CN101941039B - 一种高强铝合金等温变向自由锻方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种高强铝合金等温变向自由锻造方法，首先，将经预加工的高强铝合金坯料放入变向等温锻造加热保温炉中加热，加热温度为350℃～450℃，保持炉温不变；然后，根据坯料所需组织性能指标要求，在变向等温锻造加热保温炉内对坯料反复镦粗和拔长，直至达到锻件设计尺寸；本发明等温变向自由锻造装置，包括加热炉、锻压机，所述炉体安装在所述锻压机的锻台上，所述锻压机的锻镦安装在所述炉底板上设置的通孔中，所述锻压机的锻头则安装在所述炉顶板上设置的通孔中。本发明工艺方法简单、操作方便、实现了高强铝合金在变向自由锻造过程始终处于等温条件下进行，不易发生再结晶，锻造过程中不需要再次加热坯料，锻件组织变形充分，锻件各部位变形均匀，不易产生裂纹，改善锻件质量，提高锻造效率。锻件组织性能良好，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明公开了一种高强铝合金等温变向自由锻造方法及装置，属于冶金锻造工艺方法技术领域。
背景技术
高强铝合金由于密度小、比强度和比刚度高等优点，已广泛应用于各个工业部门，高强铝合金锻件已成为各个工业部门必不可少的机械零件，但其质量很大程度上取决于锻造工艺的选择。坯料单向变形量较小时，晶粒及第二相细化不充分，影响锻件性能提高，但单向变形量过大时，坯料内部和表面易产生严重撕裂导致锻坯报废。为提高总变形量以保证锻件性能，发展了变向自由锻工艺。
目前，变向自由锻工艺是把坯料放在加热保温炉中加热到所需温度，然后用钳子夹出坯料置于压力机上锻造，当坯料温度下降时，再次把坯料重新加热以实现继续锻造，其主要存在以下问题：(1)坯料在转移和锻造过程中，表面温度快速下降，导致坯料表面塑性显著下降，引起变形不均匀和表面容易开裂；(2)锻造温度对高强铝合金组织性能影响显著，终锻温度难以控制，终锻温度过低易引起锻件在后续热处理过程中发生再结晶，使锻件组织性能变差，降低锻件的合格率，同时，锻造温度降低显著提高高强铝合金变形抗力，制约大型锻件锻造成型；(3)铝合金锻造温度范围窄(约为100℃)，锻造过程中需频繁退火，降低生产效率。
有鉴于此，本发明提供一种高强铝合金等温变向自由锻方法和装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有高强铝合金锻造成形工艺存在的不足，提供一种工艺方法简单、操作方便、锻造成形始终处于等温条件下进行、锻件组织性能良好的高强铝合金等温变向自由锻造方法及装置。
本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造方法，包括以下步骤：
第一步：将经预加工的高强铝合金坯料放入变向等温锻造加热保温炉中加热，加热温度为350℃～450℃，保持炉温不变；
第二步：根据坯料所需组织性能指标要求，在变向等温锻造加热保温炉内对坯料反复镦粗和拔长，直至达到锻件设计尺寸；所述镦粗是将坯料变形到原始高度的1/3～1/2；所述拔长是将坯料变形到原始坯料的高度。
本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造方法中，所述加热温度为380℃～430℃；优选加热温度为420℃。
本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造装置，包括加热炉、锻压机，所述加热炉包括炉体、加热体、温控器，所述炉体的炉底板和炉顶板上各设有一个同轴线的通孔，所述炉体的炉墙上设有至少2个操作门，所述炉体内腔的炉墙上设有加热体，所述温控器安装在所述炉体上，一端延伸至炉体内腔中；所述炉体安装在所述锻压机的锻台上，所述锻压机的锻镦安装在所述炉底板上设置的通孔中，所述锻压机的锻头则安装在所述炉顶板上设置的通孔中。
本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造装置中，所述炉底板与所述锻台之间设有隔热板；所述炉顶板外表面设有隔热板。
本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造装置中，所述温控器由测温热电偶和控温热电偶组成。
