Способ и устройство для термической обработки алюминиевой заготовки и алюминиевая заготовка

Способ и устройство для термической обработки алюминиевой заготовки и алюминиевая заготовка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу термической обработки алюминиевой заготовки, имеющей по существу структурное состояние Т4, включающему в себя проведение на первом участке заготовки первого процесса дисперсионного твердения посредством искусственного старения с целью изменения структурного состояния первого участка заготовки.

Изобретение также относится к устройству для термической обработки алюминиевой заготовки, реализующему указанный способ и содержащему камеру для обработки, выполненную с возможностью размещения по меньшей мере одного участка подвергаемой термической обработке алюминиевой заготовки, и нагревательные средства, обеспечивающие нагрев по меньшей мере участка алюминиевой заготовки, расположенного в зоне нагрева камеры для обработки.

Изобретение, также относится к алюминиевой заготовке, а именно, к алюминиевой заготовке, обрабатываемой описанным выше способом.

Алюминиевые заготовки нашли широкое применение в промышленном строительстве и используются для изготовления конструкционных компонентов, в частности, вместо более тяжелых стальных конструкционных компонентов. Однако бывает трудно подобрать алюминиевые заготовки, которые по прочностным характеристикам в полной мере могут заменить стальные. Цельные стальные заготовки содержат участки, отличающиеся по своим свойствам, например, они могут отличаться прочностью или пластичностью, и для их замены трудно подобрать алюминиевые заготовки с соответствующими свойствами.

В данной области техники известны технологии изготовления стальных заготовок, которые включают, например, этап упрочнения прессованием, и позволяют получить цельные заготовки, содержащие участки с разными свойствами. В основе указанных технологий лежит высокая зависимость микроструктуры стали от скорости охлаждения при закалке в процессе упрочнения, а также низкая теплопроводность стали. Благодаря указанным свойствам на разных участках стальной заготовки во время закалки создаются совершенно разные градиенты температур, в результате чего, на указанных участках достигаются разные структурные состояния и, соответственно, разные свойства материала.

Указанные способы обычно не применимы для изготовления алюминиевых заготовок, поскольку алюминиевые сплавы имеют более высокую теплопроводность, в результате чего, градиент температуры между разными участками заготовки будет выравниваться быстрее, чем в стальной заготовке. Для достижения определенного структурного состояния алюминиевую заготовку, в отличие от стальной заготовки, которую достаточно только закалить с определенной скоростью охлаждения, необходимо, к тому же, выдержать при определенной температуре в течение длительного периода времени.

В некоторых случаях вместо цельной стальной заготовки можно использовать составную алюминиевую заготовку, состоящую по меньшей мере из двух соединенных между собой алюминиевых заготовок, имеющих разные свойства. Однако при соединении заготовок, например, сваркой или пайкой, могут возникнуть слабые места и, кроме того, не всегда имеется возможность осуществить указанное соединение. Таким образом, существует необходимость в цельных алюминиевых заготовках, содержащих участки с разными свойствами.

В связи с вышесказанным, задача изобретения состоит в разработке способа и устройства для термической обработки алюминиевой заготовки с целью получения алюминиевой заготовки, содержащей участки, отличающиеся друг от друга по свойствам, например, отличающиеся прочностью или пластичностью. Также задачей изобретения является разработка алюминиевой заготовки, которая будет обладать указанными свойствами.

Таким образом, согласно соответствующему изобретению способу при проведении первого процесса дисперсионного твердения на первом участке заготовки некоторая часть заготовки интенсивно охлаждается, в результате чего, в течение первого процесса дисперсионного твердения структурное состояние второго участка заготовки остается, по существу, неизменным.

Благодаря интенсивному охлаждению некоторой части заготовки, предотвращается прямой и/или косвенный нагрев второго участка заготовки за счет теплопередачи от первого участка заготовки. Следует отметить, что температура второго участка заготовки поддерживается ниже температуры искусственного старения, а температура первого участка заготовки превышает температуру искусственного старения. Таким образом, только первый участок заготовки претерпевает изменение структурного состояния материала, в то время как структурное состояние материала второго участка заготовки остается, по существу, неизменным.

