CN101695753A

CN101695753A - 高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法

Info

Publication number: CN101695753A
Application number: CN200910233870A
Authority: CN
Inventors: 张豪; 张捷; 杨杰; 瞿民锋; 卢曰杨
Original assignee: Jiangsu Haoran Spray Forming Alloy Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Haoran Spray Forming Alloy Co Ltd
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2010-04-21

Abstract

本发明属于铝合金的制造技术，涉及一种高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法。本发明方法依次包括以下步骤：a.将7055合金的组成成份在中频炉中熔化；b.对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并精炼、过滤；c.将过滤后的熔体进行喷射成形得到柱状铝合金锭坯；e.将喷射成形铝合金锭坯进行热挤压；f.将挤压锭按需要定切，然后进行自由锻；g.将自由锻后的毛坯进行胎模锻和/或模锻，获得模锻件；h.将模锻件采用T6热处理。本发明方法能够获得大规格、高性能7055合金产品，并且适于工业化生产。

Description

高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法

技术领域

本发明属于铝合金的制造技术，涉及一种高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法。

背景技术

高强韧铝合金是以大飞机为代表的航空航天器的主要结构材料，主体是以Zn为主要合金元素的7XXX系(Al-Zn-Mg-Cu)铝合金，具有比强度高、塑性好、密度小等优点，又称为超高强铝合金。

7055铝合金是由美国开发的超高锌含量铝合金，是当前实际中使用的最高强度铝合金，属于典型的7XXX铝合金。国内外现有7055铝合金是通过传统铸造生产的，铸造工艺存在晶粒粗大、偏析严重、合金元素固溶度低等缺点，而且锭坯规格小、性能低(抗拉强度610MPa，延伸率6％)、可锻性差，难以满足高性能锻件的使用要求，制约了7055铝合金在航空、航天等重要领域的进一步应用。

高强韧铝合金对于铸锭缓慢凝固组织中的初生合金相形态、宏观偏析、晶粒度要求严格，采用铸造工艺进一步提高合金元素含量举步维艰。多年来我国先后启动了7050、7475、7055等高强韧铝合金的研究，但目前受限于熔铸技术，难以工程化生产工业规格的铸锭和产品。

现有的喷射成形设备通常采用附图1所示结构，它包括有沉积室1、位于沉积室内的传动机构2、可随传动机构旋转并升降的接收基底3、位于沉积室顶部的包括了漏包和雾化器的喷嘴4，其运行过程中，用高压惰性气体将合金熔体雾化后高速喷射到旋转的接收基底，通过自动控制手段实现沉积，并快速凝固形成沉积坯5。该设备及方法可制备大规格致密毛坯，其晶粒精细、组织均匀、无宏观偏析。喷射成形结合快速凝固和大规格的技术优势，既突破了铸造工艺凝固缓慢、宏观偏析和疏松的技术瓶颈，又解决了粉末冶金工艺难以致密化、构件规格小的难题，是制备现有和进一步发展高合金含量铝合金的先进工艺。

但对于7055合金，目前尚无利用喷射成形工艺对其进行加工成形的记载，具体的基于喷射成形的7055合金加工成形工艺，在公知技术中尚属空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够获得大规格、高性能7055合金产品，并且适于工业化生产的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法。

本发明的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法依次包括以下步骤：

a.将7055合金的组成成份在中频炉中熔化，熔化温度700～750℃；

b.添加清渣剂，对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并将熔体转移至中间包，采用粉状精炼剂精炼，然后静置10～30min，再进行过滤；

c.使用喷射成形设备，将过滤后的熔体进行喷射成形；喷射沉积工艺参数为：喷射角10～30°，雾化压力0.5～1.2MPa，雾化温度700～900℃，接收盘旋转速度30～50rpm，接收盘下降速度2～8mm/s，接收距离300～700mm；最终得到Φ350～600mm的柱状铝合金锭坯；

e.将喷射成形铝合金锭坯进行热挤压，得到Φ200～300mm的挤压棒，挤压比为4～12，挤压温度为420～460℃；

f.将挤压锭按需要定切，然后进行自由锻，自由锻的始锻温度430～460℃，终锻温度400～420℃；

g.将自由锻后的毛坯进行胎模锻和/或模锻，始锻温度为430～460℃，终锻温度400～420℃，获得模锻件；

h.将模锻件采用T6热处理。

在上述方法基础上，在步骤e之前可加入以下步骤：d.对喷射成形合金锭进行均匀化处理，保温温度在440～470℃，保温时间为2～24h；

上述步骤a中，优选的7055合金组成成份配比为：按重量百分比Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2～2.6％、Mn：0.05％、Mg：1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.25％、Zn：7.6～8.4％和余量的Al。

