CN106363352A - 一种高强度铝合金环锻件的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度铝合金环锻件的制造工艺,包括如下操作步骤:购买坯料‑切断坯料;锻造加热‑制坯‑机加工内孔‑加热‑马架扩孔‑回炉加热‑碾环‑冷却‑固溶‑冷变形‑时效‑机加工至要求尺寸。本发明通过多向改锻技术、马架扩孔技术、润滑技术和数控碾环技术,结合高强热处理技术和冷变形技术,解决性能铝合金环形锻件整体性能偏低、力学性能不均匀、各向异性明显等问题。
Description
技术领域
本发明涉及锻造成型技术领域,尤其是一种高强度铝合金环锻件的制造工艺。
背景技术
铝合金由于密度小,比强度和比模量高等优点,成为了目前航空航天领域应用非常广泛的一种材料,用于制作大规格尺寸的结构锻件。国家标准中对铝合金力学性能要求相对偏低,目前标准中强度最高标准为410MPa,屈服强度仅为280MPa,延伸率为8%,已经难以满足目前使用的需求。同时由于铝合金塑性差、变形不均匀程度大、各向异性明显等特点,铝合金环形锻件在成形过程和力学性能均匀性方面也存在较大问题。
现有铝合金环形锻件制造工艺只通过单次轴向镦拔后进行冲孔,然后直接进行碾环,碾环结束后进行热处理。单次轴向变形无法实现铸态组织的充分完全破碎,是产品力学性能偏低和不均匀的根本原因。同时由于碾环过程基本为环向变形,轴向和径向变形较小,整个成形过程中,径向变形非常小,这在一定程度上加剧了最终性能的各向异性。现有热处理标准年代均较早,由于当时设备精度的原因,对铝合金的热处理制度相对较保守,因此无法完全发挥铝合金的最优性能,导致整体性能偏低。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点,提供一种高强度铝合金环锻件的制造工艺,从而大大提高了强度和使用性能。
本发明所采用的技术方案如下:
一种高强度铝合金环锻件的制造工艺,包括如下操作步骤:
第一步:购买坯料,坯料为铝合金铸锭,高径比小于2.5;
第二步:切断坯料;
第三步:锻造加热:要求室温入炉,加热至470±5℃,保温15-20h;
第四步:制坯:制坯前将设备工装预热至300℃-350℃,并对设备工装涂抹润滑剂,采用多项改锻技术将加热坯料镦拔成圆饼件,对圆饼件进行冲孔;
第五步:机加工内孔:将第四步中冲孔后的坯料空冷至室温后,加工掉由于冲孔过程中内孔产生的夹皮缺陷;
第六步:加热:将第五步中完成加工的坯料重新加热至470±5℃,保温6-10h;
第七步:马架扩孔:将已经加热的坯料采用自由锻造马架扩孔方式进行锻造,制备碾环环坯;
第八步:回炉加热:将碾环环坯回炉加热至470±5℃,保温3-5h;
第九步:碾环:将环坯用碾环机进行轧制成铝合金锻件,碾环径向进给速度为0.4-0.6mm/s,碾环前预热环机与坯料接触部位至300-350℃,并涂抹润滑剂,碾环过程中对环坯表面和外圆、内孔实时喷涂润滑剂;
第十步:冷却:待锻件在碾环机上冷却至200℃以下时,转移至地面平放,空冷至室温;
第十一步:固溶:室温装炉,加热至505±3℃保温6-8h,固溶水温28-35℃,入水时间要求小于等于15s;
第十二步:冷变形:对固溶后的铝合金锻件进行径向3%-5%变形量的冷变形;
第十三步:时效:冷变形结束后,室温装炉,加热至167±3℃保温8-10h,时效结束后空冷;
第十四步:机加工至要求尺寸。
本发明的有益效果如下:
本发明通过多向改锻技术、马架扩孔技术、润滑技术和数控碾环技术,结合高强热处理技术和冷变形技术,解决性能铝合金环形锻件整体性能偏低、力学性能不均匀、各向异性明显等问题。
本发明通过改锻出坯、机加内孔、马架扩孔和碾环实现铝合金环形锻件的锻造成形,通过改锻开坯、马架扩孔和碾环过程中合理分配变形量,解决了成形难,整体性能不均匀和产品性能各向异性较大的问题。通过高强热处理工艺和冷变形技术,调控析出相,改善整体力学性能偏低的问题。
本发明通过合理设计变形工步和变形量,运用新的热处理工艺,解决现有铝合金环形件存在整体力学性能偏低、性能不均匀性较差以及各向异性明显等问题,实现高强铝合金环锻件的的生产。
