消除鋁合金板材殘余應力的方法-山東信義通鋁業科技有限公司

消除鋁合金板材殘余應力的方法

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信義通

創建日期：

2022-01-04

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企業為了滿足生產加工的需要，對于鋁合金板的殘余應力需要消除才能進行下一步的生產，很多進口的鋁合金板都是經過預拉伸或者鍛打的方法消除了板材大部分內應力，但是很難做到完全消除，所以在做產品加工時，經常會出現產品輕微變形，為生產加工帶來了很多不必要的麻煩，為了解決這一問題，今天給大家推薦幾種消除鋁合金板材殘余應力的幾種方法。

1. 時效消除法

時效消除法是降低淬火殘余應力的傳統方法。由于鋁合金板尤其是航空用鋁合金對溫度非常敏感,時效溫度的提高,必然明顯降低強度指標,使MgZn2等強化相析出過多,產生過時效現象。因此,淬火后時效處理通常在較低溫度(小于200-250℃)下進行,因而影響了應力消除效果(僅為10-35%)。

2. 機械拉伸法

機械拉伸法消除應力的原理是將淬火后的鋁合金板材,沿軋制方向施加一定量的永久拉伸塑性變形,使拉伸應力與原來的淬火殘余應力疊加后發生塑性變形,使殘余應力得以緩和與釋放。有關研究結果表明,機械拉伸法最高可消除90%以上的殘余應力。但該種方法僅適合于形狀簡單的零件,且對拉伸前鋁合金板材的組織均勻性要求較高,多用于鋁加工工廠。

3. 模冷壓法

模冷壓法是在一個特制的精整模具中,通過嚴格控制的限量冷整形來消除復雜形狀鋁合金模鍛件中的殘余應力。事實上“模壓”這種叫法不夠確切,因為其主要作用機理是使鋁合金模鍛件的局部材料受“拉伸”或者“壓縮”作用。當精整模具壓下時,精整凸模嵌入到鋁合金模鍛件端面、緣(筋)條的拔模斜度上,實際上使模鍛件的腹板部分產生“拉伸”作用。因此,該種方法是調整而不是消除零件的整體應力水平,它使鋁合金模鍛件上某些部位的殘余應力得到釋放的同時,有可能使其他部位的殘余應力增大。另外,鑒于鋁合金模鍛件本來就己存在很大的殘余應力,模壓變形量過大將可能引起冷作硬化、裂紋和斷裂;而變形過小則使應力消除效果不佳,因此該種方法的局限性是在實際操作中難以精確控制模壓變形量。

4. 深冷處理法

深冷處理法也稱冷穩定處理法,按工藝可劃分為深冷急熱法與冷熱循環法兩種。其中深冷急熱法是將含有殘余應力的零件浸入-196℃的液氮中深冷,待內外溫度均勻后又迅速地用熱蒸汽噴射,通過急熱與急冷產生方向相反的熱應力,借此抵消原來的殘余應力場。有關研究表明,在選擇合適的工藝參數條件下,深冷急熱法可降低20-84%的殘余應力。深冷處理的最大優點是在有效消除殘余應力的同時,可改善(至少不降低)材料的強度、硬度、耐磨性與組織穩定性。由于深冷處理對零件的尺寸與形狀沒有限制,因此適合于形狀復雜的模鍛件與鑄件。在切削加工前進行深冷處理還可明顯改善鋁合金加工時易產生的嚴重加工變形傾向,提高材料的組織穩定性。然而,現有的相關研究指出,深冷處理只能消除熱處理溫度梯度產生的殘余應力,而不能有效消除機械加工、冷成形等不均勻塑性變形產生的殘余應力,對焊接殘余應力的消除效果也不佳。

5. 振動消除法

振動消除殘余應力法的工作原理是用便攜式強力激振器,使金屬結構產生一個或多個振動狀態,從而產生如同機械加載時的彈性變形,使零件內某些部位的殘余應力與振動載荷疊加后,超過材料的屈服應力引起塑性應變,從而引起內應力的降低和重新分布。現有的相關研究指出,當鋁合金在剛剛進行了淬火后的不穩定狀態(0-2小時內)進行振動消除,效果最佳,殘余應力最大可降低50-70%;若在淬火后放置360小時進行振動時效后測試,殘余應力只能消除10%-20%。振動消除應力(VSR)技術具有高效節能,工藝簡單方便,適用性強等特點,對零件沒有形狀與尺寸限制,尤其適合于大型復雜結構件,是一種很有發展前途的工藝方法。另外,經過振動時效后的鋁合金構件具有良好的尺寸穩定性,在后續的機械加工中不易產生加工變形。但目前對振動時效工藝的機理還不充分,國內外對它應用于鋁合金結構件中的適宜性也存在爭議。

除了上述方法以外,近年來,還有一些新的技術出現，像形變熱處理法,脈沖磁處理(PMT)法等殘余應力消除技術,但相關工藝尚不成熟。總結近幾年國內外評價有關消除殘余應力工藝效果的文獻,現有鋁合金結構件鍛件毛坯殘余應力消除技術中,機械拉伸(壓縮)法可達90%左右,不足之處是要求零件形狀簡單,對毛坯材料成分和組織均勻性要求較高,適用范圍狹窄。恒溫時效法10~35%;振動消除法20-70%;深冷處理法25%~83%。因此,現有工藝技術與方法尚無法從根本上消除鋁合金結構件鍛件毛坯中的殘余應力。但是以上五大常用方法會盡量消除鋁合金材料的殘余應力。

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