Под термином «алюминиевая заготовка» подразумевается металлическая заготовка или, в основном, металлическая заготовка, изготовленная, по существу, из алюминия или алюминиевого сплава. Для изготовления заготовок может использоваться, в частности, алюминиевый сплав типа АА 2ХХХ, либо АА 6ХХХ или АА 7ХХХ. Кроме того, термин «заготовка» распространяется на листы, предварительно отформованные заготовки и отлитые заготовки. Точнее говоря, под термином «заготовка», главным образом, подразумевается цельная заготовка, то есть первый и второй участки заготовки не являются частями соединенных вместе разных заготовок.

Температура искусственного старения является температурой, при которой происходит процесс искусственного старения алюминиевой заготовки, то есть изменение структурного состояния материала заготовки в результате теплового воздействия. Минимальная температура, при которой происходит искусственное старение, зависит от состава алюминиевого сплава заготовки, но, как правило, составляет, по меньшей мере, 90°C. Минимальная температура проведения искусственного старения алюминиевых заготовок, в частности, из сплавов типа АА 6ХХХ, предпочтительно, составляет по меньшей мере 150°C.

Интенсивно охлаждаемая часть алюминиевой заготовки может совпадать со вторым участком указанной заготовки. Однако второй участок может включать некоторую часть заготовки, которая непосредственно не охлаждается, но отделена от первого участка заготовки интенсивно охлаждаемой частью заготовки.

Структурное состояние алюминиевых заготовок связано с микроструктурой алюминия или алюминиевого сплава, то есть со структурой и конфигурацией зерен и выделившихся фаз.

Алюминий или алюминиевый сплав в структурном состоянии Т4 имеет микроструктуру, полученную в результате термической обработки на твердый раствор с последующей закалкой и, если требуется, с последующим проведением естественного старения материала заготовки. Термическая обработка на твердый раствор представляет собой термическую обработку, при которой заготовку выдерживают в течение определенного промежутка времени при высокой температуре, но ниже температуры плавления, в результате чего, требуемые элементы сохраняются в твердом растворе, чтобы получить в заготовке, по существу, структуру твердого раствора. Типичные температуры термической обработки на твердый раствор лежат в диапазоне от 300 до 600°C. Типичная продолжительность термической обработки на твердый раствор составляет от 15 мин до 24 ч. Продолжительность термической обработки на твердый раствор устанавливается в зависимости от толщины заготовки, точнее говоря, более толстые заготовки требуют более длительной термической обработки на твердый раствор. Во время закалки заготовку подвергают быстрому охлаждению от температуры термической обработки на твердый раствор, до температуры 200°C или ниже, предпочтительно, до 150°C или ниже. Во время естественного старения алюминиевая заготовка выдерживается при температуре окружающей среды в течение нескольких дней, как правило, от 5 до 8 дней.

Повысить прочность алюминиевой заготовки можно за счет проведения естественного или искусственного старения, приводящего к изменению структурного состояние Т4. При проведении искусственного старения, вызывающего дисперсионное твердение материала, заготовка подвергается воздействию температуры, составляющей, как правило, от 90°C до 200°C, в течение определенного периода времени, как правило, в течение от 20 мин до 9 дней, предпочтительно, в течение от 1 до 2 дней.

При проведении искусственного старения происходит формирование выделившихся фаз, в результате чего, структура Т4 преобразуется в структуру Т6. Поэтому указанный процесс также называют процессом дисперсионного твердения. Структурное состояние Т6 обеспечивает очень высокую прочность материала заготовки. Чтобы обеспечить максимальную прочность материала на определенном участке заготовки, необходимо указанный участок заготовки выдержать при определенной температуре в течение определенного времени, в зависимости от состава сплава заготовки.

