CN106498248B - 铝合金模锻件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

铝合金模锻件的制造方法，它涉及一种AL‑Cu‑Mg合金模锻件的制造方法。本发明是为了提供一种超长超大规格铝合金螺旋桨桨叶铝合金模锻件的制造方法，以提高螺旋桨桨叶的强度、耐磨性、抗腐蚀性和断裂韧性，使桨叶使用寿命增加。本方法如下：一、铝合金铸锭的加热；二、楔型毛坯；三、锻件；四、将锻件蚀洗脱脂、在酸槽中中和洗白、淬火保温、单级时效，即得铝合金模锻件。本发明制造的一种超长超大规格铝合金螺旋桨桨叶模锻件不仅满足标准要求，而且提高了螺旋桨桨叶的使用性能，改善了军用螺旋桨桨叶的强度、耐磨性、抗腐蚀性和断裂韧性等特点，提高了螺旋桨桨叶的使用寿命。

Description

铝合金模锻件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种AL-Cu-Mg合金模锻件的制造方法。
背景技术
随着我国航海事业的发展，对登陆艇的性能要求越来越高，登陆艇上的结构件向着整体化、强度高、小变形、寿命长结构的制造方向发展。登陆艇中的螺旋桨桨叶是主要受力构件，将桨叶采用模锻件制造，具有耐磨、抗腐蚀、结构刚度大、断裂韧性好等特点，满足了航海发展的需要，提高了螺旋桨桨叶的使用寿命。可以使我国逐渐掌握同类技术，为降低我国登陆艇的制造成本奠定基础，该技术在航海领域有着广泛的推广应用价值，对加强国防现代化建设具有重要的社会意义，同时也具有良好的经济利益。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种超长超大规格铝合金螺旋桨桨叶铝合金模锻件的制造方法，以提高螺旋桨桨叶的强度、耐磨性、抗腐蚀性和断裂韧性，使桨叶使用寿命增加。
铝合金模锻件的制造方法按照以下步骤进行：
一、铝合金铸锭的加热：
将铝合金铸锭加热至温度为400℃～460℃，并保温4～6小时，用5000吨卧式水压机Ф500的挤压筒挤压直径Φ220mm的棒材，挤压速度≤1.5mm/S，将挤压后的棒材进行切头，切尾，取低倍后，切取长度2900mm的棒材为毛坯；
二、将毛坯清洁后采用超声脉冲反射检测进行探伤，然后在精密车床上进行机加，机加成工艺图纸要求的楔型毛坯；
三、将楔型毛坯加热至温度为380℃～460℃，然后在模具温度为380℃～420℃、10000吨立式模压机开锻温度为400℃～450℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件；
四、将锻件在温度为50℃～70℃、质量浓度为10％～20％的NaOH的碱槽液中蚀洗脱脂5～20分钟，然后在温度为室温的冷水槽中洗净碱液，再在室温、质量浓度为20％～40％HNO3的酸槽中中和洗白3～8分钟，在温度为室温的冷水槽中洗净酸液，最后在水温为50～80℃的热水槽中冲洗；
五、将经过步骤四处理的锻件在温度为495℃～510℃的条件下，淬火保温180～240分钟，淬火所用水的温度为50℃～70℃，锻件出炉时淬火转移时间为5～15秒，且淬火料筐在水中往复升降15～20次，然后在水中停留10～20分钟，单级时效的温度为自然时效4-10昼夜，即得铝合金模锻件。
步骤一中所述铝合金铸锭中元素的质量百分含量为：
Si为≤0.6％，Fe为≤0.6％，Cu为4.2％～4.8％，Mn为0.50％～0.8％，Mg为0.50％～0.8％，Ni为≤0.10％，Zn为≤0.30％，Ti为≤0.15％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.10％，其余为Al；铝合金铸锭进行双级过滤、双级除气，液态氢含量≤0.18ml/100g。
本发明制造的一种超长超大规格铝合金螺旋桨桨叶模锻件不仅满足标准要求，而且提高了螺旋桨桨叶的使用性能，改善了军用螺旋桨桨叶的强度、耐磨性、抗腐蚀性和断裂韧性等特点，提高了螺旋桨桨叶的使用寿命，满足登陆艇用高性能超长超大规格铝合金螺旋桨桨叶模锻件的制造要求。
本发明制备铝合金模锻件的纵向拉力、高倍组织、低倍组织、断口组织、硬度检测。要求纵向抗拉强度≥400MPa,延伸率≥20％。要求纵向抗拉强度≥400MPa,延伸率≥20％，其他按照GJB2380标准中的要求。
将步骤九得到的热处理合格后的锻件，按照GJB2380-95探伤标准进行逐件100％A级探伤，探伤合格后的模锻件进行成品包装，即完成一种超长超大规格铝合金螺旋桨桨叶模锻件的制造。
附图说明
图1是实验一中所得铝合金模锻件的结构示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中铝合金模锻件的制造方法按照以下步骤进行：
一、铝合金铸锭的加热：
将铝合金铸锭加热至温度为400℃～460℃，并保温4～6小时，用5000吨卧式水压机Ф500的挤压筒挤压直径Φ220mm的棒材，挤压速度≤1.5mm/S，将挤压后的棒材进行切头，切尾，取低倍后，切取长度2900mm的棒材为毛坯；
