專利名稱：提高鋁合金板的可成形性的鋁合金板局部表面改良方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高鋁可成形性的表面改良方法，具體地，涉及一種通過局部處理鋁合金板的表面提高鋁合金板的可成形性的方法。
背景技術(shù)：
在不久的將來，鋁合金板將作為包括電動汽車和氫氣汽車的環(huán)保輕型汽車的主導(dǎo)材料，用于包括汽車主體內(nèi)外板的各種部件。具體地，例如5000系列鋁板的加工硬化合金板經(jīng)常應(yīng)用在汽車上是已知的。
由于沉淀硬化的鋁合金板難以確保在最大時效條件下有足夠的可成形性，所以其應(yīng)在固溶體處理?xiàng)l件下形成。由于該原因，所以在產(chǎn)品形成之后在時效處理過程中，出現(xiàn)產(chǎn)品變形的可能性是非常高的。另一方面，加工硬化合金在形成產(chǎn)品后不需要進(jìn)行熱處理，由此產(chǎn)品不會出現(xiàn)變形，而在產(chǎn)品形成過程中另外會產(chǎn)生強(qiáng)度增加的結(jié)果。
但是，由于產(chǎn)品的形狀是多樣的，所以產(chǎn)品的形成條件也變得日益嚴(yán)格。由于此原因，為了將合金廣泛用于汽車上，不論合金的強(qiáng)化機(jī)理如何，均需要進(jìn)一步提高材料自身的可成形性，或需要局部提高在產(chǎn)品形成過程中有應(yīng)變和應(yīng)力集中的部件的可成形性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，針對現(xiàn)有技術(shù)中所出現(xiàn)的上述問題而提出了本發(fā)明，且本發(fā)明的一個目的是提供一種提高鋁合金板的可成形性的鋁合金板局部表面改良方法，其中圓桿形探頭以將壓力施加到板的表面上的方式旋轉(zhuǎn)移動，所述圓桿形探頭不帶有探針，并將圓桿形探頭插入到鋁合金板內(nèi)，所述板的表面預(yù)計在板加工成產(chǎn)品的過程中產(chǎn)生裂紋，從而板的表面特性被改變，因而可提高鋁合金板的可成形性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種提高鋁合金板的可成形性的鋁合金板局部表面改良方法，所述方法包括板固定步驟，其是將所要局部表面改良的板固定；和局部表面改良步驟，其步驟包括通過施加壓力將高速旋轉(zhuǎn)的探頭與需要表面改良的固定板的區(qū)域緊密接觸，然后移動接觸在所述區(qū)域上的探頭。
所述局部表面改良步驟包括探測需要表面改良的區(qū)域步驟，在該步驟中探測出在板形成產(chǎn)品過程中具有應(yīng)變和應(yīng)力集中的區(qū)域；探頭定位步驟，該步驟是將高速旋轉(zhuǎn)探頭定位在前述探測步驟中所探測出的區(qū)域上；及表面改良步驟，其包括利用施加壓力將高速旋轉(zhuǎn)的探頭與需要表面改良的區(qū)域緊密接觸，然后移動接觸在所述區(qū)域上的探頭。
在探測需要表面改良的區(qū)域步驟中，選擇出一區(qū)域，該區(qū)域由于在板形成具有幾何結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品的過程中產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力集中而可能出現(xiàn)裂紋。例如，在板形成給定形狀的形成過程中，產(chǎn)生彎曲線的區(qū)域可選作為需要表面改良的區(qū)域。
在表面改良步驟中，由于探頭的運(yùn)動，產(chǎn)生在板表面上的塑性流滲入到板內(nèi)，并形成局部表面改良區(qū)域。
關(guān)于探頭，優(yōu)選地使用圓桿形探頭，該探頭沒有探針，其插入到板內(nèi)。在探頭的下端表面上，為了增加摩擦系數(shù)，也可形成具有細(xì)凸紋或細(xì)凸出的摩擦部分，因此增加板的塑性區(qū)域的深度。換句話說，所述塑性區(qū)域的深度可通過改變摩擦部分的摩擦系數(shù)而被調(diào)節(jié)。
此外，在本發(fā)明中所述板還可這樣實(shí)施所述板的可成形性可通過這樣形成的接合處而得到提高，所述接合處是通過采用表面摩擦焊接方法將兩塊或更多塊板彼此接合而形成。
上述板是鋁合金板，且根據(jù)本發(fā)明，通過執(zhí)行表面改良方法，提高所述鋁合金板的可成形性，在該方法中，通過施加壓力將高速旋轉(zhuǎn)的圓桿形探頭與由于在鋁合金板形成產(chǎn)品的過程中產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力集中的區(qū)域緊密接觸，然后將相接觸的探頭在所述區(qū)域上旋轉(zhuǎn)移動，從而由于溫度升高和鋁合金板里面的塑性變形，使在鋁合金板和圓桿形探頭之間的接觸面處產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶和晶粒細(xì)化，因而所述的鋁合金板的局部區(qū)域具有與基材不同的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性。