本发明采用多向改锻技术整体达到五镦四拔,并且每次镦拔变形量达到60%,充分、均匀破碎铸态组织,较现有工艺相比,变形充分。
本发明增加了径向镦拔和马架扩孔,很大程度上增加了径向的变形,同时减小了切向的变形,较现有工艺相比,变形量分配合理,减小了产品力学性能的各向异性。
本发明固溶温度高,时效温度高:通过高的固溶温度使强化相最大程度的溶解,过饱和程度越大,时效效果越明显;高的时效温度可以促进强化强的析出,强化相析出越多,力学性能越高。
本发明增加冷变形工序:冷变形可以增加位错密度,形成时效强化相析出的形核点,强化相均匀弥散的析出,提升锻件的综合性能。
通过本发明生产的的铝合金锻件可以达到抗拉强度480MPa,屈服强度400MPa,延伸率12%。
具体实施方式
下面说明本发明的具体实施方式。
本实施例的高强度铝合金环锻件的制造工艺,包括如下操作步骤:
第一步:购买坯料,坯料为铝合金铸锭,高径比小于2.5;
第二步:切断坯料;
第三步:锻造加热:要求室温入炉,加热至470±5℃,保温15-20h;
第四步:制坯:制坯前将设备工装预热至300℃-350℃,并对设备工装涂抹润滑剂,采用多项改锻技术将加热坯料镦拔成圆饼件,对圆饼件进行冲孔;
第五步:机加工内孔:将第四步中冲孔后的坯料空冷至室温后,加工掉由于冲孔过程中内孔产生的夹皮缺陷;
第六步:加热:将第五步中完成加工的坯料重新加热至470±5℃,保温6-10h;
第七步:马架扩孔:将已经加热的坯料采用自由锻造马架扩孔方式进行锻造,制备碾环环坯;
第八步:回炉加热:将碾环环坯回炉加热至470±5℃,保温3-5h;
第九步:碾环:将环坯用碾环机进行轧制成铝合金锻件,碾环径向进给速度为0.4-0.6mm/s,碾环前预热环机与坯料接触部位至300-350℃,并涂抹润滑剂,碾环过程中对环坯表面和外圆、内孔实时喷涂润滑剂;
第十步:冷却:待锻件在碾环机上冷却至200℃以下时,转移至地面平放,空冷至室温;
第十一步:固溶:室温装炉,加热至505±3℃保温6-8h,固溶水温28-35℃,入水时间要求小于等于15s;
第十二步:冷变形:对固溶后的铝合金锻件进行径向3%-5%变形量的冷变形;
第十三步:时效:冷变形结束后,室温装炉,加热至167±3℃保温8-10h,时效结束后空冷;
第十四步:机加工至要求尺寸。
实施例一:
第一步:购买坯料,坯料为铝合金铸锭,高径比为2.4;
第二步:切断坯料;
第三步:锻造加热:要求室温入炉,加热至475℃,保温20h;
第四步:制坯:制坯前将设备工装预热至350℃,并对设备工装涂抹润滑剂,采用多项改锻技术将加热坯料镦拔成圆饼件,对圆饼件进行冲孔;
第五步:机加工内孔:将第四步中冲孔后的坯料空冷至室温后,加工掉由于冲孔过程中内孔产生的夹皮缺陷;
第六步:加热:将第五步中完成加工的坯料重新加热至475℃,保温10h;
第七步:马架扩孔:将已经加热的坯料采用自由锻造马架扩孔方式进行锻造,制备碾环环坯;
第八步:回炉加热:将碾环环坯回炉加热至475℃,保温5h;
第九步:碾环:将环坯用碾环机进行轧制成铝合金锻件,碾环径向进给速度为0.6mm/s,碾环前预热环机与坯料接触部位至350℃,并涂抹润滑剂,碾环过程中对环坯表面和外圆、内孔实时喷涂润滑剂;
第十步:冷却:待锻件在碾环机上冷却至200℃以下时,转移至地面平放,空冷至室温;
第十一步:固溶:室温装炉,加热至5083℃保温8h,固溶水温35℃,入水时间为15s;
第十二步:冷变形:对固溶后的铝合金锻件进行径向5%变形量的冷变形;
第十三步:时效:冷变形结束后,室温装炉,加热至170℃,保温10h,时效结束后空冷;
第十四步:机加工至要求尺寸。
实施例二:
第一步:购买坯料,坯料为铝合金铸锭,高径比为2;
第二步:切断坯料;
第三步:锻造加热:要求室温入炉,加热至465℃,保温15h;
第四步:制坯:制坯前将设备工装预热至300℃℃,并对设备工装涂抹润滑剂,采用多项改锻技术将加热坯料镦拔成圆饼件,对圆饼件进行冲孔;
