差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱加工過程金屬構(gòu)件變形控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬差異壁厚復(fù)雜薄壁構(gòu)件廣泛應(yīng)用于航空航天及汽車工業(yè)中艙段、殼體類部件 的制造。其加工制造流程中涉及鑄造、熱處理等熱加工過程，其中熱處理是提升零部件力學(xué) 性能必不可少的環(huán)節(jié)。對于薄壁構(gòu)件而言，由于其形狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，例如構(gòu)件壁厚不均 勻，存在大量的助壁、加強筋等，熱處理、鑄造后極易發(fā)生變形，變形超差將導(dǎo)致零件報廢。 就熱處理而言，雖然對金屬構(gòu)件熱處理變形進(jìn)行了大量的研究，采取各種措施使熱處理變 形得到了較大程度的控制，但始終沒有能從根本上解決變形的問題。對于金屬構(gòu)件無相變 熱處理變形主要是由于熱應(yīng)力產(chǎn)生的，而應(yīng)力的產(chǎn)生則來源于加熱或冷卻不均勻，對于薄 壁構(gòu)件而言，尤其是差異壁厚構(gòu)件，其不均勻程度更大，因此加熱、尤其是冷卻過程中極易 發(fā)生變形。目前，對于金屬構(gòu)件的熱處理變形控制主要采用機械矯形的方式，其矯形抗力 大，矯形過程中往往帶來大量的殘余應(yīng)力，使得工件在使用過程中應(yīng)力釋放再次發(fā)生變形。 為此需要從薄壁差異壁厚構(gòu)件變形的根本原因入手，提出一種全新的差異壁厚構(gòu)件變形控 制方法，達(dá)到其熱加工過程少無變形目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決現(xiàn)有差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱處理過程中存在變形的問題，而提供差異 壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方法。
[0004] 差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0005] 一、散熱器材料的確定：
[0006] 差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件由構(gòu)件材料制備而成，散熱器由散熱材料制備而成；
[0007] 所述的差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件最大壁厚為H m，所述的差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件最小壁厚為h m，且 H_h > 0 ;
[0008] 所述的散熱材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)大于構(gòu)件材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)；
[0009] 二、安裝散熱器：
[0010] 將散熱器鑲嵌在差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件外壁，得到裝有散熱器的構(gòu)件，且在差異壁厚 復(fù)雜構(gòu)件上任意取兩處為A區(qū)和B區(qū)，A區(qū)壁厚大于B區(qū)壁厚，且B區(qū)外壁不鑲嵌散熱器， 設(shè)差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件的A區(qū)比歐數(shù)為Bi A，A區(qū)外壁對應(yīng)的散熱器散熱面積為Sfin m2, A區(qū)散 熱材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)為Afin WAm · °C )，設(shè)差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件的B區(qū)比歐數(shù)為8"，差 異壁厚復(fù)雜構(gòu)件的B區(qū)散熱面積為Sb m2,構(gòu)件材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)為XWAm · °C )，使 得 Bi^(Sfin · λ fin) = BV(Sb · λ );
[0011] 三、熱處理：
[0012] 將裝有散熱器的構(gòu)件置于加熱爐內(nèi)，然后進(jìn)行加熱、保溫及淬火冷卻，即完成差異 壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方法；
[0013] 所述的淬火冷卻為油淬或水淬。
[0014] 差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0015] -、散熱器材料的確定：
[0016] 差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件由構(gòu)件材料制備而成，散熱器由散熱材料制備而成；
[0017] 所述的差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件最大壁厚為H m，所述的差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件最小壁厚為h m，且 H_h > 0 ;
[0018] 所述的散熱材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)大于構(gòu)件材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)；
[0019] 二、安裝散熱器：
[0020] 將散熱器鑲嵌在差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件外壁，得到裝有散熱器的構(gòu)件，且在差異壁厚 復(fù)雜構(gòu)件上任意取兩處為A區(qū)和B區(qū)，A區(qū)壁厚大于B區(qū)壁厚，且A區(qū)和B區(qū)外壁均鑲嵌散 熱器，設(shè)差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件的A區(qū)比歐數(shù)為Bi A，A區(qū)外壁對應(yīng)的散熱器散熱面積為SfinA m2， A區(qū)散熱材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)為λ finA WAm ·Γ)，設(shè)差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件的B區(qū)比歐數(shù)為 BiB，B區(qū)外壁對應(yīng)的散熱器散熱面積為SfinB m2，B區(qū)散熱材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)為λ?ιηΒ W/ (m · cC )，使得 BV(SfinA · λ finA) = BV(SfinB · λ finB);
