CN104561852A - 径向锻造应变诱发法制备半固态铝合金涡旋盘的工艺 - Google Patents

Abstract

径向锻造应变诱发法制备半固态铝合金涡旋盘的工艺，先对铝合金棒材进行预热，然后对铝合金棒材进行径向锻造，再进行径向锻造后坯料的二次重熔，然后进行铝合金涡旋盘的挤压铸造，最后将半固态挤压铸造获得的铝合金涡旋盘进行T6热处理，进一步增强其力学性能，通过该工艺可以制备出均匀的、无微观缺陷的铝合金半固态坯料并挤压铸造成形出微观组织缺陷少、机械性能好的涡旋盘制件，工艺过程简单，容易操作。

Description

径向锻造应变诱发法制备半固态铝合金涡旋盘的工艺

技术领域

本发明属于金属半固态加工与成形技术领域，尤其涉及径向锻造应变诱发法制备半固态铝合金涡旋盘的工艺。

背景技术

铝合金涡旋盘是汽车空调制冷涡旋压缩机的核心零件，包括动涡旋盘和静涡旋盘。传统的涡旋盘毛坯通过低压铸造、压铸、热模锻、背压成形等常规工艺加工而成。其中由于涡旋盘上的涡旋型线较为复杂且厚度薄，深度深，导致热模锻成形的毛坯件的加工余量较大，而且模具成形载荷大、模具寿命短、成本高；低压铸造工艺以及背压成形生产的成形制件的力学性能较差，存在气孔、缩孔等微观缺陷，力学性能较差，废品率较高；尽管压铸工艺可以成形出尺寸精度较好，表面光洁度好的涡旋盘制件，但是由于压射时金属的喷射和紊流，成形件中存在缩松缩孔、气孔等微观缺陷，导致其不能通过热处理进一步提高其力学性能。此外液态金属压铸成形温度较高，模具寿命缩短，压铸型腔制造成本较高。

半固态加工成形技术即采用微观组织为球状晶粒悬浮在共晶液相的半固态坯料进行成形的工艺。球形或者近球形的半固态浆料具有明显的触变特性：即随着剪切速率的增加，表观粘度呈指数下降，使得成形过程中浆料流动性好、成形力低。充型过程中半固态浆料以层流运动的方式顺序充填模具型腔，减少了缩松缩孔等微观组织缺陷。半固态成形技术的关键在于制备具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态坯料。但是常规的机械搅拌法以及电磁搅拌法具有以下缺点：高温对机械搅拌器存在严重的腐蚀作用，腐蚀残渣会与半固态浆料混合从而导致浆料不纯。电磁搅拌过程中高温浆料对电磁搅拌器有强烈的热辐射作用，导致电磁搅拌器需要增加额外的隔热冷却装置，设备复杂。

此外不论电磁搅拌还是机械搅拌均存在成分偏析现象，坯料中心位置的微观组织较差，并且不可避免的存在微观孔洞，不能够获得均匀的、无缺陷的半固态坯料。传统应变诱发激活法，涉及到的主要变形方法有压缩、轧制、等径角挤压、反复墩粗拔长等常规方法。但是这些方法制备大块坯料时，大塑性变形所需要的成形力过大，现有设备很难实现。因此不能够大批量的生产大尺寸的半固态坯料，故不能直接用于生产诸如铝合金涡旋盘这类尺寸较大并且形状复杂的零件。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供径向锻造应变诱发法制备半固态铝合金涡旋盘的工艺，通过该工艺可以制备出均匀的、无微观缺陷的铝合金半固态坯料并挤压铸造成形出微观组织缺陷少、机械性能好的涡旋盘制件。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

径向锻造应变诱发法制备半固态铝合金涡旋盘的工艺，包括以下步骤：

1)对铝合金棒材进行预热，将铝合金棒材随炉加热至250～350℃，随后进行保温处理，对于不同直径的棒料具体的保温时间为0.5D～0.7D分钟，D为棒材的直径；

2))对铝合金棒材进行径向锻造，通过径向锻机的机械手将预热的铝合金棒材取出并夹持旋转轴向送进，径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头，对坯料沿径向进行高频率往复锻打，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，断面收缩率达到60％以上，对于不同尺寸的零件，按照其零件所需的坯料直径，锻打至所需的直径；

3)径向锻造后坯料的二次重熔，将径向锻造后的坯料放回电炉或者中频感应加热炉中进行二次重熔，加热至585～595℃并保温15～20min，获得具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态坯料，此时铝合金棒材对应的固相率为35.5～52.5％；

4))铝合金涡旋盘的挤压铸造，同时对模具型腔、压头和压室预热，预热温度为200～300℃，并将按照涡旋盘毛坯体积分段切割的二次重熔后坯料放入挤压铸造机的压室，闭合涡旋盘模具后以30mm/s～50mm/s的充型速度充填模具型腔，充填结束后，压头继续持续加压，保证其比压为80-100Mpa，直至零件完全凝固；