上述步骤h中T6热处理的具体工艺为：从室温升温到450～460℃，保温3～5小时；然后升温到470～490℃，保温3～5小时，在40～90℃的热水中淬火，在110～130℃保温24小时，进行时效处理。

本发明具有以下有益效果：

1)将合金原料锭进行熔化、精炼、静置，再进行过滤。避免合金内部夹渣、气孔、氧化膜等缺陷。

2)采用喷射成形设备和工艺，将经过上述熔化、精炼并过滤后的合金熔液进行喷射成形，制成的铝合金圆锭组织均匀、晶粒精细，无成分偏析，致密度高，规格大，冷热加工性能优良，生产效率高。

3)将进行或不进行均匀化处理的圆锭直接进行热挤压，改善圆锭的热加工性能，利于后续热加工，同时进一步提高力学性能。工艺流程短、材料利用率高。

4)将经过挤压后的锭坯进行自由锻、胎模锻和模锻，制备具有优异力学性能和尺寸精度的铝合金锻件。

5)对锻件进行T6热处理，可以获得很高的强度和优越的塑性，锻件室温抗拉强度R_m达到680MPa，屈服强度R_p0.2达到630MPa，断后伸长率A达到8.5％，适用于有高强度要求的场合。

6)采用本发明方法制造的铝合金锻件致密度高，比强度高，工艺性能好，各项力学性能指标明显优于传统工艺，更突出的特点是能够制造传统工艺难以生产的高合金化、超高强度铝合金锻件。

7)采用喷射成形可以显著提高合金化程度，突破传统熔铸工艺的局限，丰富了现有合金体系，通过提高合金主强化元素Zn及其他合金元素的含量，进一步提高合金的性能。

8)本发明方法工艺流程和生产周期短，自动化程度高，锻件性能好，冷热加工性能优良，质量稳定，既适合大规模生产，也可小批量试制。

附图说明

图1是本发明方法所应用的喷射成形设备的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：利用本发明方法制备7055铝合金飞机轮毂毛坯。

1)各合金成分重量百分比：Si：0.06％，Fe：0.1％，Cu：2.41％，Mn：0.03％，Mg：2.18％，Zn：8.0％，Ti：0.006％，Zr：0.12％，Ni：0.009％，Al余量。将合金在中频炉中熔化，熔化温度750℃。

2)添加清渣剂，对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并将熔体转移至中间包，采用粉状精炼剂精炼，然后静置15min，再进行过滤。

3)采用喷射成形设备和工艺，将过滤后的熔体进行喷射成形。喷射沉积工艺参数为：喷射角20°，雾化压力0.8MPa，雾化温度750℃，接收盘旋转速度35rpm，接收盘下降速度2.8mm/s，接收距离530mm。最终得到Φ370×1200mm的柱状铝合金锭坯。

4)将喷射成形铝合金锭坯在2500吨卧式挤压机上进行热挤压，得到直径250mm的挤压棒，挤压比为4，挤压温度为430℃。

5)将定切好的合金锭在6000吨水压机上进行自由锻，自由锻造的始锻温度为460℃，终锻温度420℃。

6)将自由锻后的锻件进行胎模锻和模锻，始锻温度为460℃，终锻温度420℃，获得接近最终产品形状的锻件。

7)为了得到最高强度，采用T6热处理。具体工艺为：从室温升温到450℃，保温3小时；然后升温到470℃，保温3小时，然后在60℃的温水中淬火。在120℃保温24小时。

经过上述流程，制备的飞机前轮毛坯锻件的最大直径达到650mm，合金致密，组织均为均匀等轴晶，晶粒度为10～15μm。7055铝合金锻造毛坯抗拉强度R_m≥680MPa，断后伸长率A≥8.5％，用该锻件毛坯制成的飞机轮毂，可通过航空产品力学性能检测和轮胎静压试验，提高了飞机刹车系统中轮毂的力学性能，并有效减轻了重量。

