CN103290344B - 一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法。它涉及解决铝合金锻件粗晶问题的方法，具体涉及一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法。本发明为解决2618铝合金等温模锻件粗晶的问题，方法：一、切除粗晶环；二、切除亚晶组织；三、保温；四、计算变形程度，若满足15％～75％，则直接进行锻造；若不满足15％～75％，则先进行拔长和镦粗，直到根据拔长和镦粗后的棒材尺寸和最后要得到的锻件的宏观尺寸计算棒材表面各处的变形程度满足15％～75％；五、锻造：固溶、保温和时效，得到无粗晶2618铝合金锻件。本发明制备的锻件不存在粗晶组织，晶粒直径为30μm，力学性能好，可应用于2618铝合金等温锻造领域。

Description

一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法

技术领域

本发明涉及解决铝合金锻件粗晶问题的方法，具体涉及一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法。

背景技术

2618铝合金以其良好的耐热性能，热状态下塑性高，塑性变形时工艺性能好，广泛应用于航空航天工业。然而在热塑性成形时，由于2618铝合金所含的Mn和Ti等抑制晶粒长大的微量元素含量较少，致使锻件经常出现粗晶问题，甚至在等温成形模锻件中也经常出现粗晶现象，严重的粗晶锻件晶粒直径甚至达到表层晶粒直径为3～4mm，内部晶粒直径为1～2mm，材料力学性能差，造成锻件报废。

目前2618铝合金的锻造工艺过程一般为来料挤压棒料先切除粗晶环，切除量一般为Φ5～10mm，然后420℃保温，按照直径大于100mm的坯料按1mm/2min计算，直接进行锻造，再进行固溶处理，固溶时间一般为按照直径大于100mm的锻件按1mm/2min计算，该锻造工艺得到的锻件会产生大量粗晶部位，分析导致粗晶原因，总结三点：首先，切除Φ5～10mm粗晶环后，棒材组织中仍然存在大量极不稳定的未完全再结晶组织，即亚晶组织，这种亚晶组织的存在将影响到棒材随后热处理的再结晶温度，生产实践和理论研究都已表明：挤压棒材如果存在亚晶组织，那么在随后的加热过程中，必然会发生亚晶合并产生再结晶，依靠吞并亚晶而迅速长大成粗大的晶粒区，导致粗晶；其次，保温后直接进行锻造，使得锻件部分区域变形程度落入5％-15％的临界变形区和75％-95％的临界变形区域，锻件一旦落入临界变形区容易导致粗晶；再次，固溶时间为按照直径大于100mm的坯料按1mm/2min计算，按照直径和高度方向进行计算，时间过长，容易导致粗晶。

发明内容

本发明为解决2618铝合金等温模锻件粗晶的问题，而提供一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法。

本发明的一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法包括如下步骤：

一、切除粗晶环：下料，来料进行切除，切除量为Φ(5～10)mm，得到无粗晶环的铝合金棒材；

二、切除亚晶组织：将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材进一步切除，切除至棒材整个断面进行等比例实物金相检查无亚晶组织，得到无亚晶组织的铝合金棒材；

三、保温：加热炉升温至400～450℃，将步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材放入炉中，保温时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间；

四、计算变形程度：通过步骤三后的棒材的尺寸与最后要得到的锻件的尺寸计算由步骤三后的棒材锻造至最后要得到的锻件时步骤三后的棒材表面各处的变形程度，所述的变形程度是指步骤三后的棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向上和Z方向上的变形程度，若该变形程度满足15％～75％，则将步骤三后的棒材作为预制坯件直接进行模锻；

五、锻造：将步骤四后的预制坯件进行最终模锻，空冷后，进行固溶，固溶温度500～550℃，固溶时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间，最后时效，得到无粗晶2618铝合金锻件。

本发明的一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法包括如下步骤：

一、切除粗晶环：下料，来料进行切除，切除量为Φ(5～10)mm，得到无粗晶环的铝合金棒材；

二、切除亚晶组织：将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材进一步切除，切除至棒材整个断面进行等比例实物金相检查无亚晶组织，得到无亚晶组织的铝合金棒材；