Если продолжительность выдержки или температура нагрева превышают значения, необходимые для достижения максимальной прочности материала, алюминиевая заготовка приобретает перестаренную структуру, то есть структурное состояние Т7. Когда заготовка приобретает указанное структурное состояние, снижается механическая прочность и, соответственно, улучшается как пластичность, так и относительное удлинение материала заготовки.

Состояние Т5 достигается нагревом заготовки до температуры обработки на твердый раствор или выше указанной температуры с проведением охлаждения, например, воздухом или водой и последующего искусственного старения, которое по своей природе аналогично старению, проводимому для получения структурного состояния Т6. Заготовка в состоянии Т5 близка по механическим свойствам заготовке в состоянии Т6, причем, чтобы заготовка приобрела структурное состояние Т7, она должна быть перестарена. Все дальнейшие ссылки на состояние Т6 или Т7 приводятся с учетом исходного состояния Т5.

Обозначения структурных состояний Т4, Т5, Т6 и Т7, полученных термической обработкой, соответствуют, по существу, обозначениям, определенным в стандартах ANSI H35.1, EN515 и ISO 2107.

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предлагаемый способ также включает в себя проведение второго процесса искусственного старения, вызывающего дисперсионное твердение и, соответственно, изменение структурного состояния первого и второго участков заготовки.

Комбинация первого и второго процессов дисперсионного твердения позволяет создать на разных участках заготовки структурные состояния Т6 или Т7 и, соответственно, получить разные свойства материала, такие как прочность или пластичность.

Второй процесс дисперсионного твердения может включать полное искусственное старение заготовки или только частичное искусственное старение первого и второго участков заготовки. При частичном искусственном старении во время второго процесса дисперсионного твердения заготовка по окончании термической обработки может содержать третий участок, имеющий структурное состояние Т4.

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, предлагаемый способ включает в себя первый и второй процессы дисперсионного твердения, после проведения которых первый участок заготовки имеет, по существу, структурное состояние Т7, а второй участок заготовки имеет, по существу, структурное состояние Т6. Способ, согласно указанному варианту осуществления изобретения позволяет получить алюминиевую заготовку, содержащую первый участок с очень высокой прочностью (структурное состояние Т6), и второй участок с низкой прочностью, но более высокой пластичностью (структурное состояние Т7).

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, способ включает второй процесс дисперсионного твердения, который проводится после первого процесса дисперсионного твердения. Согласно указанному варианту осуществления изобретения первый процесс дисперсионного твердения вызывает изменение структурного состояния первого участка от Т4 до Т6, в то время как структурное состояние второго участка остается, по существу, Т4. Второй процесс дисперсионного твердения вызывает изменение структурного состояния от Т6 до Т7 первого участка, и одновременно вызывает изменение структурного состояния от Т4 до Т6 второго участка, обеспечивающего наибольшую прочность.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, способ включает в себя первый процесс дисперсионного твердения, который проводится после второго процесса дисперсионного твердения. Согласно указанному варианту осуществления изобретения, второй процесс дисперсионного твердения вызывает изменение структурного состояния от Т4 до, по существу, Т6 как первого участка заготовки, так и второго участка заготовки. Первый процесс дисперсионного твердения, проводимый после второго процесса дисперсионного твердения, вызывает изменение структурного состояния первого участка от Т6 до Т7, при этом структурное состояние второго участка, по существу, сохраняется Т6.

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, заготовку изготавливают из алюминиевого сплава марки АА 2ХХХ, либо АА 6ХХХ или АА 7ХХХ. Сплавы АА (Ассоциации производителей алюминия) 2ХХХ являются алюминиевыми сплавами, содержащими медь в качестве основного легирующего компонента. Сплавы АА 6ХХХ являются алюминиевыми сплавами, содержащими магний и кремний в качестве основных легирующих компонентов. Сплавы АА 7ХХХ являются алюминиевыми сплавами, содержащими цинк в качестве основного легирующего компонента. В результате проведения процесса дисперсионного твердения указанные сплавы приобретают высокую прочность. Чтобы алюминиевая заготовка имела достаточную прочность и могла заменить высокопрочный стальной компонент, для изготовления алюминиевой заготовки особенно предпочтительным является сплав АА 6070 или сплавы марки АА, имеющие в структурном состоянии Т6 более высокую прочность. Примерами предпочтительных сплавов для изготовления алюминиевой заготовки также могут служить сплавы АА 6082 и АА 6009.

