[发明专利]一种消除铝合金工件残余应力的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属加工和深冷处理与热处理领域，特别提供了一种消除铝合金工件残余应力的新方法。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。同时，铝合金广泛的被应用在工程结构上。然而铝合金工件在制作过程中经常会产生不均匀变形和受热作用等，难免在工件内部产生残余应力。残余应力的存在会带来很多不良后果，使工件在后续机械加工时出现变形、翘曲、扭曲或波浪等异常现象，严重影响其应用。同时，残余应力还能引起材料应力腐蚀开裂。可以明显地缩短构件的使用寿命，加速构件断裂。工程上发生的许多意外的破坏事故，其原因除了材料本身的结构和强度之外，多数是由于残余应力直接或间接造成的，残余应力对材料疲劳强度的影响就最为重要。因此，在铝合金工件服役之前应该尽量消除或减少其内部残余应力。

工业上常用的残余应力消除方法主要有机械法、退火法、模冷压法等。上述方法均能一定程度上消除工件的残余应力，但同时也存在着一些缺陷，如：

(1) 机械法。由于机械法所使用的设备常常为大吨位机器或加工工具，常常对工件表面进行碾压、锤击等操作，很大可能会破坏工件的表面质量，造成对工件的附加损伤，该种方法仅适合于形状简单的零件，对复杂界面的工件不适用，且对拉伸前铝合金的组织均匀性要求较高，多用于原材料生产厂家。用这种方法对残余应力的消除程度基本在60%~80%之间，消除效果十分有限，往往只是把应力消除和重新分布调整作为主要目的。与此同时机械法过程中重型工具转移和安放需要消耗大量的劳动力，也增大了加工成本。

(2)退火法。在采取去应力退火工艺降低残余应力时，必须保证构件降温过程非常缓慢和均匀，该过程操作要求极高，否则，将在材料内部产生新的残余应力。一般加热温度越高，保温时间越长，残余应力消除的越明显。但与此同时也使材料的力学性能，如强度、硬度等将发生变化。并且因热作用而导致材料的显微组织改变、金属氧化等问题，反而取得适得其反的结果。由于铝合金材料对温度非常敏感，时效温度的提高，必然明显降低强度及其他机械性能指标。

(3)模冷压法。模冷压法是在一个特制的精整模具中，通过严格控制的限量冷整形来消除复杂形状铝合金模锻件中的残余应力。该种方法是调整而不是消除零件的整体应力水平，它使铝合金模锻件上某些部位的残余应力得到释放的同时，有可能使其他部位的残余应力增大。一方面，鉴于铝合金模锻件本身已存在很大的残余应力，模压变形量过大将可能引起冷作硬化、裂纹和断裂；而变形过小则使应力消除效果不佳，因此需要精确控制，操作要求极高。另一方面，模冷压法所需的模具制作成本很高，使用该方法消除残余应力是不经济的选择。

总之，上述三种工业上常用铝合金残余应力的消除方法均存在着一些缺点和应用的局限性。

发明内容

本发明旨在克服现有技术之不足，提供一种工艺方法简单环保、操作成本低、在消除残余应力同时能提高工件综合力学性能的消除铝合金工件残余应力新方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

第一步：固溶

      将铝合金工件在410℃~590℃下保温，保温时间：0.5小时~4小时后，水冷至室温，固溶处理；

第二步：深冷

       将上一步所得试件放入深冷处理装置，以（3℃~12℃）/min的速度冷却至-85℃~ -225℃后保温，保温时间：2小时~30小时，进行深冷处理；

第三步：上坡淬火

       将第二步所得试件从深冷处理装置中迅速取出放入沸水或其他热介质后保温，转移时间不超过70s，保温温度：80℃~250℃，保温时间：1分钟~30分钟，进行上坡淬火；

第四步：时效

       将第三步处理的铝合金工件放入加热保温装置以（3~12℃）/min的速度加热至90℃~ 200℃后保温，保温时间：4小时~30小时后，关闭电源，随装置冷却至室温，进行时效处理。

重复上述第二、三、四步操作1个或数个循环后取出试件即可。