CN104646945B - 一种特种高强铝合金零件成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种特种高强铝合金零件成形方法，属于金属塑性成形领域，目的在于有效克服经闭塞挤压成形后锻件易形成内部紊流、径向剪切性能低等问题，主要用于圆形厚板作为终成形坯料（终成形采用的坯料厚度小于等于其直径的1/3）制备铝合金轴对称（或近似于轴对称）锻件。本发明的成形方法：采用特定尺寸的挤压棒材为原材料，通过快速镦锻方法制备圆扁坯，圆扁坯经过机加后进行终成形挤压，经过酸洗、T6等处理后获得锻件。该工艺优点是：若材料为7A04铝合金，锻件经T6处理后，高向抗拉强度大于570MPa、延伸率大于8%；径向抗拉强度大于530MPa、延伸率大于6.5%、剪切强度大于310MPa。
Description
技术领域
本发明涉及到一种高强铝合金零件的成形方法。
背景技术
7A04铝合金是一种Al-Zn-Mg-Cu系合金，作为重要的轻质高强结构材料，在兵器、航空、航天等领域获得了广泛的应用。兵器、航空、航天等领域的一些近似于轴对称的中小尺寸主承力结构件采用7A04铝合金材料时，一般采用7A04铝合金挤压棒材作为原材料直接加工，或采用挤压成形方式制备锻件再机械加工。由于这些构件在使用过程中沿着原坯料的径向承受剪切载荷，在使用过程在承受高剪切载荷的区域产生裂纹，经检测，坯料（或锻坯）沿着径向的延伸率小于5%；而采用挤压成形方式，由于锻件形状较为复杂，易产生紊流等现象，在机加时产生剥离等缺陷。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种高强铝合金零件的成形方法。其能有效解决通常采用的挤压棒料经闭塞挤压成形导致易形成内部紊流、径向剪切性能低等缺陷。本发明的一种高强铝合金零件的成形方法，采用挤压棒材7A04为原材料，机加去除表面粗晶环，通过镦锻预成形制坯，最后采用具有挤压终成形，具体按照以下步骤进行：
步骤1.根据锻件体积，并考虑步骤5所消耗的坯料体积，计算坯料尺寸，使得坯料高度约为其直径的1.8~2.5倍。
步骤2.将坯料置于电阻式箱式炉内，加热温度为400℃~480℃；同时将镦拔模具安装于液压机上，并通过安装在油压机上的电阻式环形加热炉加热至350℃~450℃，达到设定温度后，保温1~5h。
步骤3.当坯料和模具加热温度达到预定要求时，在液压机上沿高向压缩至棒料原高度的0.4~0.6，再沿原高向拔长并滚圆，滚圆后坯料直径与下料时直径一致，最后镦粗至坯料原高度的0.25~0.5后，锻坯置于料筐空冷。
步骤4.锻坯空冷后车去表面0.5~20mm。
步骤5.将锻坯置于电阻式箱式炉内，加热温度为380℃~450℃；将复合挤压模安装于液压机上，并通过安装在液压机上的电阻式环形加热炉加热至350℃~400℃，达到设定温度后，保温2~5h。
步骤6.将坯料置于凹模模腔内，通过凸模对坯料进行挤压，当凸模达到限位时，凹凸模之间的间隙有1~25mm，用作分流口。挤压完成后，将终锻件放置于案台上空冷。
步骤7. 将冷却后的终锻件切除分流口上的余料、酸洗、除伤、T6热处理。
在步骤3中的液压机压下速度为20 mm/s ~100mm/s；步骤6的液压机压下速度为5mm/s ~50mm/s。
通过上述方法获得的终锻件沿着高向抗拉强度大于570MPa、延伸率大于8%；径向抗拉强度大于530MPa、延伸率大于6.5%、剪切强度大于310MPa。
附图说明
图1为采用本发明生产的铝合金锻件
图2为镦拔制坯流程
图3为挤压模示意图
图4为闭塞锻造产生的紊流（速度场）
图5为具有分流口的挤压终成形（速度场）
具体实施方式：
实施案例1
下面结合图1-5说明本发明的实施案例。
1.算料。根据锻件体积，并考虑机械加工去除料的体积，使得坯料高度约为其直径的1.8~2.5倍，计算后的坯料为φ160mm×310mm。
2.镦拔制坯。将镦拔模具加热至350℃，将坯料加热至460℃，达到保温时间后，液压机速度调为30mm/s，将棒料沿高向压缩至原高度的1/2，再沿原高向拔长并滚圆，滚圆后坯料直径约为φ160mm，最后镦粗至坯料原高度的1/4后，将获得的锻坯置于料筐空冷。