Зачастую алюминиевые заготовки при изготовлении окрашивают, в таком случае выполняется этап горячей сушки лакокрасочного покрытия для отверждения, сушки и/или отжига лакокрасочного покрытия. В частности, лакокрасочное покрытие, нанесенное на алюминиевые компоненты, используемые для изготовления кузова машины, подвергается обжигу на стадии неокрашенного кузова. Во время горячей сушки лакокрасочного покрытия алюминиевая заготовка, как правило, подвергается нагреву при температуре в диапазоне от 150 до 200°C, в частности, при температуре примерно 180°C в течение от 10 до 40 мин, в частности, в течение примерно 20 мин. Указанная температура и продолжительность нагрева соответствуют условиям проведения процесса дисперсионного твердения материала заготовки. Следовательно, в процессе изготовления алюминиевой заготовки согласно изобретению два этапа объединены в один, благодаря чему повышается эффективность изготовления алюминиевой заготовки. Таким образом, алюминиевая заготовка, получаемая при осуществлении способа согласно изобретению, предпочтительно, используется в качестве компонента на стадии неокрашенного кузова.

Для проведения первого и/или второго процессов дисперсионного твердения, предусмотренных в описанных выше вариантах осуществления способа согласно изобретению, может использоваться камера искусственного старения, в которой обеспечивается нагрев заготовки до температуры искусственного старения. При проведении первого процесса дисперсионного твердения обеспечивается тепловой контакт алюминиевой заготовки с охлаждающим устройством, в частности, с теплообменником, чтобы при проведении первого процесса дисперсионного твердения осуществлялось интенсивное охлаждение некоторой части алюминиевой заготовки. В частности, охлаждающее устройство может быть соединено с некоторой частью, заготовки. Если способ, к тому же, включает проведение второго процесса дисперсионного твердения, охлаждающее устройство может быть отсоединено и/или отключено. Следует отметить, что описанный способ может использоваться для одновременного изготовления нескольких алюминиевых заготовок в одной и той же камере искусственного старения.

Для осуществления раскрытых выше вариантов способа, предпочтительно, используется специальное устройство согласно изобретению, которое будет подробно описано ниже.

В изобретении предлагается устройство для термической обработки алюминиевой заготовки, разработанное специально для осуществления описанного выше способа, при этом указанное устройство содержит камеру для обработки, выполненную с возможностью размещения в ней по меньшей мере некоторой части алюминиевой заготовки, подвергаемой термической обработке, и содержит нагревательные средства, обеспечивающие нагрев по меньшей мере участка алюминиевой заготовки, расположенного в зоне нагрева камеры для обработки, причем устройство содержит охлаждающие средства, обеспечивающие интенсивное охлаждение по меньшей мере участка алюминиевой заготовки, расположенного в зоне охлаждения камеры для обработки.

Указанная конструкция устройства согласно изобретению обладает преимуществом, состоящим в том, что при проведении термической обработки алюминиевой заготовки, размещенной в камере для обработки, участок алюминиевой заготовки, расположенный в зоне охлаждения камеры для обработки, может быть интенсивно охлажден. Таким образом, разные участки заготовки могут быть термически изолированы, причем посредством охлаждения определенной части алюминиевой заготовки создается тепловой барьер, эффективно предотвращающий теплопередачу от участка алюминиевой заготовки, расположенного в зоне нагрева, к участку, расположенному в зоне охлаждения, или к другому участку обрабатываемой заготовки, который отделен от участка, расположенного в зоне нагрева, участком, находящимся в зоне охлаждения.

Охлаждающие средства, предпочтительно, выполненные с возможностью поддержания температуры участка заготовки, расположенного в зоне охлаждения, ниже температуры искусственного старения, в частности, ниже 100°C, в то время как участок заготовки, расположенный в зоне нагрева, нагревается до температуры искусственного старения или выше, а именно, выше 100°C.