[0021] 三、熱處理：
[0022] 將裝有散熱器的構(gòu)件置于加熱爐內(nèi)，然后進(jìn)行加熱、保溫及淬火冷卻，即完成差異 壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方法；
[0023] 所述的淬火冷卻為油淬或水淬。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 1)從傳熱理論上闡明變形原因，使變形控制更具科學(xué)性，散熱裝置的材料選擇和 形狀設(shè)計可以通過計算得到；
[0026] 2)操作簡單方便，加熱冷卻過程無特殊要求，適用于鑄造、鍛壓和焊接過程等各種 熱加工過程。
[0027] 本發(fā)明在加熱和冷卻過程中根據(jù)構(gòu)件壁厚差異，調(diào)整局部換熱系數(shù)，使得不同壁 厚處比歐數(shù)相等，從而實現(xiàn)不同壁厚同時加熱冷卻，減小由于熱應(yīng)力導(dǎo)致的變形。具體做法 為：通過加熱冷卻過程中對厚壁部分加裝散熱裝置，通過調(diào)整散熱面積來調(diào)控局部換熱系 數(shù)，達(dá)到減小變形的目的。與常規(guī)借助工裝約束構(gòu)件熱加工過程變形方法相比，提出了一種 基于換熱系數(shù)和換熱面積設(shè)計與調(diào)控，減小差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制的新思 想。所發(fā)明的一種差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方法，可以實現(xiàn)熱加工過程中此 類構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力及變形量最小化，利用本方法制備的熱加工后的差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件的徑向 變形顯著降低，徑向變形降低2/3以上。例如，針對差異壁厚鋁合金大型薄壁構(gòu)件的鑄造及 后續(xù)熱處理，采用該技術(shù)，一方面因變形最小使成品率達(dá)到100% ;另一方面，構(gòu)件內(nèi)部因殘 余應(yīng)力最小，亦提高了構(gòu)件的服役壽命及可靠性，經(jīng)濟(jì)效益巨大。
[0028] 本發(fā)明用于差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方法。
【附圖說明】
[0029] 圖1為實施例一至三所述的差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2為實施例一至三所述的散熱器。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0031] 一：本實施方式所述的差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方 法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0032] 一、散熱器材料的確定：
[0033] 差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件由構(gòu)件材料制備而成，散熱器由散熱材料制備而成；
[0034] 所述的差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件最大壁厚為H m，所述的差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件最小壁厚為h m，且 H_h > 0 ;
[0035] 所述的散熱材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)大于構(gòu)件材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)；
[0036] 二、安裝散熱器：
[0037] 將散熱器鑲嵌在差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件外壁，得到裝有散熱器的構(gòu)件，且在差異壁厚 復(fù)雜構(gòu)件上任意取兩處為A區(qū)和B區(qū)，A區(qū)壁厚大于B區(qū)壁厚，且B區(qū)外壁不鑲嵌散熱器， 設(shè)差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件的A區(qū)比歐數(shù)為Bi A，A區(qū)外壁對應(yīng)的散熱器散熱面積為Sfin m2, A區(qū)散 熱材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)為Afin WAm · °C )，設(shè)差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件的B區(qū)比歐數(shù)為8"，差 異壁厚復(fù)雜構(gòu)件的B區(qū)散熱面積為Sb m2,構(gòu)件材料室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)為XWAm · °C )，使 得 Bi^(Sfin · λ fin) = BV(Sb · λ );
[0038] 三、熱處理：
[0039] 將裝有散熱器的構(gòu)件置于加熱爐內(nèi)，然后進(jìn)行加熱、保溫及淬火冷卻，即完成差異 壁厚復(fù)雜構(gòu)件熱加工過程變形控制方法；
[0040] 所述的淬火冷卻為油淬或水淬。
[0041] 步驟二中所述的BiA= δ AhA/λ，其中δ A區(qū)的厚度，單位為m ;h為A區(qū)表面 換熱系數(shù)，單位WAm2'°C) ;λ為差異壁厚復(fù)雜構(gòu)件室溫時的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為以〇11·!：)。
[0042] 步驟二中所述的Mb= δ BhB/λ，其中δ [^為B區(qū)的厚度，單位為m ;h為B區(qū)表面換 熱系數(shù)，單位WAm2 · °C ); λ為差異壁