三、保温：加热炉升温至400～450℃，将步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材放入炉中，保温时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间；

四、计算变形程度：通过步骤三后的棒材的尺寸与最后要得到的锻件的尺寸计算由步骤三后的棒材锻造至最后要得到的锻件时步骤三后的棒材表面各处的变形程度，所述的变形程度是指步骤三后的棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向上和Z方向上的变形程度，若该变形程度不满足15％～75％，则将步骤三后的棒材进行预锻造；

五、预锻造：将步骤三后的棒材进行拔长和镦粗，拔长和镦粗循环进行，直到根据拔长和镦粗后的棒材的尺寸和最后要得到的锻件的尺寸计算，结果显示拔长和镦粗后的棒材表面各处的变形程度满足15％～75％，则将拔长和镦粗后的棒材作为预制坯件进行最终模锻；其中每一次拔长的变形程度为拔长前后棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向和Z方向上的变形程度满足15％～75％；每一次镦粗的变形程度为镦粗前后棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向和Z方向上的变形程度满足15％～75％；

六、锻造：将步骤五后的预制坯件进行最终模锻，空冷后，进行固溶，固溶温度500～550℃，固溶时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间，最后时效，得到无粗晶2618铝合金锻件。

本发明的解决2618铝合金等温模锻件粗晶问题的方法，在切除粗晶环后，进一步切除粗晶环组织到中心正常组织之间存在的过渡区变形组织，该变形组织中存在大量极不稳定的未完全再结晶组织，避免在随后的加热过程中出现粗晶现象，保温后先进行预锻造，经过多次拔长和镦粗，单次拔长和镦粗的变形程度必须超过5％-15％的临界变形区域和小于75％-95％的临界变形区域，使得模锻后的锻件各处变形程度不落入5％～15％和75％-95％临界变形区，避免了粗晶的形成，此外，在保证热透的前提下取固溶时间下限缩短了固溶时间，也避免了粗晶，经过本发明的方法处理后的锻件不存在粗晶组织，晶粒直径为30μm，材料力学性能好，可应用于2618铝合金等温锻造领域。

附图说明

图1为试验一和对照组中要得到的2618铝合金锻件的结构示意图的俯视图；

图2为图1在A-A处的剖视图；

图3为试验一中步骤一得到的无粗晶环的铝合金棒材边缘处的金相显微镜照片；

图4为试验一中步骤一得到的无粗晶环的铝合金棒材除边缘外的其他处的金相显微镜照片；

图5为试验一得到的无粗晶2618铝合金锻件的照片；

图6为对照组得到的2618铝合金锻件的照片。

具体实施方式

本发明的技术方案不局限于以下具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法包括如下步骤：

一、切除粗晶环：下料，来料进行切除，切除量为Φ(5～10)mm，得到无粗晶环的铝合金棒材；

二、切除亚晶组织：将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材进一步切除，切除至棒材整个断面进行等比例实物金相检查无亚晶组织，得到无亚晶组织的铝合金棒材；

三、保温：加热炉升温至400～450℃，将步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材放入炉中，保温时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间；

四、计算变形程度：通过步骤三后的棒材的尺寸与最后要得到的锻件的尺寸计算由步骤三后的棒材锻造至最后要得到的锻件时步骤三后的棒材表面各处的变形程度，所述的变形程度是指步骤三后的棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向上和Z方向上的变形程度，若该变形程度满足15％～75％，则将步骤三后的棒材作为预制坯件直接进行模锻；

五、锻造：将步骤四后的预制坯件进行最终模锻，空冷后，进行固溶，固溶温度500～550℃，固溶时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间，最后时效，得到无粗晶2618铝合金锻件。