Следует отметить, что камера для обработки представляет собой отсек устройства, который по меньшей мере частично огорожен конструктивными компонентами устройства, например, стенками. Камера для обработки имеет входное отверстие, чтобы алюминиевую заготовку можно было по меньшей мере частично поместить в камеру для проведения термической обработки. Во время проведения термической обработки алюминиевой заготовки указанная камера может быть полностью закрыта, либо оставаться частично открытой. Предпочтительно, камера для обработки выполнена в виде печной камеры или как камера для искусственного старения. Безусловно, предусмотренная в устройстве камера для обработки может быть образована таким образом, что быть способной вмещать несколько алюминиевых заготовок, благодаря чему, может одновременно проводиться термическая обработка нескольких алюминиевых заготовок.

Нагревательные средства выполнены с возможностью нагрева, предпочтительно, участка заготовки, который расположен в зоне нагрева, и обеспечивают нагрев до или выше температуры искусственного старения, а именно, выше 100°C. Нагревательные средства могут представлять собой газовые нагревательные средства, или электрические нагревательные средства, включая средства контактного нагрева, радиационного нагрева и/или индукционного нагрева. Например, нагревательные средства могут представлять собой спиральные нагреватели. Нагревательные средства могут быть конфигурированы таким образом, чтобы при проведении термической обработки они находились в непосредственном контакте с алюминиевой заготовкой, благодаря чему усиливается теплопередача.

Зона нагрева может содержать единственную секцию или несколько секций, которые расположены на расстоянии друг от друга. При наличии нескольких секций имеется возможность выполнять индивидуальный нагрев разных участков алюминиевой заготовки, чтобы локально вызвать изменения структурного состояния.

Охлаждающие средства, предпочтительно, представляют собой теплообменник, в котором циркулирует, например, охлаждающая жидкость, в частности, вода. Альтернативно, могут использоваться охлаждающие средства, обеспечивающие непосредственный контакт охлаждающей жидкости, например, воды, масла или пара, с алюминиевой заготовкой. Например, охлаждающая жидкость может распыляться на поверхность заготовки. Также могут применяться термоэлектрические охлаждающие элементы.

Алюминиевые заготовки обладают высокой теплопроводностью, в частности, имеют более высокую теплопроводность, по сравнению со стальными заготовками. Следовательно, чтобы в процессе термической обработки алюминиевой заготовки эффективно предотвратить теплопередачу от первого участка ко второму участку, необходимо обеспечить высокую теплопередачу от алюминиевой заготовки к охлаждающим средствам. Как уже отмечалось, могут применяться охлаждающие средства, обеспечивающие непосредственный контакт охлаждающей жидкости с алюминиевой заготовкой, что приводит к улучшению теплопередачи в процессе термической обработки. Следует отметить, что охлаждающие средства могут быть конфигурированы таким образом, чтобы теплопередача от алюминиевой заготовки к охлаждающим средствам, по меньшей мере, достигала теплопередачи между участками алюминиевой заготовки. В частности, область охлаждающих средств, вступающая в непосредственный контакт с алюминиевой заготовкой, может содержать материал, такой как медь, которая имеет более высокий коэффициент теплопередачи по сравнению с алюминием. В связи с этим, тепло заготовки будет рассеиваться в охлаждающих средствах, вместо того чтобы удерживаться алюминием.

В дополнение к вышесказанному следует отметить, что могут использоваться охлаждающие средства, которые способны обеспечить температуру по меньшей мере на 10°C ниже, предпочтительно, по меньшей мере, на 25°C ниже, в частности, по меньшей мере, на 40°C ниже температуры участка алюминиевой заготовки, расположенного в зоне охлаждения. Охлаждающие средства можно регулировать для поддержания указанного перепада температур в течение первого процесса дисперсионного твердения.