3.锻坯清理。将锻坯车去表面4mm。
4.挤压成形。将锻坯置于电阻式箱式炉内，加热温度为380℃；将复合挤压模安装于液压机上，并通过安装在油压机上的电阻式环形加热炉加热至350℃，达到设定温度后，保温4h。液压机速度调为50mm/s。将坯料置于凹模模腔内，通过凸模对坯料进行挤压，当凸模达到限位时，凹凸模之间的间隙有20mm，用作分流口。挤压完成后，将终锻件放置于案台上空冷。
5.锻后清理。将冷却后的终锻件切除分流口上的余料，酸洗除伤，并进行T6热处理。
如果没有分流口，那么将会形成如图3所示的紊流。如果采用分流口，将不会形成紊流，如图4所示。
实施案例2
1.算料。根据锻件体积，并考虑机械加工去除料的体积，使得坯料高度约为其直径的1.8~2.5倍，计算后的坯料为φ150mm×352mm。
2.镦拔制坯。将镦拔模具加热至350℃，将坯料加热至450℃，达到保温时间后，液压机速度调为30mm/s，将棒料沿高向压缩至原高度的1/2，再沿原高向拔长并滚圆，滚圆后坯料直径约为φ160mm，最后镦粗至坯料原高度的1/3后，将获得的锻坯置于料筐空冷。
3.锻坯清理。将锻坯车去表面2mm。
4.挤压成形。将锻坯置于电阻式箱式炉内，加热温度为400℃；将复合挤压模安装于液压机上，并通过安装在油压机上的电阻式环形加热炉加热至350℃，达到设定温度后，保温5h。液压机速度调为50mm/s。将坯料置于凹模模腔内，通过凸模对坯料进行挤压，当凸模达到限位时，凹凸模之间的间隙有15mm，用作分流口。挤压完成后，将终锻件放置于案台上空冷。
5.锻后清理。将冷却后的终锻件切除分流口上的余料，酸洗除伤，并进行T6热处理。
实施案例3
1.算料。根据锻件体积，并考虑机械加工去除料的体积，使得坯料高度约为其直径的1.8~2.5倍，计算后的坯料为φ80mm×155mm。
2.镦拔制坯。将镦拔模具加热至400℃，将坯料加热至450℃，达到保温时间后，液压机速度调为50mm/s，将棒料沿高向压缩至原高度的3/5，再沿原高向拔长并滚圆，滚圆后坯料直径约为φ80mm，最后镦粗至坯料原高度的1/3后，将获得的锻坯置于料筐空冷。
3.锻坯清理。将锻坯车去表面1mm。
4.挤压成形。将锻坯置于电阻式箱式炉内，加热温度为445℃；将复合挤压模安装于液压机上，并通过安装在油压机上的电阻式环形加热炉加热至380℃，达到设定温度后，保温2h。液压机速度调为20mm/s。将坯料置于凹模模腔内，通过凸模对坯料进行挤压，当凸模达到限位时，凹凸模之间的间隙有2mm，用作分流口。挤压完成后，将终锻件放置于案台上空冷。
5.锻后清理。将冷却后的终锻件切除分流口上的余料，酸洗除伤，并进行T6热处理。
Claims (1)
1.一种特种高强铝合金零件成形方法，采用挤压棒材为原材料，机械加工去除表面粗晶环，通过镦锻预成形制坯，最后采用挤压终成形，其特征在于：快速镦锻预成形制备圆厚板型坯料、带有分流口的等温挤压终成形制备轴对称型锻件，具体成形步骤为：
步骤1.根据锻件体积，并考虑步骤5所消耗的坯料体积，计算坯料尺寸，使得坯料高度为其直径的1.8~2.5倍；
步骤2.将坯料置于电阻式箱式炉内，加热温度为400℃~480℃；同时将镦拔模具安装于液压机上，并通过安装在液压机上的电阻式环形加热炉加热至350℃~450℃，达到设定温度后，保温1~5h；
步骤3.当坯料和模具加热温度达到预定要求时，在液压机上沿高向压缩至棒料原高度的0.4~0.6倍，再沿原高向拔长并滚圆，滚圆后坯料直径与下料时直径一致，最后镦粗至坯料原高度的0.25~0.5倍后，锻坯置于料筐空冷；
步骤4.锻坯空冷后车去表面0.5~20mm；
步骤5.将锻坯置于电阻式箱式炉内，加热温度为380℃~450℃；将复合挤压模安装于液压机上，并通过安装在液压机上的电阻式环形加热炉加热至350℃~400℃，达到设定温度后，保温2~5h；
步骤6.将坯料置于凹模模腔内，通过凸模对坯料进行挤压，当凸模达到限位时，凹凸模之间的间隙有1~25mm，用作分流口；挤压完成后，将终锻件放置于案台上空冷；
步骤7. 将冷却后的终锻件切除分流口上的余料、酸洗、除伤、T6热处理。
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