步骤三中得到的步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材完全热透。

步骤四中所述的变形程度ε的计算公式为ε＝ΔL/L；其中ΔL为变形前后的尺寸之差，L为变形前的尺寸。

步骤五中固溶后的步骤四得到的预制坯件完全热透。

本实施方式的解决2618铝合金等温模锻件粗晶问题的方法，在切除粗晶环后，进一步切除粗晶环组织到中心正常组织之间存在的过渡区变形组织，该变形组织中存在大量极不稳定的未完全再结晶组织，避免在随后的加热过程中出现粗晶现象，保温后先进行预锻造，经过多次拔长和镦粗，单次拔长和镦粗的变形程度必须超过5％-15％的临界变形区域和小于75％-95％的临界变形区域，使得模锻后的锻件各处变形程度不落入5％～15％和75％-95％临界变形区，避免了粗晶的形成，此外，在保证热透的前提下取固溶时间下限缩短了固溶时间，也避免了粗晶，经过本发明的方法处理后的锻件不存在粗晶组织，晶粒直径为30μm，材料力学性能好，可应用于2618铝合金等温锻造领域。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述的将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材进一步切除，切除至棒材整个断面进行等比例实物金相检查无亚晶组织，此时的切除量为Φ(6～10mm)。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

本实施方式后的棒材不存在亚晶组织，避免在随后的加热过程中出现粗晶现象。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中所述的加热炉升温至420℃，保温3.5h。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

本实施方式后的步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材完全热透。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤四中所述的变形程度是指步骤三后的棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向上和Z方向上的变形程度，若该变形程度满足40％。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

本实施方式长所述的变形程度ε的计算公式为ε＝ΔL/L；其中ΔL为变形前后的尺寸之差，L为变形前的尺寸。

本实施方式可确保最终模锻时不产生亚晶组织和粗晶现象。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤五中固溶温度535℃，步骤五中固溶时间为100min。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

本实施方式中固溶后的步骤四得到的预制坯件完全热透。

本实施方式得到了无粗晶的2618铝合金锻件。

具体实施方式六：本实施方式的一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法包括如下步骤：

一、切除粗晶环：下料，来料进行切除，切除量为Φ(5～10)mm，得到无粗晶环的铝合金棒材；

二、切除亚晶组织：将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材进一步切除，切除至棒材整个断面进行等比例实物金相检查无亚晶组织，得到无亚晶组织的铝合金棒材；

三、保温：加热炉升温至400～450℃，将步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材放入炉中，保温时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间；

四、计算变形程度：通过步骤三后的棒材的尺寸与最后要得到的锻件的尺寸计算由步骤三后的棒材锻造至最后要得到的锻件时步骤三后的棒材表面各处的变形程度，所述的变形程度是指步骤三后的棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向上和Z方向上的变形程度，若该变形程度不满足15％～75％，则将步骤三后的棒材进行预锻造；

五、预锻造：将步骤三后的棒材进行拔长和镦粗，拔长和镦粗循环进行，直到根据拔长和镦粗后的棒材的尺寸和最后要得到的锻件的尺寸计算，结果显示拔长和镦粗后的棒材表面各处的变形程度满足15％～75％，则将拔长和镦粗后的棒材作为预制坯件进行最终模锻；其中每一次拔长的变形程度为拔长前后棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向和Z方向上的变形程度满足15％～75％；每一次镦粗的变形程度为镦粗前后棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向和Z方向上的变形程度满足15％～75％；

六、锻造：将步骤五后的预制坯件进行最终模锻，空冷后，进行固溶，固溶温度500～550℃，固溶时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间，最后时效，得到无粗晶2618铝合金锻件。

