金的加工余量、尺寸精度、殘余應力狀態(tài)等因素，制定了 薄壁鋁合金零件的循環(huán)次數(shù)，保證了冷熱循環(huán)處理的效果。


圖1為本發(fā)明高精度薄壁鋁合金零件尺寸穩(wěn)定化處理工藝流程圖；圖2為本發(fā)明實施例中高精度薄壁鋁合金零件示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中高精度薄壁鋁合金零件正溫處理放置示意圖。圖4為本發(fā)明高精度薄壁鋁合金零件尺寸穩(wěn)定化處理的循環(huán)1次工藝圖；圖5為本發(fā)明高精度薄壁鋁合金零件尺寸穩(wěn)定化處理的循環(huán)2次工藝圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述如圖1所示為本發(fā)明高精度薄壁鋁合金零件的穩(wěn)定化處理工藝流程圖，圖中給出 了進行3次尺寸穩(wěn)定化處理的過程，包括表面清潔、第一次穩(wěn)定化處理正溫處理-負溫處 理-正溫處理，第二次穩(wěn)定化處理負溫處理-正溫處理，第三次穩(wěn)定化處理負溫處理-正 溫處理，具體如下(一 )薄壁鋁合金零件進行表面清潔，采用紗布蘸取一定量的酒精或汽油擦拭薄 壁鋁合金產(chǎn)品，保證零件表面無油污、切削液等污物。(二)開啟正溫處理設備，正溫處理設備可以采用高低溫循環(huán)設備或鼓風干燥箱 等設備，正溫處理設備具有鼓風對流裝置，保證其爐溫均勻性良好，正溫處理設備的爐溫均 勻性為士5°C，控溫精度為士 1°C，設備具有循環(huán)對流裝置，保證溫度均勻性。設置正溫處理溫度、保溫時間，正溫處理溫度110°C 190°C、保溫時間2h 4h，溫 度和時間的選取要確保材料熱處理狀態(tài)和力學性能不發(fā)生變化；開啟加熱電源，設備開始 加熱升溫。例如2A12鋁合金材料的薄壁件，熱處理狀態(tài)為T4(固溶+自然時效)，溫度高 于160°C后，自然時效狀態(tài)所形成的GP區(qū)將轉(zhuǎn)變?yōu)镾'相，溫處理溫度宜選擇為150°C，保溫 時間根據(jù)零件厚度確定，使得零件完全熱透。設備升溫到設置溫度后，將零件加工面水平放置于正溫處理設備的加熱平臺上， 例如放置在爐底板上，保持零件穩(wěn)定、受熱不發(fā)生變形，如圖3所示為本發(fā)明實施例中高精 度薄壁鋁合金零件正溫處理放置示意圖。重新升溫，待顯示溫度達到設置溫度后，保溫時間 2h 4h，將零件快速取出進行冷卻。零件取出之前要保證負溫處理的設備或液氮槽準備完 好。步驟(三)、開啟負溫處理設備，負溫處理溫度為_60°C -196°C。負溫處理可采 用液氮槽或冷熱交變箱，其中采用冷熱交變箱時最低溫度應低于-70°C，采用液氮槽時裝入 液氮，處理溫度為-196°C。負溫處理設備的均勻性為士5°C，設備的有效溫度區(qū)間要滿足零 件尺寸需求。保溫時間為Ih 池，保溫時間根據(jù)零件的尺寸、重量等因素適當調(diào)整。負溫處理設備降溫到負溫處理溫度后，快速將從正溫處理設備取出的零件放入冷 熱交變箱或液氮槽裝入液氮之內(nèi)，采用液氮槽時應保證液氮浸沒零件，當負溫處理設備恢 復至負溫處理溫度后，在負溫環(huán)境下保持Ih 池，將零件迅速取出。步驟(四)、零件取出后再次進行正溫處理，正溫處理應按照步驟(二)中，升溫到 設置溫度。具體為提前設置加熱設備的處理溫度和保溫時間，保證正溫處理溫度為110°c 190°C，在加熱設備升溫到正溫處理溫度后，從負溫處理設備快速取出薄壁鋁合金零件水平放入加熱設備的加熱平臺上，例如放置在爐底板上，保持零件穩(wěn)定、受熱不發(fā)生變形，重新 升溫，待溫度達到正溫處理溫度后，保溫濁 4h，將零件冷卻。