本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造装置中，所述加热体为电加热体。
本发明由于采用上述方法及装置，利用等温锻造加热保温炉保持锻造过程中坯料温度不变且均匀，通过炉体上设置的操作门，用钳子夹住坯料翻转，反复进行镦粗或拔长锻造；对坯料实施大变形锻造，可以充分且均匀的细化晶粒，同时后续热处理过程中不易发生再结晶，获得组织性能良好的锻件且不开裂。
本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造装置，可以实现高强铝合金等温变向自由锻加热和保温，改变了用电阻炉对坯料进行加热之后，用钳子夹住坯料放在压力机上进行锻造的方法，使坯料加热较为方便，省时省力，同时锻造过程中不需要中间退火，提高生产效率；该炉子的炉顶墙和炉底墙都设置有隔热板，以减少炉内热量的散失，从而使该炉子的保温效果较好，炉温均匀，易于把坯料加热到所需的温度和对坯料进行保温，从而达到等温锻造所需的加工工艺参数。此外，该炉子加热的坯料温度均匀，与按非等温自由锻方法变形的坯料相比，变形均匀性好，而且由于锻造过程中坯料温度始终保持不变且均匀，从而对保持大规模生产锻件的组织性能稳定具有无可比拟的优势。
综上所述，本发明工艺方法简单、操作方便、实现了高强铝合金在变向自由锻造过程始终处于等温条件下进行，不易发生再结晶，锻造过程中不需要再次加热坯料，锻件组织变形充分，锻件各部位变形均匀，不易产生裂纹，改善锻件质量，提高锻造效率。锻件组织性能良好，适于工业化生产。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图1为本发明实施例1制备的7085铝合金锻件正面图。
附图2为本发明实施例1制备的7085铝合金锻件端面图。
附图3为本发明对比例1(非等温变向自由锻)制备的7085铝合金锻件正面图。
附图4为本发明对比例1(非等温变向自由锻)制备的7085铝合金锻件端面图。
附图5为本发明实施例1制备的7085铝合金锻件某一部位的内部组织金相图。
附图6本发明对比例1(非等温变向自由锻)制备的7085铝合金锻件同一部位的内部组织金相图。
附图7为本发明实施例2制备的7085铝合金锻件内部组织金相图。
附图8为本发明实施例3制备的7085铝合金锻件内部组织金相图。
附图9为本发明装置结构示意图。
附图10为本发明实施例及对比例进行维氏硬度检测的压痕位置示意图。
附图9中：1-加热炉；2-锻压机；3-炉体；4-加热体；5-温控器；6-炉底板；7-炉顶板；8-通孔；9-炉墙；10，11-操作门；12-锻台；13-锻镦；14-锻头；15，16-隔热板；17-测温热电偶；18-控温热电偶。
具体实施方式
本发明的实施例针对用于高强铝合金坯料的自由锻造方法，然而本发明的方法也适用于生产其它类型的金属材料。
下面结合具体实施例对本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造装置作进一步详细说明：
参见附图9，本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造装置，包括加热炉1、锻压机2，所述加热炉1包括炉体3、加热体4、温控器5，所述炉体3的炉底板6和炉顶板7上各设有一个同轴线的通孔8，所述炉体3的炉墙9上设有至少2个操作门10、11，所述炉体3内腔的炉墙9上设有加热体4，所述温控器5安装在所述炉体3上，一端延伸至炉体3内腔中；所述炉体3安装在所述锻压机2的锻台12上，所述锻压机2的锻镦13安装在所述炉底板6上设置的通孔中，所述锻压机2的锻头14则安装在所述炉顶板7上设置的通孔中；所述炉底板6与所述锻台12之间设有隔热板15；所述炉顶板7外表面设有隔热板16；所述温控器5由测温热电偶17和控温热电偶18组成。
本实施例中，所述加热体4为电加热体。
下面结合具体实施例对本发明一种高强铝合金等温变向自由锻造方法作进一步详细说明：
实施例1：
高强铝合金等温变向自由锻造方法：
