一種消除輕合金材料的殘余應力的處理方法技術

本發明專利技術涉及一種消除輕合金材料的殘余應力的處理方法，適用于消除各種形狀、尺寸輕合金材料的淬火殘余應力。包括在淬火處理后，對輕合金材料進行深冷處理；深冷處理結束后，迅速將輕合金材料轉移至蒸汽箱中進行急熱處理；隨后空冷，至室溫。本發明專利技術的方法可不受材料的尺寸和形狀限制，大幅度降低輕合金材料的殘余應力，同步提高輕合金材料的強韌性。

Method for eliminating residual stress of light alloy material

The invention relates to a method for eliminating residual stress of light alloy material, which is suitable for eliminating quenching residual stress of various shapes, sizes and light alloy materials. After quenching treatment, the light alloy material is treated in a cryogenic way. After the cryogenic treatment is finished, the light alloy material is rapidly transferred to the steam box for rapid heat treatment, and then the air cooling is carried out at room temperature. The method of the invention is not limited by the size and shape of the material, greatly reduces the residual stress of the light alloy material, and simultaneously improves the strength and toughness of the light alloy material.

【技術實現步驟摘要】
一種消除輕合金材料的殘余應力的處理方法
本專利技術涉及一種消除輕合金材料的殘余應力的處理方法，適用于消除各種形狀、尺寸輕合金材料的淬火殘余應力。
技術介紹
變形輕合金材料結構和性能具有更廣泛的優越性，特別是較好的室溫、高溫性能及抗腐蝕性能等綜合性能，符合航空航天輕量性能一體化的要求，具有廣闊的應用和發展前景。合金變形后為了抑制變形析出和保留變形組織，需進行在線淬火快速冷卻處理，或為了得到較高的時效強度，需對合金進行固溶處理并淬火，以將強化元素全部溶入基體，為時效做準備。淬火過程中，由于材料表面和心部冷卻速度不一致，會產生不均勻的收縮，局部塑形變形不均勻。當變形超過工件材料斷裂極限時，直接導致工件淬火開裂；當變形在幾何上不對稱時，造成工件直接發生淬火變形；當變形造成工件內部發生局部對稱塑性變形時，塑性變形量在冷卻后會以彈性變形的形式存在于材料內部形成殘余應力。目前，航空航天對材料的尺寸精度有較高要求，材料在制備加工過程中產生的殘余應力會造成材料在使用或加工過程中發生彎曲、翹曲和扭折變形，降低材料利用率，增加生產成本。因此，嚴格控制輕合金材料中的殘余應力是輕合金大型結構件得以發展和應用必要前提。消除殘余應力的方法有去應力退火、預拉伸、機械壓縮、機械校直、機械震動、剝層、微區脹型、噴丸表面處理、激光表面處理、上坡淬火工藝和滾壓等。目前，工業化生產中，預拉伸是最常用的消除殘余應力工藝，具有工藝簡單、速度快、應力消除率高等優點，但不適用于塊狀以及形狀不對稱工件，并且預拉伸過程中，應變量太小應力消除率太低，應變量過大，會產生新的殘余應力。因此，迫切需要尋求一種新的方法，來消除輕合金的殘余應力，以滿足日益發展的工業需求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種新的可消除不同尺寸和形狀的輕合金材料殘余應力的處理方法，并且該方法可以處理各種尺寸和形狀的輕合金材料，大幅度消除輕合金件的殘余應力，從而更好的滿足工業化的需求。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種消除輕合金材料的殘余應力的處理方法，該方法包括對淬火后的輕合金材料進行深冷處理和急熱處理，該工藝的步驟包括：(1)在淬火處理后，對輕合金材料進行深冷處理；(2)深冷處理結束后，迅速將輕合金材料轉移到高溫蒸汽箱中進行急熱處理；(3)隨后空冷，至室溫。在本專利技術中，對輕合金材料的深冷處理過程為，將輕合金材料放置于-196℃超低溫液氮箱中保溫，確保材料心部溫度與其表面溫度一致。在處理前先保證低溫箱中液氮足夠，溫度為-196℃，隨后將室溫狀態的輕合金材料完全浸入液氮中，根據材料的尺寸與形狀，選擇浸入時間的長短，保溫時間為3～20h，確保輕合金材料的心部溫度與表面一致。在本專利技術中，對輕合金材料的急熱處理過程為，將結束深冷處理的輕合金材料立即置于110℃～230℃的蒸汽箱中，保溫，確保材料心部溫度與其表面溫度一致。在處理前，先準備蒸汽箱，并保證箱內氣體分布均勻，蒸汽溫度可控。根據材料的尺寸與形狀，選擇箱內蒸汽的溫度為110℃～230℃和保溫時間為1～6h，確保輕合金材料的心部溫度與表面一致。