Зона охлаждения может содержать единственную секцию или несколько секций, которые расположены на расстоянии друг от друга. При наличии в зоне охлаждения нескольких секций имеется возможность выполнять индивидуальный нагрев разных участков алюминиевой заготовки, чтобы локально вызвать изменения структурного состояния при проведении термической обработки.

В первом предпочтительном варианте осуществления устройства согласно изобретению дополнительно предусмотрены средства управления, которые регулируют режим работы нагревательных средств и/или охлаждающих средств, в частности, регулируют температуру участка алюминиевой заготовки, расположенного в зоне нагрева, и/или температуру участка алюминиевой заготовки, расположенного в зоне охлаждения.

Поскольку при проведении термической обработки в устройстве согласно изобретению регулируется режим работы нагревательных средств и/или охлаждающих средств, можно без проблем обеспечить индивидуальную и локальную термическую обработку участков заготовки. Средства управления, предпочтительно, выполнены с возможностью регулирования продолжительности нагрева и/или температуры нагрева. Также средства управления, предпочтительно, выполнены с возможностью регулирования продолжительности охлаждения и/или температуры охлаждения. В устройстве могут применяться средства управления любого типа, а именно, электронные, электрические и/или механические средства управления, которые выполняют, например, включение или выключение средств нагрева и/или охлаждения, а также обеспечивают подведение к указанным средствам большей или меньшей мощности, соответственно, для нагрева или охлаждения алюминиевой заготовки.

Следует отметить, что как средства управления, так и нагревательные средства и/или охлаждающие средства, предпочтительно, выполнены с возможностью обеспечения режима работы устройства, при котором в зоне нагрева поддерживается температура по меньшей мере 100°C, в частности, от 110°C до 200°C, а в зоне охлаждения поддерживается температура менее 100°C, в частности, менее 90°C, при этом продолжительность термической обработки, составляет по меньшей мере 10 мин, предпочтительно, по меньшей мере 1 час, более предпочтительно, по меньшей мере 7 часов.

Сплавы типа АА 6ХХХ приобретают структурное состояние Т6, то есть наибольшую прочность, как правило, после выдержки в течение 16 часов при температуре 160°C.Таким образом, средства управления, нагревательные средства и/или охлаждающие средства, предпочтительно, конфигурированы для поддержания температуры в зоне нагрева, по меньшей мере, 160°C и, соответственно, для поддержания температуры в зоне охлаждения менее 100°C в течение, по меньшей мере, 16 часов.

Сплавы типа АА 7ХХХ приобретают структурное состояние Т6, то есть наибольшую прочность, как правило, после выдержки в течение 36 часов при температуре 120°C. Таким образом, средства управления, нагревательные средства и/или охлаждающие средства, предпочтительно, конфигурированы для поддержания температуры в зоне нагрева, по меньшей мере, 120°C и, соответственно, для поддержания температуры в зоне охлаждения менее чем 100°C в течение, по меньшей мере, 36 часов.

Поскольку обработка алюминиевых заготовок, сравнительно со стальными заготовками, является, как правило, более длительной, предпочтительно, использовать дополнительный теплообменник для охлаждения хладагента, например, воды, циркулирующей в основном теплообменнике.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения, в устройстве также предусмотрены средства обратной связи, содержащие, в частности, один или несколько температурных датчиков и контуров обратной связи, позволяющие точно регулировать температуру в зоне нагрева и/или в зоне охлаждения.

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения устройство содержит средства регулирования, выполненные с возможностью регулирования положения и/или размера зоны нагрева и/или зоны охлаждения.

Средства регулирования позволяют настраивать или перенастраивать устройство, то есть приспособить зону нагрева и/или зону охлаждения для получения требуемых свойств конкретной заготовки. Таким образом, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к алюминиевой заготовке, в зоне нагрева и/или в зоне охлаждения обрабатываются участки заготовки требуемого размера и которые могут занимать определенные положения.