步驟(五)、綜合零件的尺寸、尺寸精度、應力程度等因素，確定尺寸穩(wěn)定化處理的 次數(shù)。第二次尺寸穩(wěn)定化處理，可在第一次尺寸穩(wěn)定化處理的基礎上增加負溫、正溫處理， 其中正溫處理采用隨加熱設備冷卻的方式；第三次尺寸穩(wěn)定化處理，可在第二次尺寸穩(wěn)定 化處理的基礎上增加負溫、正溫處理，其中正溫處理采用隨加熱設備冷卻的方式。如圖4所示為本發(fā)明高精度薄壁鋁合金零件尺寸穩(wěn)定化處理的循環(huán)1次工藝圖； 圖5所示為本發(fā)明高精度薄壁鋁合金零件尺寸穩(wěn)定化處理的循環(huán)2次工藝圖，當零件加工 量大、殘余應力相對小時，循環(huán)1 2次；零件加工量大、殘余應力較大時，循環(huán)2 3次。本發(fā)明適用于壁厚小于4mm的薄壁鋁合金零件的穩(wěn)定化處理方法。下面列舉一個具體的實施例如圖2為本實施例的一種高精度薄壁鋁合金零件，其材料為2A12鋁合金，其壁厚 為3mm，尺寸精度為亞微米級，熱處理狀態(tài)為T4(固溶+自然時效)。完成半精加工后，需要 進行尺寸穩(wěn)定化處理。根據(jù)零件結(jié)構和尺寸精度，確定為循環(huán)二次，即進行兩次尺寸穩(wěn)定化處理。具體處理過程步驟如下(一 )采用紗布蘸取一定量的酒精或汽油擦拭薄壁鋁合金零件，對零件行表面清 潔，保證零件表面無油污、切削液等污物。( 二)開啟正溫處理設備，設置正溫處理溫度150°C、保溫時間2. 5h ；開啟加熱電 源，設備開始加熱升溫。設備升溫到設置溫度后，將零件加工面水平放置于爐底板上，重新 加熱，待顯示溫度達到設置溫度后，保溫時間2. 5h，快速取出冷卻。零件取出之前負溫處理 設備冷熱交變箱或液氮槽準備完好。(三)、開啟冷熱交變箱，冷處理設備溫度為-70°C，保溫時間為1.證?？焖賹恼?溫處理設備取出的零件放入冷熱交變箱，在負溫環(huán)境下保持1.證，將零件迅速取出放入正 溫處理設備進行正溫處理。正溫處理應按照步驟(二)中，升溫到設置溫度。(四)、正溫處理的步驟同步驟(二)，對零件進行正溫處理，處理完成后零件取出 快速冷卻。(五)、重復步驟(三)、(四)，對零件進行第二次尺寸穩(wěn)定化處理，其中最后一次 正溫處理后零件采用隨加熱設備冷卻。本發(fā)明在正溫、負溫處理過程中，冷卻或升溫方式對殘余應力、尺寸穩(wěn)定性的影響 較大，確定了正溫處理后采用快冷降溫、負溫處理后快速升溫的方法，提高了消除應力的效以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術人員的公知技術。
權利要求
1.一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征在于包括如下步驟步驟(一)、對待處理的薄壁鋁合金零件進行表面清潔，保證薄壁鋁合金零件表面無污漬；步驟(二)、采用加熱設備對表面清潔后的薄壁鋁合金零件進行正溫處理，首先設置加 熱設備的處理溫度和保溫時間，保證正溫處理溫度為110°C 190°C，在加熱設備升溫到正 溫處理溫度后，將薄壁鋁合金零件水平放入加熱設備，重新升溫，待溫度達到正溫處理溫度 后，保溫 4h，將零件取出快速冷卻；步驟(三)、對薄壁鋁合金零件進行負溫處理，將負溫處理設備降溫到負溫處理溫度 后，將冷卻后的薄壁鋁合金零件放置在負溫處理設備中，當負溫處理設備恢復至負溫處理 溫度后，保溫Ih 3h，將零件快速取出，裝入正溫處理用的加熱設備，所述負溫處理溫度 為-60°C -196 °C ；步驟(四)、采用加熱設備再次對薄壁鋁合金零件進行正溫處理，提前設置加熱設備的 處理溫度和保溫時間，保證正溫處理溫度為110°C 190°C，在加熱設備升溫到正溫處理溫 度后，將負溫處理后快速取出的薄壁鋁合金零件水平放入加熱設備，重新升溫，待溫度達到 正溫處理溫度后，保溫2h 4h，將零件冷卻。