在本專利技術中，深冷處理后的輕合金材料需要立即轉移至蒸汽箱中，轉移時間≤5分鐘。在本專利技術中，深冷處理的保溫時間及急熱處理的溫度和保溫時間的選擇，由材料的尺寸以及材料的物理性能決定。在本專利技術中，輕合金材料的淬火處理包括在線淬火，即熱變形的合金材料通過噴淋室溫水或者浸入室溫水槽進行淬火，保證心部冷卻至室溫，或固溶處理后將合金材料放入室溫水中進行淬火，在水中保證心部冷卻至室溫。在本專利技術中，所述的輕合金材料為鋁合金、鎂合金或鈦合金材料。采用上述處理方法后，本專利技術具有以下有益效果：1.當輕合金材料淬火后進行深冷處理時，輕合金材料會產生壓應力，與輕合金材料內部因淬火形成的殘余壓應力進行疊加，超過材料的屈服強度從而產生微塑性變形，可以達到消除部分殘余應力效果。2.在深冷處理結束后，輕合金材料迅速進入蒸汽箱開始急熱處理，這種處理方案使輕合金材料的溫度從超低溫急劇升高，同時輕合金材料從受壓應力轉為受拉應力，與輕合金材料因淬火形成的殘余拉應力進行疊加，超過材料屈服強度，發生塑性變形，達到消除殘余應力的效果。3.由于在深冷和急熱過程中發生塑性變形，產生更多位錯，因此，本專利技術還可以提高輕合金材料的強韌性。具體實施方式本專利技術消除輕合金材料的淬火殘余應力的處理方法，包括淬火和之后的深冷處理和急熱處理。該方法包括：1.對輕合金材料進行淬火處理；2.淬火后馬上進行深冷處理，將合金材料轉入溫度為-196℃的超低溫液氮箱中保溫3～20h，保證材料心部溫度與其表面溫度一致；3.將完成深冷處理的材料立即轉入溫度為110℃～230℃的蒸汽箱中進行急熱處理，保溫1～6h，確保材料心部溫度與其表面溫度一致，隨后將材料置于空氣中，自然恢復到室溫。下面將結合具體實施例對本專利技術作進一步說明，但本專利技術的實施方式不限于此。實施例1Mg-8wt.％Al-0.4wt.％Zn鎂合金(簡稱AZ80)是一種常用的商業鎂合金，導熱率約為82W/(m·K)，用熱擠壓法生產290mm×230mm厚大截面擠壓材過程中，通過噴淋室溫(20℃)水進行在線淬火，淬火后存在較強的殘余應力，在同根料相鄰位置取500mm長的兩根鎂合金棒材進行實驗對比。將輕合金材料放置于-196℃超低溫液氮箱中保溫，確保材料心部溫度與其表面溫度一致。深冷急熱處理：將上述鎂合金棒材之一放置于低溫液氮箱中，溫度-196℃，保溫12h，材料心部溫度與其表面溫度一致。完成后在2分鐘內將鎂合金棒材轉移至蒸汽爐中，150℃保溫3h，材料心部溫度與其表面溫度一致。完成后置于空氣中冷卻至室溫(18℃)。對比發現，未經過深冷急熱處理的鎂合金棒材，在后續機加工過程中發生開裂，而經過深冷急熱處理的鎂合金棒材，在后續機加工中未發現任何變形。經測量，經過深冷急熱處理的鎂合金棒材的殘余應力消除率為86％。經過相同后續處理工藝發現，發現未經過深冷急熱處理的鎂合金棒材抗拉強度為370MPa，經過深冷急熱處理的鎂合金棒材抗拉強度為390MPa，相比提高約10％。實施例2Mg-7wt.％Gd-5wt.％Y-1wt.％-0.5wt.％Zr鎂合金(簡稱EW75)是一種常用的稀土鎂合金，導熱率約為40W/(m·K)，用熱擠壓法生產290mm×20mm厚擠壓排材，為保證性能上下噴淋室溫水(20℃)進行在線淬火，淬火后存在較強的殘余應力，2000mm長排材的翹曲度為2mm。深冷急熱處理：將所述鎂合金排材放置于低溫液氮箱中，溫度-196℃，保溫3h，材料心部溫度與其表面溫度一致。完成后在2分鐘內將鎂合金排材轉移至蒸汽爐中，200℃保溫1h，材料心部溫度與其表面溫度一致。完成后置于空氣中冷卻至室溫(18℃)。經測量，經過深冷急熱處理的鎂合金排材的殘余應力消除率為95％，后續機加工中未發現任何變形；經過深冷急熱處理的鎂合金排材抗拉強度為460MPa，相比未經過深冷急熱處理的鎂合金排材提高約5～10％。實施例37055鋁合金成分含量為：Zn：7％，Cu：1.8％，Mg：2.3％，Zr：0.1％，余量為Al。對7055鋁合金復雜鍛件進行鍛壓變形，然后進行固溶處理，固溶溫度為475℃保溫2h，隨后進行浸入室溫水中冷卻，形成較大的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種消除輕合金材料的殘余應力的處理方法，包括如下步驟：(1)在淬火處理后，對輕合金材料進行深冷處理；(2)深冷處理結束后，迅速將輕合金材料轉移至蒸汽箱中進行急熱處理；(3)隨后空冷，至室溫。

【技術特征摘要】
1.一種消除輕合金材料的殘余應力的處理方法，包括如下步驟：(1)在淬火處理后，對輕合金材料進行深冷處理；(2)深冷處理結束后，迅速將輕合金材料轉移至蒸汽箱中進行急熱處理；(3)隨后空冷，至室溫。2.根據權利要求1所述的消除輕合金材料的殘余應力的處理方法，其特征在于：所述的深冷處理為將輕合金材料放置于-196℃超低溫液氮箱中保溫，使材料心部溫度與其表面溫度一致。3.根據權利要求2所述的消除輕合金材料的殘余應力的處理方法，其特征在于：所述的輕合金材料完全浸入液氮中，保溫時間為3～20h。4.根據權利要求1所述的消除輕合金材料的殘余應力的處理方法，其特征在于：所述的急熱處理為將輕合金材料置于110℃～230℃的蒸汽箱中，保溫，使材料心部溫度與其表面溫度一致。5.根據權利要求4所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：袁家偉，張奎，李興剛，李婷，馬鳴龍，李永軍，石國梁，陳東杰，
申請(專利權)人：北京有色金屬研究總院，
類型：發明
國別省市：北京,11