步骤三中得到的步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材完全热透。

步骤四和步骤五中所述的变形程度ε的计算公式为ε＝ΔL/L；其中ΔL为变形前后的尺寸之差，L为变形前的尺寸。

步骤五中固溶后的步骤四得到的预制坯件完全热透。

本实施方式的解决2618铝合金等温模锻件粗晶问题的方法，在切除粗晶环后，进一步切除粗晶环组织到中心正常组织之间存在的过渡区变形组织，该变形组织中存在大量极不稳定的未完全再结晶组织，避免在随后的加热过程中出现粗晶现象，保温后先进行预锻造，经过多次拔长和镦粗，单次拔长和镦粗的变形程度必须超过5％-15％的临界变形区域和小于75％-95％的临界变形区域，使得模锻后的锻件各处变形程度不落入5％～15％和75％-95％临界变形区，避免了粗晶的形成，此外，在保证热透的前提下取固溶时间下限缩短了固溶时间，也避免了粗晶，经过本发明的方法处理后的锻件不存在粗晶组织，晶粒直径为30μm，材料力学性能好，可应用于2618铝合金等温锻造领域。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤二中所述的将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材进一步切除，切除至棒材整个断面进行等比例实物金相检查无亚晶组织，此时的切除量为Φ(6～10mm)。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。

本实施方式后的棒材不存在亚晶组织，避免在随后的加热过程中出现粗晶现象。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：步骤三中所述的加热炉升温至420℃，保温3.5h。其它步骤及参数与具体实施方式六或七相同。

本实施方式后的步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材完全热透。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤五中结果显示拔长和镦粗后的棒材表面各处的变形程度满足40％。其它步骤及参数与具体实施方式六至八之一相同。

本实施方式中所述的变形程度ε的计算公式为ε＝ΔL/L；其中ΔL为变形前后的尺寸之差，L为变形前的尺寸。

本实施方式可确保最终模锻时不产生亚晶组织和粗晶现象。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤六中固溶温度535℃，步骤五中固溶时间为100min。其它步骤及参数与具体实施方式六至九之一相同。

本实施方式中固溶后的步骤四得到的预制坯件完全热透。

本实施方式得到了无粗晶的2618铝合金锻件。

用以下试验验证本发明的有益效果：

试验一：(结合图1和图2)一种解决2618铝合金等温成形锻件粗晶问题的方法包括如下步骤：

一、切除粗晶环：下料，来料Φ160mm×200mm，切除粗晶环至Φ150mm×200mm，得到无粗晶环的铝合金棒材；

二、切除亚晶组织：将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材进一步切除，切除至Φ140mm×200mm，得到无亚晶组织的铝合金棒材；

三、保温：加热炉升温至420℃，将步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材放入炉中，保温3.5h；

四、计算变形程度：通过步骤三后的棒材的尺寸与最后要得到的锻件的尺寸计算由步骤三后的棒材锻造至最后要得到的锻件时步骤三后的棒材表面各处的变形程度，所述的变形程度是指步骤三后的棒材在宏观尺寸的X方向、Y方向上和Z方向上的变形程度，结果得到该变形程度为5％～50％，部分区域的变形程度落在了5％～15％的临界变形区，需要进行预锻造；所述的变形程度ε的计算公式为ε＝ΔL/L；其中ΔL为变形前后的尺寸之差，L为变形前的尺寸。

五、预锻造：将步骤三后的棒材进行拔长和镦粗，拔长和镦粗循环进行，直到根据拔长和镦粗后的棒材的宏观尺寸和最后要得到的锻件的宏观尺寸计算，结果显示拔长和镦粗后的棒材表面各处的变形程度满足40％，则将拔长和镦粗后的棒材作为预制坯件进行最终模锻；其中预制坯件尺寸为Φ110mm×320mm；其中每一次拔长的变形程度为拔长前后棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向和Z方向上的变形程度满足40％；每一次镦粗的变形程度为镦粗前后棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向和Z方向上的变形程度满足40％；