結(jié)合附圖，從下面的詳細(xì)描述中將對本發(fā)明的上述和其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)理解得更加清晰，其中圖1示出了局部處理鋁表面的方法；圖2示出了1.5mm厚的5052鋁合金板(基材和局部表面改良板)受到有限圓頂高度(LDH)測試之后的外觀；圖3示出了1.5mm厚的5052鋁板(基材和局部表面改良板)的LDH值；圖4示出了1.0mm厚的1050鋁板(基材和局部表面改良板)的LDH值；圖5示出了0.5mm厚的5052鋁合金板(基材和表面摩擦焊接板)受到有限圓頂高度(LDH)測試之后的外觀；和圖6示出了0.5mm厚的5052鋁板(基材和表面摩擦焊接板)的LDH值。
具體實(shí)施例方式
采用參照附圖舉例的方法，將進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明。
如圖1所示，在將要表面改良的鋁合金板1的表面上，不具有探針的圓桿形探頭2插入到板1內(nèi)，所述探頭2在高速旋轉(zhuǎn)的同時以恒定壓力與板表面相接觸地移動，以產(chǎn)生適宜的摩擦熱，從而形成局部表面改良區(qū)域3。此時，與圓桿形探頭2相接觸的鋁合金板1的表面材料由于摩擦熱和塑性變形產(chǎn)生的加工熱量而變軟，并且圓桿形探頭2的高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生劇烈的塑性流進(jìn)入到鋁合金板1中。塑性區(qū)域4的寬度約等于圓桿形探頭正下方的圓桿形探頭2的直徑，即，在鋁合金板1的表面處，而該直徑朝著板材料的里面逐漸減小。在此加工過程中，形成在板上的塑性區(qū)域4將具有與基材不同的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性。與基材相比，如上所述的已進(jìn)行局部表面改良的鋁合金板的可成形性提高了，并且當(dāng)在產(chǎn)品形成過程中由于應(yīng)力和應(yīng)變集中而出現(xiàn)裂紋的區(qū)域上完成局部表面改良時，所述產(chǎn)品可更易于形成。
當(dāng)增加圓桿形探頭2的直徑時，局部表面改良區(qū)域3的寬度和塑性區(qū)域4的深度隨之增加。但是，在一些情形下，需要使用相同直徑的圓桿形探頭2以增加塑性區(qū)域4的深度。在此情況下，當(dāng)鋁合金板1和圓桿形探頭2之間的摩擦系數(shù)為高的摩擦系數(shù)時，易于出現(xiàn)塑性流，從而增加塑性區(qū)域的深度。因此，當(dāng)為了增加圓桿形探頭2的摩擦系數(shù)，而在與鋁合金板1相接觸的圓桿形探頭2的下表面上形成有各種形狀的細(xì)凸紋或細(xì)凸出的摩擦部分時，就能容易地增加塑性區(qū)域的深度。在另一方面，當(dāng)摩擦部分的摩擦系數(shù)減小時，則塑性區(qū)域的深度可減小。
總之，如圖1所示，為提高鋁合金板的形成性而對鋁合金板進(jìn)行局部處理的發(fā)明方法包括以下步驟(a)將要局部表面改良的板牢固地固定；(b)將比板材硬的材料制成的高速旋轉(zhuǎn)的圓桿形探頭放置在板上需要進(jìn)行局部表面改良的區(qū)域上；(c)利用探頭高度旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦熱，同時在板的表面上產(chǎn)生被迫的劇烈塑性流；(d)使產(chǎn)生在板表面上的塑性流滲入到板內(nèi)；(e)由于探頭運(yùn)動的結(jié)果，形成局部表面改良區(qū)域。
實(shí)施例在本發(fā)明中，為了對基材和局部表面改良板的可形成性之間進(jìn)行比較，進(jìn)行了限制圓頂高度(Limited dome height)(LDH)的測試，所述限制圓頂高度測試是一種評價可成形性的方法。LDH測試實(shí)施在長度210mm、寬度120mm的樣本上，實(shí)施條件為沖壓直徑為100.0mm、沖壓速度為每分種2.0mm，坯料壓力為60KN和無潤滑條件。使用各種直徑的工具，所形成的局部表面改良區(qū)域與板的旋轉(zhuǎn)方向和樣本的縱向平行。
圖2示出了1.5mm厚的5052鋁合金基材和局部表面改良板在受到LDH測試之后的外觀。在圖2中，AR表示基材，5ΦLSM(局部表面改良)，8ΦLSM和10ΦLSM板均表示的是分別使用直徑為5mm、8mm和10mm的圓桿形探頭進(jìn)行局部表面改良的鋁合金板。這些表示同樣以相同方式在圖3和圖4采用。
圖3示出了1.5mm厚的5052鋁合金基材和局部表面改良板的LDH值的比較。如可在圖3中看到的，采用局部表面改良LSM板的LDH值均比基材AR板的LDH值高，且當(dāng)用于局部表面改良的圓桿形探頭的直徑增加時，LDH也隨之增加。其表明板的可成形性可通過采用圓桿形探頭實(shí)現(xiàn)局部表面改良來提高。10ΦLSM板在可形成性方面與AR板相比增加約22％。
圖4示出了1.0mm厚的1050鋁合金基材和局部表面改良板的LDH值的比較。如可在圖4中看到的，LSM(局部表面改良)板的LDH值均比基材AR(AS-可接受的)板的LDH值高。其表明以和圖3中所示的5052鋁合金板的相同方式，板的可成形性可通過采用圓桿形探頭實(shí)現(xiàn)局部表面改良來提高。8ΦLSM板在可形成性方面與AR板相比增加約19％。
