合金板材與模鍛件等半成品往往存在很大的殘余應(yīng)力場,有關(guān)研究結(jié)果表明,通過采用熱水淬火或有機介質(zhì)淬火來降低殘余應(yīng)力數(shù)值的實際效果非常有限,因此,在鋁合金在毛坯生產(chǎn)過程中,必須安排專門的消除殘余應(yīng)力工藝。英美等發(fā)達國家從上世紀50年代就開始該方面研究,并已形成包括機械拉伸法(TX51)、模冷壓法(TX52)、上坡淬火法,(TX53)、模拉壓法(TX54)、振動消除法等一整套專門的殘余應(yīng)力消除工藝。

時效消除法是降低淬火殘余應(yīng)力的傳統(tǒng)方法。由于鋁合金材料尤其是航空用鋁合金材料對溫度非常敏感,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(chǎn)生過時效現(xiàn)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(yīng)力消除效果(僅為10-35%)，多用于鋁加工工廠。

機械拉伸法消除應(yīng)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(yīng)力與原來的淬火殘余應(yīng)力疊加后發(fā)生塑性變形,使殘余應(yīng)力得以緩和與釋放。有關(guān)研究結(jié)果表明,機械拉伸法最高可消除90%以上的殘余應(yīng)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。

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(fù)雜形狀鋁合金模鍛件中的殘余應(yīng)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(chǎn)生“拉伸”作用。因此,該種方法是調(diào)整而不是消除零件的整體應(yīng)力水平,它使鋁合金模鍛件上某些部位的殘余應(yīng)力得到釋放的同時,有可能使其他部位的殘余應(yīng)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(yīng)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(yīng)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。

深冷處理法也稱冷穩(wěn)定處理法,按工藝可劃分為深冷急熱法與冷熱循環(huán)法兩種。其中深冷急熱法是將含有殘余應(yīng)力的零件浸入-196℃的液氮中深冷,待內(nèi)外溫度均勻后又迅速地用熱蒸汽噴射,通過急熱與急冷產(chǎn)生方向相反的熱應(yīng)力,借此抵消原來的殘余應(yīng)力場。有關(guān)研究表明,在選擇合適的工藝參數(shù)條件下,深冷急熱法可降低20-84%的殘余應(yīng)力。深冷處理的最大優(yōu)點是在有效消除殘余應(yīng)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(wěn)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(fù)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(chǎn)生的嚴重加工變形傾向,提高材料的組織穩(wěn)定性。然而,現(xiàn)有的相關(guān)研究指出,深冷處理只能消除熱處理溫度梯度產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,而不能有效消除機械加工、冷成形等不均勻塑性變形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,對焊接殘余應(yīng)力的消除效果也不佳。

振動消除殘余應(yīng)力法的工作原理是用便攜式強力激振器,使金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個或多個振動狀態(tài),從而產(chǎn)生如同機械加載時的彈性變形,使零件內(nèi)某些部位的殘余應(yīng)力與振動載荷疊加后,超過材料的屈服應(yīng)力引起塑性應(yīng)變,從而引起內(nèi)應(yīng)力的降低和重新分布。現(xiàn)有的相關(guān)研究指出,當鋁合金在剛剛進行了淬火后的不穩(wěn)定狀態(tài)(0-2小時內(nèi))進行振動消除,效果最佳,殘余應(yīng)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(yīng)力只能消除10%-20%。振動消除應(yīng)力(VSR)技術(shù)具有高效節(jié)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(fù)雜結(jié)構(gòu)件,是一種很有發(fā)展前途的工藝方法。另外,經(jīng)過振動時效后的鋁合金構(gòu)件具有良好的尺寸穩(wěn)定性,在后續(xù)的機械加工中不易產(chǎn)生加工變形。但目前對振動時效工藝的機理還不充分,國內(nèi)外對它應(yīng)用于鋁合金結(jié)構(gòu)件中的適宜性也存在爭議。

博望power鋁合金專用時效爐是在鋁材機械加工時釋放出鋁材本身殘存的內(nèi)應(yīng)力和因機加工而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，得以有效消除的裝備。此工藝的最大優(yōu)點：不降低鋁材的硬度、不改變鋁材的化學(xué)性能、機械性能和物理性能，鋁材的強度、密度、形狀不受任何影響，志在消除因機械加工而產(chǎn)生或釋放出鋁材內(nèi)應(yīng)力，達到穩(wěn)定鋁材工件精度，或受外界溫度變化而引起的工件精度偏差，以及縮小加工余量，從而提高產(chǎn)品成品合格率，降低企業(yè)成本的目的！

除了上述方法以外,近年來,國際上還報告了形變熱處理法,脈沖磁處理(PMT)法等殘余應(yīng)力消除技術(shù),但相關(guān)工藝尚不成熟。
總結(jié)近幾年國內(nèi)外評價有關(guān)消除殘余應(yīng)力工藝效果的文獻,現(xiàn)有鋁合金結(jié)構(gòu)件鍛件毛坯殘余應(yīng)力消除技術(shù)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%；機加后時效消除法90-98%。因此,原有工藝技術(shù)與方法尚無法從根本上消除鋁合金結(jié)構(gòu)件、鍛件毛坯中的殘余應(yīng)力，現(xiàn)博望金屬推出power機加后時效消除法，依托以色列軍工技術(shù)，馬來西亞工程技術(shù)人員的不懈努力，業(yè)已成功推向市場。已經(jīng)在吹瓶吹塑模、鞋模、3C產(chǎn)品得到有效驗證，反映頗具好評！