一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備及方法，屬于鋁合金加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在實(shí)際生產(chǎn)中，尤其是在高科技領(lǐng)域，某些特殊情況下，對鋁合金工件某一端會進(jìn)行局部塑性加工，要求該端具有良好的塑性，從而有利于加工的順利進(jìn)行；而另一端，則需要其具有高強(qiáng)度來防止材料的變形和斷裂。因此，實(shí)際生產(chǎn)中，既需要具有高強(qiáng)度高塑性的均勻鋁合金工件，特殊情況下，更需要具有軸向梯度力學(xué)性能的鋁合金工件。
[0003]鋁合金傳統(tǒng)加工和熱處理工藝能使鋁合金工件獲得均勻的高強(qiáng)度高塑性的力學(xué)性能。
[0004]關(guān)于制備具有軸向力學(xué)性能梯度的鋁合金，現(xiàn)有技術(shù)的報道通常是采用末端淬火實(shí)現(xiàn)，末端淬火是基于淬火過程中鋁合金工件軸向不同位置冷卻速率不同而獲得力學(xué)性能梯度的方法。它被廣泛應(yīng)用于研究合金的淬火敏感性。但是，對于淬火敏感性不高和薄壁管材結(jié)構(gòu)的鋁合金工件，由于鋁合金本身良好的導(dǎo)熱性和薄壁結(jié)構(gòu)管材同空氣之間大的傳熱接觸面積，進(jìn)行末端淬火，工件軸向溫差非常小，其軸向不同位置獲得的力學(xué)性能差異不大，不能滿足特殊情況下實(shí)際生產(chǎn)的需求。
[0005]對于析出強(qiáng)化型鋁合金，時效溫度和時間顯著影響其析出行為。在峰時效階段，合金的強(qiáng)度最高，塑性最低；在欠時效和過時效階段，合金的強(qiáng)度較低但塑性較高。因此，使析出強(qiáng)化型鋁合金一端置于峰時效狀態(tài)，一端置于欠時效或者過時效狀態(tài)，就能獲得一端具有高強(qiáng)度，一端具有良好塑性的具有軸向梯度力學(xué)性能的材料。但由于鋁合金具有非常好的導(dǎo)熱性，其導(dǎo)熱系數(shù)為134W/m.V ;僅僅通過空氣傳熱以及合金基體自身傳熱，合金在軸向的溫差非常小，尤其是薄壁管材結(jié)構(gòu)的工件，軸向溫差更小，導(dǎo)致析出強(qiáng)化型鋁合金通過時效處理后，軸向力學(xué)性能差異并不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備，本發(fā)明的設(shè)備能使鋁合金工件獲得梯度力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)鋁合金力學(xué)性能在工件的徑向上較為均勻分布，軸向上呈梯度分布的性能要求。
[0007]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的方法。
[0008]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備，所述設(shè)備包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、保溫層、溫度控制裝置；所述加熱系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)之間通過保溫層連接，所述保溫層上設(shè)有供容置待處理工件的容槽，工件插裝在所述容槽中，一端處于加熱系統(tǒng)中，另一端處于冷卻系統(tǒng)中，在工件的外表面設(shè)有一密封圈，所述密封圈處于加熱系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)中，且密封圈與保溫層上設(shè)置的容槽的一端接觸，實(shí)現(xiàn)工件、容槽與加熱系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)的密封；在加熱系統(tǒng)中、冷卻系統(tǒng)中、工件上均設(shè)有與溫度控制裝置電連接的測溫元件。
[0009]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備，所述加熱系統(tǒng)包括加熱箱，所述加熱箱內(nèi)盛放有加熱介質(zhì)，加熱介質(zhì)中設(shè)置有與溫度控制裝置電連接的測溫元件，在加熱箱的底部設(shè)置有與溫度控制裝置電連接的電加熱管。
[0010]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備，所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻箱、控溫循環(huán)栗，所述冷卻箱內(nèi)設(shè)置有冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)中設(shè)置有與溫度控制裝置電連接的測溫元件，所述控溫循環(huán)栗通過其上設(shè)置有流量計的管道與冷卻箱連通，所述控溫循環(huán)栗與溫度控制裝置電連接，通過溫度控制裝置控制其電源通斷。
[0011]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備，所述保溫層為石棉、酚醛泡沫材料、橡膠、硅酸鈣中的一種。
[0012]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備，所述加熱介質(zhì)選自水、二甲基硅油、氯化鈉、硝酸鉀中的一種，其中，氯化鈉、硝酸鉀加熱至使用狀態(tài)時，變?yōu)槿廴趹B(tài)；所述冷卻介質(zhì)選自水、二甲基娃油中的一種。
[0013]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備，所述溫度控制裝置為多路測溫儀；所述測溫元件為熱電偶。
[0014]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備，所述密封圈材質(zhì)為硅膠、天然橡膠、NBR 丁腈橡膠中的一種。
[0015]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的方法，包括以下步驟:
[0016]將鋁合金工件，插入獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備中的保溫層上設(shè)置的容槽，在工件表面套裝一密封圈，使密封圈處于加熱系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)中，將工件、容槽與加熱系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)密封；然后，分別控制加熱介質(zhì)及冷卻介質(zhì)的溫度，使鋁合金工件兩端的溫度至少相差20°C，進(jìn)行保溫，獲得軸向梯度力學(xué)性能的鋁合金。
[0017]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的方法，對于析出強(qiáng)化型鋁合金，將鋁合金工件固溶處理，水淬后插入獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備中的保溫層上設(shè)置的容槽，控制鋁合金工件兩端的溫度差為20-100°C，進(jìn)行人工時效，獲得軸向梯度力學(xué)性能的招合金。
[0018]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的方法，所述析出強(qiáng)化型鋁合金，具體選自 Al-Cu、Al-Zn-Mg、Al-Mg-Si 系合金中的一種。
[0019]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的方法，對于不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金，將經(jīng)過塑性變形加工得到的鋁合金工件直接插入獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的設(shè)備中的保溫層上設(shè)置的容槽，控制鋁合金工件高溫段溫度達(dá)到鋁合金的再結(jié)晶溫度，且鋁合金工件兩端的溫度差為100-450°C，進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，塑性變形加工工藝選自擠壓、鍛造、拉伸、乳制、沖壓工藝中的至少一種。
[0020]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的方法，不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金選自招鎂合金、招娃合金、招猛合金中的一種。
[0021]本發(fā)明一種獲得鋁合金軸向梯度力學(xué)性能的方法，所述鋁合金工件形狀為管狀或棒狀。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023]本發(fā)明首次從時效角度提出使管棒類析出強(qiáng)化型鋁合金工件獲得梯度力學(xué)性能的方法和設(shè)備。本方法和設(shè)備能用較低的成本實(shí)現(xiàn)鋁合金工件力學(xué)性能徑向上較為均勻分布，軸向上梯度分布，滿足了特殊情況下實(shí)際生產(chǎn)的需要。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)占.