第五步:机加工内孔:将第四步中冲孔后的坯料空冷至室温后,加工掉由于冲孔过程中内孔产生的夹皮缺陷;
第六步:加热:将第五步中完成加工的坯料重新加热至465℃,保温6h;
第七步:马架扩孔:将已经加热的坯料采用自由锻造马架扩孔方式进行锻造,制备碾环环坯;
第八步:回炉加热:将碾环环坯回炉加热至465℃,保温3h;
第九步:碾环:将环坯用碾环机进行轧制成铝合金锻件,碾环径向进给速度为0.4mm/s,碾环前预热环机与坯料接触部位至300℃,并涂抹润滑剂,碾环过程中对环坯表面和外圆、内孔实时喷涂润滑剂;
第十步:冷却:待锻件在碾环机上冷却至200℃以下时,转移至地面平放,空冷至室温;
第十一步:固溶:室温装炉,加热至502℃保温6h,固溶水温28℃,入水时间为10s;
第十二步:冷变形:对固溶后的铝合金锻件进行径向3%变形量的冷变形;
第十三步:时效:冷变形结束后,室温装炉,加热至164℃保温8h,时效结束后空冷;
第十四步:机加工至要求尺寸。
实施例三:
第一步:购买坯料,坯料为铝合金铸锭,高径比为1.5;
第二步:切断坯料;
第三步:锻造加热:要求室温入炉,加热至470℃,保温18h;
第四步:制坯:制坯前将设备工装预热至325℃,并对设备工装涂抹润滑剂,采用多项改锻技术将加热坯料镦拔成圆饼件,对圆饼件进行冲孔;
第五步:机加工内孔:将第四步中冲孔后的坯料空冷至室温后,加工掉由于冲孔过程中内孔产生的夹皮缺陷;
第六步:加热:将第五步中完成加工的坯料重新加热至470℃,保温8h;
第七步:马架扩孔:将已经加热的坯料采用自由锻造马架扩孔方式进行锻造,制备碾环环坯;
第八步:回炉加热:将碾环环坯回炉加热至470℃,保温4h;
第九步:碾环:将环坯用碾环机进行轧制成铝合金锻件,碾环径向进给速度为0.5mm/s,碾环前预热环机与坯料接触部位至325℃,并涂抹润滑剂,碾环过程中对环坯表面和外圆、内孔实时喷涂润滑剂;
第十步:冷却:待锻件在碾环机上冷却至200℃以下时,转移至地面平放,空冷至室温;
第十一步:固溶:室温装炉,加热至505℃保温7h,固溶水温30℃,入水时间为12s;
第十二步:冷变形:对固溶后的铝合金锻件进行径向4%变形量的冷变形;
第十三步:时效:冷变形结束后,室温装炉,加热至167℃保温9h,时效结束后空冷;
第十四步:机加工至要求尺寸。
以上描述是对本发明的解释,不是对发明的限定,本发明所限定的范围参见权利要求,在本发明的保护范围之内,可以作任何形式的修改。
Claims (1)
1.一种高强度铝合金环锻件的制造工艺,其特征在于:包括如下操作步骤:
第一步:购买坯料,坯料为铝合金铸锭,高径比小于2.5;
第二步:切断坯料;
第三步:锻造加热:要求室温入炉,加热至470±5℃,保温15-20h;
第四步:制坯:制坯前将设备工装预热至300℃-350℃,并对设备工装涂抹润滑剂,采用多项改锻技术将加热坯料镦拔成圆饼件,对圆饼件进行冲孔;
第五步:机加工内孔:将第四步中冲孔后的坯料空冷至室温后,加工掉由于冲孔过程中内孔产生的夹皮缺陷;
第六步:加热:将第五步中完成加工的坯料重新加热至470±5℃,保温6-10h;
第七步:马架扩孔:将已经加热的坯料采用自由锻造马架扩孔方式进行锻造,制备碾环环坯;
第八步:回炉加热:将碾环环坯回炉加热至470±5℃,保温3-5h;
第九步:碾环:将环坯用碾环机进行轧制成铝合金锻件,碾环径向进给速度为0.4-0.6mm/s,碾环前预热环机与坯料接触部位至300-350℃,并涂抹润滑剂,碾环过程中对环坯表面和外圆、内孔实时喷涂润滑剂;
第十步:冷却:待锻件在碾环机上冷却至200℃以下时,转移至地面平放,空冷至室温;
第十一步:固溶:室温装炉,加热至505±3℃保温6-8h,固溶水温28-35℃,入水时间要求小于等于15s;
第十二步:冷变形:对固溶后的铝合金锻件进行径向3%-5%变形量的冷变形;
第十三步:时效:冷变形结束后,室温装炉,加热至167±3℃保温8-10h,时效结束后空冷;
第十四步:机加工至要求尺寸。
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