В устройстве могут применяться средства регулирования любого типа, а именно, электронные, электрические и/или механические средства. Средства регулирования предусмотрены для того, чтобы можно было производить, например, включение или выключение некоторых из нагревательных средств, и/или некоторых из охлаждающих средств, а также обеспечивать по меньшей мере частичное перемещение нагревательных средств и/или охлаждающих средств. Таким образом, устройство может быть конфигурировано для разных режимов термической обработки заготовки с целью изменения структурного состояния участков заготовки, имеющих разные размеры и занимающих разное положение.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство представляет собой пресс. Пресс используется для получения алюминиевой заготовки определенной конфигурации. В указанном варианте осуществления изобретения этап формирования алюминиевой заготовки объединяется с этапом локальной термической обработки, обеспечивающей изменение структурного состояния определенных участков заготовки. Благодаря указанному сочетанию двух этапов процесс изготовления заготовки является более эффективным. Кроме того, сокращается количество устройств, необходимых для изготовления указанной алюминиевой заготовки, в результате чего, рационально используется производственная площадь и снижаются расходы. В указанном предпочтительном варианте осуществления изобретения обычный пресс оборудован нагревателем и/или охлаждающим устройством.

В изобретении также предлагается алюминиевая заготовка, а именно, заготовка, изготовленная описанным выше способом, причем первый участок указанной алюминиевой заготовки имеет, по существу, структурное состояние Т6, а второй участок указанной алюминиевой заготовки имеет, по существу, структурное состояние Т7.

Алюминиевые заготовки, содержащие участки с разным структурным состоянием и с разными свойствами материала, такими как прочность и пластичность, подходят для изготовления компонентов, способных заменить стальные компоненты в областях применения, в которых требуются локально зависимые свойства материала.

Алюминиевая заготовка согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения содержит переходную зону, расположенную между первым и вторым участками алюминиевой заготовки, причем переходная зона имеет промежуточное структурное состояние, имеющее переход, предпочтительно, плавный переход от структурного состояния первого участка к структурному состоянию второго участка. Наличие указанной переходной зоны является предпочтительным, чтобы в заготовке не происходило резкое изменение свойств материала, приводящее к возникновению слабых мест в заготовке. Размер переходной зоны составляет, предпочтительно, менее 25 см, предпочтительнее, менее 15 см, в частности, менее 9 см.

Алюминиевую заготовку изготавливают, предпочтительно, из сплавов типа АА 2ХХХ, либо из сплавов типа АА 6ХХХ или из сплавов типа АА 7ХХХ, предпочтительнее, из сплавов АА 6070, АА 6082 или АА 6009, поскольку указанные сплавы в структурном состоянии Т6 имеют очень высокую прочность, а в структурном состоянии Т7 обладают хорошей пластичностью. Таким образом, процесс дисперсионного твердения обеспечивает в заготовках, изготовленных из указанных сплавов, хорошие показатели прочности и пластичности.

Следует отметить, что заготовки, изготовленные из указанных сплавов, обладают хорошими свойствами, поскольку заготовка, изготовленная из сплава АА 6070, содержит первый участок, материал которого имеет предел текучести по меньшей мере 350 МПа и предел прочности по меньшей мере 370 МПа, и содержит второй участок, материал которого имеет относительное удлинение по меньшей мере 10%; заготовка, изготовленная из сплава АА 6082, содержит первый участок, материал которого имеет предел текучести по меньшей мере 250 МПа и предел прочности по меньшей мере 290 МПа, и содержит второй участок, материал которого имеет относительное удлинение по меньшей мере 12%; заготовке, изготовленная из сплава АА 6009, содержит первый участок, материал которого имеет предел текучести по меньшей мере 300 МПа и предел прочности по меньшей мере 320 МПа, и содержит второй участок, материал которого имеет относительное удлинение по меньшей мере 14%.

Алюминиевая заготовка согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения выполнена в виде детали кузова машины, в частности, в виде центральной стойки. Детали кузова, такие как центральные стойки, должны иметь участки с разными показателями прочности или пластичности. Таким образом, детали кузова являются естественной областью применения алюминиевой заготовки, описанной выше. Указанная алюминиевая заготовка легче стальной заготовки и проще в изготовлении, чем алюминиевые заготовки, которые изготавливаются обычными способами.