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征 在于還包括如下步驟(五)步驟(五)、重復步驟(三)和步驟(四)，對薄壁鋁合金零件進行第2次尺寸穩(wěn)定化 處理，繼續(xù)重復步驟(三)和步驟(四)，對薄壁鋁合金零件進行第3次尺寸穩(wěn)定化處理，依 次類推，對薄壁鋁合金零件進行第η次尺寸穩(wěn)定化處理，其中η為正整數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征 在于所述薄壁鋁合金零件加工量大、殘余應力小時，對零件進行1 2次尺寸穩(wěn)定化處理； 薄壁鋁合金零件加工量大、殘余應力大時，對薄壁鋁合金零件進行2 3次尺寸穩(wěn)定化處 理。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征 在于所述步驟(四)中若正溫處理完成后的薄壁鋁合金零件不再進行后續(xù)尺寸穩(wěn)定化處 理，則對零件的冷卻采用隨加熱設備進行冷卻的方式，若正溫處理完成后的薄壁鋁合金零 件繼續(xù)進行后續(xù)尺寸穩(wěn)定化處理，則對零件的冷卻采用取出后快速冷卻的方式。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征 在于所述步驟(二)和步驟(四)中的加熱設備具有鼓風對流裝置，以保證加熱設備的溫 度均勻性，且加熱設備的溫度均勻性為士5°C，控溫精度為士 1°C。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征 在于所述的加熱設備為高低溫循環(huán)箱或鼓風干燥箱。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征 在于所述步驟(二)中將薄壁鋁合金零件放入加熱設備之前，首先將待處理薄壁鋁合金零 件固定在工裝上，使得在采用加熱設備進行加熱時零件不發(fā)生變形。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，其特征 在于所述步驟(三)中負溫處理設備的溫度均勻性為士5°C，負溫處理設備為液氮槽或冷 熱交變箱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定化處理方法，采用高低循環(huán)設備或低溫處理設備、鼓風干燥箱等設備，選用一種“正溫-負溫-正溫”的循環(huán)熱處理方法，并對正負溫處理的溫度、保溫時間等工藝參數(shù)進行限定，以提高組織穩(wěn)定性和降低殘余應力，進而實現(xiàn)高精度薄壁鋁合金零件的尺寸穩(wěn)定性要求，本發(fā)明通過上述熱處理方法，高精度薄壁鋁合金零件的顯微組織穩(wěn)定，有效降低高精度薄壁鋁合金零件的機械加工殘余應力，提高了薄壁鋁合金零件熱處理的可靠性和質(zhì)量。
文檔編號C22F1/04GK102061433SQ20111002296
公開日2011年5月18日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權日2011年1月20日
發(fā)明者于芳, 張立功, 楊鑫, 苗偉 申請人:北京衛(wèi)星制造廠