实施例2：利用本发明方法制备7055铝合金飞机汽缸座毛坯。

1)各合金成分重量百分比：Si：0.06％，Fe：0.13％，Cu：2.3％，Mn：0.03％，Mg：2.18％，Zn：7.9％，Ti：0.006％，Zr：0.12％，Ni：0.009％，Al余量。将合金置于中频炉中熔化，熔化温度750℃。

2)添加清渣剂，对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并将熔体转移至中间包，采用粉状精炼剂精炼，然后静置10min，再进行过滤。

3)采用自主研发的喷射成形设备和工艺，将过滤后的熔体进行喷射成形。喷射沉积工艺参数为：喷射角25°，雾化压力1.0MPa，雾化温度800℃，接收盘旋转速度40rpm，接收盘下降速度3.2mm/s，接收距离580mm。最终得到Φ430×1200mm的柱状铝合金锭坯。

4)将喷射成形铝合金锭坯在2500吨卧式挤压机上进行热挤压，得到直径260mm的挤压棒，挤压比为6，挤压温度为440℃。

5)将定切好的合金锭在6000吨锻压机上进行自由锻，自由锻造的始锻温度为460℃，终锻温度420℃。

6)将自由锻后的锻件进行胎模锻和模锻，始锻温度为460℃，终锻温度420℃，获得形状精度更接近最终产品的模锻件。

7)为了得到最高强度，采用T6热处理。具体工艺为：从室温升温到450℃，保温3小时；然后升温到480℃，保温3小时，然后在70℃的温水中淬火。在120℃保温24小时。

经过上述流程，制备的飞机汽缸座毛坯锻件最大直径达到600mm，合金致密度，组织均为均匀等轴晶，晶粒度为10～15μm。7055铝合金锻造毛坯抗拉强度R_m≥650MPa，断后伸长率A≥8.0％，用该锻件毛坯制成的飞机汽缸座，可通过航空产品的力学性能检测，大大提高了飞机刹车系统中汽缸座的力学性能，并显著减轻了重量。

实施例3：利用本发明方法制备7055铝合金火箭发动机喷管壳体锻件。

1)各合金成分重量百分比：Si：0.06％，Fe：0.1％，Cu：2.41％，Mn：0.03％，Mg：2.3％，Zn：8.1％，Ti：0.006％，Zr：0.12％，Ni：0.009％，Al余量。熔化温度750℃。

2)添加清渣剂，对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并将熔体转移至中间包，采用粉状精炼剂精炼，然后静置20min，再进行过滤。

3)采用自主研发的喷射成形设备和工艺，将过滤后的熔体进行喷射成形。喷射沉积工艺参数为：喷射角15°，雾化压力0.7MPa，雾化温度800℃，接收盘旋转速度30rpm，接收盘下降速度2.5mm/s，接收距离500mm。最终得到Φ370×1200mm的柱状铝合金锭坯。

7)为了得到最高强度，采用T6热处理。具体工艺为：室温升温到450℃，保温3小时；然后升温到480℃，保温3小时，然后在60℃的温水中淬火。在120℃保温24小时。

采用上述工艺，制备的火箭发动机喷管壳体锻件大端直径为Φ300mm，壁厚小于20mm。合金致密，组织均为均匀等轴晶，晶粒度为10～15μm。锻件室温抗拉强度R_m≥680MPa，屈服强度R_p0.2≥630MPa，断后伸长率A≥10％，实际密度为2.86g/cm3，用该锻件制成的火箭发动机喷管壳体产品已经通过冷试和热试，可以代替20钢，并实现减重69％，性能完全满足航天产品要求。

Claims

1.一种高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法，其特征是：依次包括以下步骤，

h.将模锻件采用T6热处理。

2.根据权利要求1所述的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法，其特征是：在步骤e之前加入以下步骤

d.对喷射成形合金锭进行均匀化处理，保温温度在440～470℃，保温时间为2～24h；

3.根据权利要求1或2所述的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法，其特征是：所述步骤a中，优选的7055合金组成成份配比为，按重量百分比Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2～2.6％、Mn：0.05％、Mg、1.8～2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08～0.25％、Zn：7.6～8.4％和余量的Al。

4.根据权利要求1或2所述的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法，其特征是：所述步骤h中T6热处理的具体工艺为：从室温升温到450～460℃，保温3～5小时；然后升温到470～490℃，保温3～5小时，在40～90℃的热水中淬火，在110～130℃保温24小时，进行时效处理。