Центральная стойка является одним из примеров компонентов конструкции, для изготовления которых требуются заготовки, содержащие участки, отличающиеся по свойствам. Верхний участок центральной стойки, предпочтительно, имеет высокую прочность, то есть материал заготовки имеет, по существу, структурное состояние Т6, чтобы обеспечивалась надлежащая защита пассажиров при опрокидывании автомобиля. Нижний участок центральной стойки, предпочтительно, имеет более высокую пластичность или удлинение, то есть, материал заготовки находится, по существу, в структурном состоянии Т7 и способен эффективно поглощать энергию удара при аварии.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, устройство для термообработки алюминиевой заготовки содержит камеру для обработки, выполненную с возможностью размещения в ней по меньшей мере части алюминиевой заготовки, подвергаемой термообработке, а также содержит нагреватель, обеспечивающий нагрев по меньшей мере участка алюминиевой заготовки, расположенного в зоне нагрева камеры для обработки, причем устройство, содержит охлаждающее средство, обеспечивающее интенсивное охлаждение по меньшей мере участка алюминиевой заготовки, расположенного в зоне охлаждения камеры для обработки. Кроме того, устройство, предпочтительно, содержит контроллер, регулирующий работу нагревателя и/или охлаждающего средства. Устройство, предпочтительно, содержит средство регулирования, предназначенное для регулирования положения и/или размера зоны нагрева и/или зоны охлаждения. Предпочтительно, устройство согласно изобретению представляет собой пресс.

Несомненно, признаки, описанные в отношении способа по изобретению, сочетаются с признаками, относящимися к устройству и/или заготовке по изобретению и наоборот. Способ согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, включает в себя первый и, предпочтительно, второй процесс дисперсионного твердения, и осуществляется при помощи устройства по изобретению.

Дополнительные особенности и преимущества изобретения описаны ниже посредством вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 показана блок-схема способа по первому варианту его осуществления;

на фиг. 2 - блок-схема способа по второму варианту его осуществления;

на фиг. 3 - устройство с заготовкой по первому варианту его выполнения, а также способ по одному из вариантов его осуществления;

на фиг. 4а-4b - устройство с заготовкой по второму варианту его выполнения, а также способ по одному из вариантов его осуществления;

на фиг. 5 - устройство с заготовкой по третьему варианту его выполнения, а также способ по одному из вариантов его осуществления;

на фиг. 6 - устройство с заготовкой по четвертому варианту его выполнения, а также способ по одному из вариантов его осуществления;

на фиг. 7а-7с - устройство с заготовкой по пятому варианту его выполнения, а также способ по одному из вариантов его осуществления;

на фиг. 8 - вариант выполнения алюминиевой заготовки;

на фиг. 9 - испытательная установка для определения эффективности способа и устройства;

на фиг. 10а-10b - результаты первого испытания, выполненного на испытательной установке, показанной на фиг. 9;

на фиг. 11 - результаты второго испытания, выполненного на испытательной установке, показанной на фиг. 9;

Как показано на фиг. 1, при проведении способа, обозначенного ссылочной позицией 102, алюминиевая заготовка поступает на первый этап 104. Заготовка имеет по существу структурное состояние Т4.

На последующем этапе 106 проводится первый процесс дисперсионного твердения первого участка заготовки посредством искусственного старения. Одновременно проводится интенсивное охлаждение некоторой части заготовки, чтобы температура второго участка заготовки поддерживалась ниже температуры искусственного старения. В результате проведения процесса дисперсионного твердения структурное состояние первого участка изменяется от Т4 до Т6, при этом структурное состояние второго участка остается, по существу, Т4.

На последующем этапе 108 проводится второй процесс дисперсионного твердения заготовки, при этом как первый, так и второй участки заготовки претерпевают изменение структурного состояния. По окончании этапа 108 первый участок заготовки приобретает структурное состояние Т7, тогда как второй участок приобретает структурное состояние Т6. Следовательно, участк