圖5示出了0.5mm厚的5052鋁合金基材和表面摩擦焊接接合板受到LDH測試之后的外觀。在圖5中，SFwed表示表面摩擦焊接接合。用于焊接處理的工具的直徑為5mm。
圖6示出了0.5mm厚的5052的鋁合金基材和表面摩擦焊接接合板的LDH值的比較。如可在圖6中看到的，SFWed(表面摩擦焊接)板的LDH值比基材AR板的LDH值高。表面摩擦焊接的SFWed板在可形成性方面與基材AR板相比增加約50％。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)圓桿形探頭在高速旋轉(zhuǎn)的同時利用施加壓力而與鋁合金板接觸移動時，鋁合金板的局部區(qū)域內(nèi)發(fā)生了變化，使其局部區(qū)域具有與基材不同的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性，產(chǎn)生該變化是由于在板和圓桿形探頭之間的接觸面由于圓桿形探頭的旋轉(zhuǎn)而形成溫度升高和鋁合金板內(nèi)部的連續(xù)塑性變形，從而產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶、晶粒細(xì)化等等。同樣，當(dāng)圓桿形探頭旋轉(zhuǎn)時，塑性流滲入到鋁內(nèi)，從而沿著圓桿形探頭的運(yùn)動軌跡形成表面改良塑性區(qū)域，由于表面改良塑性區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性，鋁合金板的可成形性可被提高。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是用于以說明目的而進(jìn)行描述的，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠理解的是，在不脫離如所附的權(quán)利要求中所公開的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)，可對本發(fā)明進(jìn)行各種修改、增加和替代。
權(quán)利要求
1.一種用于提高鋁合金板的可成形性的鋁合金板局部表面改良方法，所述方法包括板固定步驟，將所要局部表面改良的板固定；及局部表面改良步驟，包括通過施加壓力將探頭與需要表面改良的固定板的區(qū)域緊密接觸，然后在所述區(qū)域上高速旋轉(zhuǎn)移動所述探頭。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述局部表面改良步驟包括探測需要表面改良區(qū)域的步驟，探測出在所述板形成產(chǎn)品過程中應(yīng)變和應(yīng)力將集中的區(qū)域；探頭定位步驟，將高速旋轉(zhuǎn)探頭定位在前述探測步驟中所探測出的區(qū)域上；表面改良步驟，其包括將所述高速旋轉(zhuǎn)的探頭與所述需要表面改良的區(qū)域緊密接觸，然后通過施加壓力移動接觸所述區(qū)域的所述探頭。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述探頭為圓桿形探頭，該探頭沒有探針，且將所述探頭插入到所述板內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述探頭的下端表面上形成有摩擦部分。
5.如權(quán)利要求1至4任一所述的方法，其中所述板的表面改良區(qū)域?yàn)橥ㄟ^采用表面摩擦焊接方法將兩塊或更多塊板彼此接合而形成的接合處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過對鋁合金板局部表面改良提高鋁合金板的可成形性的方法。該方法包括板固定步驟，將要局部表面改良的板牢固；局部表面改良步驟，包括通過施加壓力將探頭緊貼在需要表面改良的固定板的區(qū)域上，然后將區(qū)域上的探頭高速旋轉(zhuǎn)移動。根據(jù)該方法，由于在鋁合金板形成產(chǎn)品的過程中產(chǎn)生應(yīng)變和應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂紋的板的區(qū)域要進(jìn)行局部表面改良，從而與基材相比提高了鋁合金板的可成形性，這樣鋁合金板可易于形成產(chǎn)品。若必要的話，探頭的摩擦系數(shù)可利用形成在與板進(jìn)行接觸的探頭的下表面上的細(xì)凸紋或細(xì)凸出的各種形狀而發(fā)生變化，從而改變塑性流，以調(diào)節(jié)板的塑性區(qū)域的深度，因此進(jìn)一步提高合金板的可成形性。
文檔編號C22F1/04GK1928146SQ20061011220
公開日2007年3月14日 申請日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者李昌吉, 金成俊, 韓與南, 丁觀水, 樸相俊 申請人:韓國機(jī)械研究院