[0024]1、本發(fā)明工藝簡單，生產(chǎn)成本低，能有效滿足實(shí)際生產(chǎn)中對材料性能的要求。
[0025]2、本發(fā)明能克服現(xiàn)有技術(shù)末端淬火的不足，能使淬火敏感性低的合金獲得較好的力學(xué)性能梯度，擴(kuò)大淬火敏感性低的合金的應(yīng)用范圍。
[0026]3、本發(fā)明能克服現(xiàn)有技術(shù)末端淬火應(yīng)用于薄壁管材結(jié)構(gòu)的工件不能獲得明顯力學(xué)性能梯度的不足，使得薄壁管材結(jié)構(gòu)的工件獲得較好的力學(xué)性能梯度，擴(kuò)大薄壁或者空心管材結(jié)構(gòu)的工件的應(yīng)用范圍。
[0027]4、本發(fā)明設(shè)計的裝置與方法不僅可以應(yīng)用于時效，也可應(yīng)用于退火，能克服現(xiàn)有技術(shù)末端淬火不能應(yīng)用于不可熱處理強(qiáng)化的合金的不足，使不可熱處理強(qiáng)化的合金同樣獲得力學(xué)性能梯度。
[0028]綜上所述，本發(fā)明工藝簡單、生產(chǎn)成本低，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，能使淬火敏感性不高的鋁合金工件和薄壁管材結(jié)構(gòu)的工件獲得明顯的軸向梯度力學(xué)性能，滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中的成本及材料的應(yīng)用。既適用于具有析出強(qiáng)化行為的鋁合金(淬火敏感性高的7XXX鋁合金和淬火敏感性不高的2XXX鋁合金和6XXX鋁合金)的時效處理，又適用于不可熱處理強(qiáng)化鋁合金的退火處理。
【附圖說明】
[0029]附圖1是本發(fā)明獲得軸向梯度力學(xué)性能的時效設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]附圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中工件7075鋁合金棒材不同位置對應(yīng)的溫度和硬度曲線；
[0031]附圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中工件7075鋁合金空心管材不同位置對應(yīng)的溫度和硬度曲線；
[0032]附圖4是本發(fā)明實(shí)施例3中工件7475鋁合金空心管材不同位置對應(yīng)的溫度和硬度曲線。
[0033]圖1中，1.冷卻介質(zhì)，2.密封圈，3.保溫層，4.熱電偶，5.容槽，6.多路測溫儀，
7.加熱管，8.加熱介質(zhì)，9.恒溫循環(huán)栗，10.流量計，11.鋁合金工件，12.加熱箱，13.冷卻箱，。
[0034]從圖2中可看出，在實(shí)施案例1的條件下，金屬工件一端溫度為115°C /24h，另一端溫度為65°C /24h，金屬工件軸向兩端的溫差達(dá)到50°C，其軸向方向上的硬度隨著與冷卻端距離的增大而增加，兩端硬度差值達(dá)到了 34HV，獲得了明顯的力學(xué)性能梯度。
[0035]從圖3中可看出，在實(shí)施案例2的條件下，金屬工件一端溫度為123°C /24h，另一端溫度為175°C /24h，金屬工件軸向兩端的溫差達(dá)到52°C，其軸向方向上的硬度隨著與冷卻端距離的增大而降低，在冷端硬度值214HV，在高溫端硬度值為134HV，兩端硬度差值達(dá)到了 80HV，獲得了明顯的力學(xué)性能梯度。
[0036]由圖4可以得知，5A02鋁合金擠壓棒材在本發(fā)明提供的方法和設(shè)備下一端溫度為460°C左右，達(dá)到再結(jié)晶溫度，另一端溫度為300°C左右，溫度差值為160°C，其抗拉強(qiáng)度由198MPa降低到175MPa，降低了 23MPa，獲得了明顯的梯度力學(xué)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明