5)将半固态挤压铸造获得的铝合金涡旋盘进行T6热处理，进一步增强其力学性能。

相对于现有技术，本发明将径向锻造技术用于制备铝合金半固态坯料并制造铝合金涡旋盘零件，具有以下优点：

1.本发明所采用的径向锻造技术采用多次小变形连续锻造的方式实现坯料的大塑性变形，大大降低了塑性成形力，能够在小吨位的设备上连续大批量制造铝合金半固态坯料，具有成本低、连续生产能力强及性能高的特点。避免了传统应变诱发法采用的等径角挤压、轧制、反复锻造等工艺出现的变形材料尺寸增大则变形力过大，难以在现有设备上变形的缺点。因此该方法可取代或部分取代采用其他塑性变形方式制备的铝合金，镁合金，以及钢铁材料的半固态坯料，有效的解决其他塑性变形方法存在的体积限制的困难。通过径向锻造应变诱发法工艺制备出半固态浆料的微观组织良好，微观缺陷少，成形性能良好，，并且工艺过程简单，容易操作，避免了机械搅拌法和电磁搅拌法存在的成分偏析，微观组织不均匀的缺陷。

2.本发明采用半固态挤压铸造工艺成形铝合金涡旋盘的过程中，半固态浆料以层流运动的方式顺序充填模具型腔。层流运动有利于排出模具型腔内的空气，能够有效避免液态模锻时液态金属的紊流和喷射现象带来的气孔以及缩松缩孔等微观组织缺陷，成形后的零件由于其金相组织为独立细小的球状晶分布在低熔点共晶体上，避免了液态模锻件或者铸造中传统枝晶组织而出现的微观应力集中。压头持续保压至零件凝固，能够最大限度的消除气孔以及缩松缩孔等微观组织缺陷，并且成形零件可以进行T6热处理进一步增强零件的机械性能。铝合金在T6热处理后的拉伸强度可达到290～310Mpa，伸长率达到8％-10％。

附图说明

图1是本发明的工艺原理示意图。

图2是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图以Φ150mm的铝合金棒举例，对本发明作进一步的详细说明。

参照图1和图2，径向锻造应变诱发法制备半固态铝合金涡旋盘的工艺，包括以下步骤：

1)对Φ150的铝合金棒材进行预热，将铝合金棒材随炉加热至250～350℃，随后进行60～80分钟的保温处理，保证整个坯料热透；

2)对铝合金棒材进行径向锻造，通过径向锻机的机械手将预热的铝合金棒材取出并夹持旋转轴向送进，径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头，对坯料沿径向进行高频率往复锻打，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，断面收缩率达到60％以上，对于不同尺寸的零件，可以按照其零件所需的坯料直径，锻打至所需的直径；

3)径向锻造后坯料的二次重熔，将径向锻造后的坯料放回电炉或者中频感应加热炉中进行二次重熔，加热至585～595℃并保温15～20min，获得具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态坯料，此时铝合金棒材对应的固相率为35.5～52.5％；

4))铝合金涡旋盘的挤压铸造，同时对模具型腔、压头和压室预热，预热温度为200～300℃，并将按照涡旋盘毛坯体积分段切割的二次重熔后坯料放入挤压铸造机的压室，闭合涡旋盘模具后以30mm/s～50mm/s的充型速度充填模具型腔，充填结束后，压头继续持续加压，保证其比压为80-100Mpa，直至零件完全凝固；

5)将半固态挤压铸造获得的铝合金涡旋盘进行T6热处理，进一步增强其力学性能。

通过以上步骤，能够获得80～100um的球状晶粒均匀的分布在共晶基体中且微观组织缺陷较少的铝合金半固态坯料，显著的减少了常规重力铸造或者液态挤压铸造出现的成分偏析、缩松缩孔等微观缺陷。半固态铝合金坯料的层流式顺序充填模具型腔并且压头持续保压至零件完全凝固可制备出气孔少，缩松缩孔少，组织均匀的铝合金涡旋盘制件，最后通过T6热处理增强零件的力学性能。

Claims (1)

1.径向锻造应变诱发法制备半固态铝合金涡旋盘的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)对铝合金棒材进行预热，将铝合金棒材随炉加热至250～350℃，随后进行保温处理，对于不同直径的棒料具体的保温时间为0.5D～0.7D分钟，D为棒材的直径；

2))对铝合金棒材进行径向锻造，通过径向锻机的机械手将预热的铝合金棒材取出并夹持旋转轴向送进，径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头，对坯料沿径向进行高频率往复锻打，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，断面收缩率达到60％以上，对于不同尺寸的零件，按照其零件所需的坯料直径，锻打至所需的直径；

3)径向锻造后坯料的二次重熔，将径向锻造后的坯料放回电炉或者中频感应加热炉中进行二次重熔，加热至585～595℃并保温15～20min，获得具有球状晶悬浮在共晶液相的半固态坯料，此时铝合金棒材对应的固相率为35.5～52.5％；

4))铝合金涡旋盘的挤压铸造，同时对模具型腔、压头和压室预热，预热温度为200～300℃，并将按照涡旋盘毛坯体积分段切割的二次重熔后坯料放入挤压铸造机的压室，闭合涡旋盘模具后以30mm/s～50mm/s的充型速度充填模具型腔，充填结束后，压头继续持续加压，保证其比压为80-100Mpa，直至零件完全凝固；

5)将半固态挤压铸造获得的铝合金涡旋盘进行T6热处理，进一步增强其力学性能。