六、锻造：将步骤五后的预制坯件进行最终模锻，空冷后，进行固溶，固溶温度535℃，固溶时间为100min，最后时效，得到无粗晶2618铝合金锻件。

对照组：(结合图1和图2)现有处理2618铝合金锻件的方法按以下步骤进行：

一、切除粗晶环：下料，来料Φ160mm×200mm，切除粗晶环至Φ150mm×200mm，得到无粗晶环的铝合金棒材；

二、加热炉升温至420℃，将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材放入炉中，保温3.5h；

三、锻造：将步骤二后的棒材模锻，空冷后，进行固溶，固溶温度535℃，固溶时间为5h，最后时效，得到2618铝合金锻件。

在室温条件下，采用奥林巴斯GX71型金相显微镜，对试验一中步骤一得到的无粗晶环的铝合金棒材整个断面进行等比例实物金相组织分析，得到如图3和图4所示的金相显微镜照片，其中图3为试验一中步骤一得到的无粗晶环的铝合金棒材边缘处的金相显微镜照片，图4为试验一中步骤一得到的无粗晶环的铝合金棒材除边缘外的其他处的金相显微镜照片，由图3和图4可以看出，对虽然按传统方法切除了Φ10mm粗晶环，但剩余棒料边缘处的显微组织基体上有比较多的析出质点，该处棒材组织中存在亚晶的数量多，这种亚晶组织的存在将影响到棒材随后热处理的再结晶温度，生产实践和理论研究都表明，挤压棒材如果存在亚晶组织，那么在随后的加热过程中，必然会发生亚晶合并产生再结晶，依靠吞并亚晶而迅速长大成粗大的晶粒区。从图4可以看出，基体上也有比较多的析出点，但不存在亚晶组织。

将试验一得到的无粗晶2618铝合金锻件和对照组得到的2618铝合金锻件从图2中的B-B处取厚度为15mm的锻件于室温条件下用数码相机进行观察，观察得到如图5和图6所示的锻件照片，其中图5为试验一得到的无粗晶2618铝合金锻件的照片，图6为对照组得到的2618铝合金锻件的照片，由图5和图6可以看出，对照组得到的2618铝合金锻件严重粗晶，而试验一得到的无粗晶2618铝合金锻件没有粗晶，晶粒直径为30μm，符合锻件要求。

Claims (4)

1.一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法，其特征在于一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法包括如下步骤：

一、切除粗晶环：下料，来料进行切除，切除量为Φ(5～10)mm，得到无粗晶环的铝合金棒材；

二、切除亚晶组织：将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材进一步切除，切除至棒材整个断面进行等比例实物金相检查无亚晶组织，得到无亚晶组织的铝合金棒材；

三、保温：加热炉升温至400～450℃，将步骤二的无亚晶组织的铝合金棒材放入炉中，保温时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间；

四、计算变形程度：通过步骤三后的棒材的尺寸与最后要得到的锻件的尺寸计算由步骤三后的棒材锻造至最后要得到的锻件时步骤三后的棒材表面各处的变形程度，所述的变形程度是指步骤三后的棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向上和Z方向上的变形程度，若该变形程度满足15％～75％，则将步骤三后的棒材作为预制坯件直接进行模锻，若该变形程度不满足15％～75％，则将步骤三后的棒材进行预锻造；

所述的预锻造过程为：将步骤三后的棒材进行拔长和镦粗，拔长和镦粗循环进行，直到根据拔长和镦粗后的棒材的尺寸和最后要得到的锻件的尺寸计算，结果显示拔长和镦粗后的棒材表面各处的变形程度满足15％～75％，则将拔长和镦粗后的棒材作为预制坯件进行最终模锻；其中每一次拔长的变形程度为拔长前后棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向和Z方向上的变形程度满足15％～75％；每一次镦粗的变形程度为镦粗前后棒材的宏观尺寸在X方向、Y方向和Z方向上的变形程度满足15％～75％；

五、锻造：将步骤四后的预制坯件进行最终模锻，空冷后，进行固溶，固溶温度500～550℃，固溶时间为以棒材高度或者直径1mm/2min计算得到的下限时间，最后时效，得到无粗晶2618铝合金锻件。

2.根据权利要求1所述的一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法，其特征在于步骤二中所述的将步骤一的无粗晶环的铝合金棒材进一步切除，切除至棒材整个断面进行等比例实物金相检查无亚晶组织，此时的切除量为Φ(6～10)mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法，其特征在于步骤三中所述的加热炉升温至420℃，保温3.5h。

4.根据权利要求3所述的一种无粗晶2618铝合金等温模锻件的制备方法，其特征在于步骤五中固溶温度535℃，步骤五中固溶时间为100min。