[发明专利]一种多阶段超低温形表一体渐进成形方法及获得的板材件

说明书

本发明属于板材成形领域，具体公开了一种多阶段超低温形表一体渐进成形方法及获得的板材件，解决了现有技术中应用渐进成形工艺加工工件时，金属板材成形极限低及成形件表面质量不足的问题。该工艺通过超低温渐进成形实现构件宏观几何形状精确成形，随之利用表面碾压制备表层梯度渐变组织，使成形构件具备优异的整体力学性能和表面性能。该成形方法可广泛应用于提高金属板材成形极限及成形件表面质量的超低温渐进成形及超低温渐进碾压工艺。

技术领域

本发明属于板材渐进成形领域，特别是涉及一种可同时满足成形构件宏观形状精度与表面性能提升的复合成形工艺及获得的板材件。

背景技术

发明人发现，在金属板材渐进成形加工过程中，想要满足金属板材曲面构件的加工成形有两个难点，首先，铝合金等金属板材室温塑性差、硬化能力小，整体成形时应力状态复杂，极易开裂；其次，虽然热成形可克服金属板材常温成形时成形极限低的限制，但是其制造周期长、成本高，无法满足产品快速研制和质量提升的迫切需求，且加热后金属板材组织性能不易控制，需要通过成形后热处理来提高构件强度，成形后再淬火会导致薄壁曲面件严重变形且难以校形。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种多阶段超低温形表一体渐进成形方法及获得的板材件，采用该成形方法解决了常温下金属板材室温塑性差、硬化能力小的问题；同时避免了热辅助渐进成形工艺中加热后金属板材组织性能不易控制的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种多阶段超低温形表一体渐进成形方法，包括如下步骤：

步骤1，对金属板材进行固溶处理，得到过饱和固溶体；

步骤2，将经过固溶处理的金属板材进行时效处理；

步骤3，对金属板材进行超低温处理；

步骤4，根据金属板材在不同阶段的受力及塑性变形程度的不同，将超低温渐进成形加工过程按温度分成若干阶段，进行分阶段超低温渐进成形；

随着超低温温度的降低，金属板材的材料强度不断提高，会引起所需成形力的提高；另外，材料塑性提高，可提高成形极限。在渐进成形的不同阶段(材料塑性变形程度不同)，在初始阶段，材料不易发生破坏，因此超低温温度不用太低，可以减低成形力；随着成形过程的持续，材料塑性变形增加，需要提高材料的塑性，因此才需进一步降低超低温温度；该方法通过分段实时控制金属板材表面温度，可以有效提高超低温渐进成形工艺中金属板材的成形极限，同时可保证金属板材的强度。

步骤5，对渐进成形后的金属板材进行超低温渐进碾压；该步骤中渐进碾压的目的是使材料表面晶粒细化，晶粒细化后材料的性能会提高。晶粒细化的原因是渐进碾压使表面材料发生塑性变形，尤其是产生塑性剪切变形。而超低温渐进碾压工艺，一方面，因为超低温环境会使材料内部位错聚集在晶粒内部，有利于晶粒细化；另一方面，通过板材下方的支撑模具将超低温温度传导至待加工板材，会自然的形成板材上表面与下表面的温度差，由于温度差的存在使材料沿厚度方向剪切强度发生变化，因此更易发生剪切变形，更有利于晶粒细化。

作为进一步的技术方案，步骤1中将金属板材加热至再结晶温度以上，使其在高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后置于水中快速冷却，得到过饱和固溶体。

作为进一步的技术方案，所述时效处理方式为人工时效处理。

作为进一步的技术方案，步骤3的过程如下：将金属板材装夹在成形装置上，向板材冷却腔输入冷却液直至完全充满板材冷却腔，并保温设定时间，使金属板材达到超低温环境。

作为进一步的技术方案，所述的超低温为-100℃～-196℃。