第一步：对直径为80mm、牌号为7085的合金坯料进行切头和切尾，然后用车床将合金坯料的两端端面车平，并使车平后的合金坯料的两端端面与合金坯料的轴线相垂直，以确保镦粗时压力方向与合金坯料的轴线平行，避免在镦粗时出现弯曲，得到直径为70mm和长度为110mm的合金坯料；将已加工好的坯料放入电阻加热炉中加热到450℃，保温一个小时并保持炉温不变；
第二步：启动压力机，将所述坯料镦粗到60mm高后再拔长到原始高度；反复镦粗和拔长；最后，锻造成形，得到锻件尺寸为150×60×46mm。
对所得锻件进行组织性能检测：锻件外观检查未发现锻造裂纹，如附图1、2所示。将锻件进行热处理之后，对各部位进行硬度测试，各部位硬度值差别很小，说明变形均匀，结果如表1所示。从内部组织金相图可知锻件未发生再结晶，组织中包含大量亚晶粒，如附图5所示。
对比例1：
步骤1：对直径为80mm、牌号为7085的合金坯料进行切头和切尾，然后用车床将合金坯料的两端端面车平，并使车平后的合金坯料的两端端面与合金坯料的轴线相垂直，以确保镦粗时压力方向与合金坯料的轴线平行，避免在镦粗时出现弯曲，得到直径为70mm和长度为110mm的合金坯料；将已加工好的坯料放入压力机旁边电阻加热炉中加热到450℃，并保温一个小时；
步骤2：镦粗。用钳子把坯料从电阻炉中夹出，放在压力机的下垫板上，把所述的坯料镦粗到60mm高；然后，坯料翻转90°，将坯料拔长到原始高度；
步骤3：退火。将坯料放入电阻加热炉中退火30分钟后；
步骤4：反复镦粗、拔长、退火三次；
步骤5：。将坯料锻造成尺寸为150×60×46mm的锻件。
对所得锻件进行组织性能检测：对锻坯外观检查发现坯料在第一次拔长时就出现轻微裂纹，继续反复锻造，裂纹进一步扩展，如附图3、4所示。将锻锭进行热处理之后，对各部位进行硬度测试，各部位硬度值差别很大，说明变形不均匀，结果如表1所示。从内部组织金相图可知锻件发生严重再结晶，组织中包含大量粗大晶粒，如附图6所示。
表1本发明实施例1与对比例1不同部位的维氏硬度值。
实施例2：
高强铝合金等温变向自由锻造方法：
第一步：对直径为80mm、牌号为7085的合金坯料进行切头和切尾，然后用车床将合金坯料的两端端面车平，并使车平后的合金坯料的两端端面与合金坯料的轴线相垂直，以确保镦粗时压力方向与合金坯料的轴线平行，避免在镦粗时出现弯曲，得到直径为70mm和长度为110mm的合金坯料；将已加工好的坯料放入电阻加热炉中加热到420℃，保温一个小时并保持炉温不变；
第二步：启动压力机，将所述坯料镦粗到40mm高后再拔长到原始高度；反复镦粗和拔长；最后，锻造成形，得到锻件尺寸为150×60×46mm。
对所得锻件进行组织性能检测：将锻件进行热处理之后，用金相显微镜放大300倍观察，其晶粒细小且分部均匀，如附图7所示。
实施例3
高强铝合金等温变向自由锻造方法：
第一步：对直径为80mm、牌号为7085的合金坯料进行切头和切尾，然后用车床将合金坯料的两端端面车平，并使车平后的合金坯料的两端端面与合金坯料的轴线相垂直，以确保镦粗时压力方向与合金坯料的轴线平行，避免在镦粗时出现弯曲，得到直径为70mm和长度为110mm的合金坯料；将已加工好的坯料放入电阻加热炉中加热到380℃，保温一个小时并保持炉温不变；
第二步：启动压力机，将所述坯料镦粗到40mm高后再拔长到原始高度；反复镦粗和拔长；最后，锻造成形，得到锻件尺寸为150×60×46mm。
对所得锻件进行组织性能检测：将锻件进行热处理之后，用金相显微镜放大300倍观察，其晶粒细小且但有少量再结晶，如附图8所示。
Claims (3)
1.一种高强铝合金等温变向自由锻造方法，包括以下步骤：
第一步：将经预加工的高强铝合金坯料放入变向等温锻造加热保温炉中加热，加热温度为350℃～450℃，保持炉温不变；
第二步：根据坯料所需组织性能指标要求，在变向等温锻造加热保温炉内对坯料反复镦粗和拔长，直至达到锻件设计尺寸；所述镦粗是将坯料变形到原始高度的1/3～1/2；所述拔长是将坯料变形到原始坯料的高度。
2.根据权利要求1所述的一种高强铝合金等温变向自由锻造方法，其特征在于：所述加热温度为380℃～430℃。
3.根据权利要求2所述的一种高强铝合金等温变向自由锻造方法，其特征在于：所述加热温度为420℃。
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