二、将毛坯清洁后采用超声脉冲反射检测进行探伤，然后在精密车床上进行机加，机加成工艺图纸要求的楔型毛坯；
三、将楔型毛坯加热至温度为380℃～460℃，然后在模具温度为380℃～420℃、10000吨立式模压机开锻温度为400℃～450℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件；
四、将锻件在温度为50℃～70℃、质量浓度为10％～20％的NaOH的碱槽液中蚀洗脱脂5～20分钟，然后在温度为室温的冷水槽中洗净碱液，再在室温、质量浓度为20％～40％HNO3的酸槽中中和洗白3～8分钟，在温度为室温的冷水槽中洗净酸液，最后在水温为50～80℃的热水槽中冲洗；
五、将经过步骤四处理的锻件在温度为495℃～510℃的条件下，淬火保温180～240分钟，淬火所用水的温度为50℃～70℃，锻件出炉时淬火转移时间为5～15秒，且淬火料筐在水中往复升降15～20次，然后在水中停留10～20分钟，单级时效的温度为自然时效4-10昼夜，即得铝合金模锻件。
本实施方式铝合金模锻件的纵向拉力、高倍组织、低倍组织、断口组织、硬度检测。要求纵向抗拉强度≥400MPa,延伸率≥20％。要求纵向抗拉强度≥400MPa,延伸率≥20％，其他按照GJB2380标准中的要求。
按照GJB2380-95探伤标准进行逐件100％A级探伤，探伤合格后的模锻件进行成品包装。
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一中所述铝合金铸锭中元素的质量百分含量为：
Si为≤0.6％，Fe为≤0.6％，Cu为4.2％～4.8％，Mn为0.50％～0.8％，Mg为0.50％～0.8％，Ni为≤0.10％，Zn为≤0.30％，Ti为≤0.15％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.10％，其余为Al；铝合金铸锭进行双级过滤、双级除气，液态氢含量≤0.18ml/100g。。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一中将铝合金铸锭加热至温度为430℃～445℃，并保温4.5小时。其它与具体实施方式一或二之一相同。
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一中将铝合金铸锭加热至温度为440℃，并保温5小时。其它与具体实施方式一至三之一相同。
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一中用5000吨卧式水压机Ф500的挤压筒挤压直径Φ220mm的棒材，挤压速度≤1.5mm/S，采用反向挤压方法进行挤压，挤压残料小于25mm。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中将楔型毛坯加热至温度为390℃～440℃，然后在模具温度为390℃～410℃、10000吨立式模压机开锻温度为420℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中将楔型毛坯加热至温度为400℃～420℃，然后在模具温度为400℃、10000吨立式模压机开锻温度为430℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤四中在温度为60℃、质量浓度为15％的NaOH的碱槽液中蚀洗脱脂20分钟。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中再在室温、质量浓度为30％HNO3的酸槽中中和洗白5分钟。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤五中在温度为499℃～505℃的条件下，淬火保温210分钟，锻件出炉时淬火转移时间为10秒，且淬火料筐在水中往复升降15次，然后在水中停留15分钟。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
铝合金模锻件的制造方法按照以下步骤进行：
一、铝合金铸锭的加热：采用Φ482×1050mm的圆铝合金铸锭锻造，在装炉前将铸锭表面的灰尘、铝屑、毛刺等杂物清理干净，装炉时要将毛料在料盘上摆放整齐平稳。铸锭加热至温度为430℃，铸锭保温时间为4.5小时，加热过程做到每半小时测一次温，并将测温结果记录。
二、将步骤一得到的铸锭用5000吨卧式水压机Ф500的挤压筒挤压直径Φ220mm的棒材，慢速挤压，挤压速度≤1.5mm/S，控制粗晶环的形成。将挤压后的棒材进行切头，切尾，取低倍后。切取长度2900mm的棒材为毛坯。
三、将步骤二得到的毛坯进行清洁处理，然后采用超声脉冲反射检测技术进行探伤；
四、将步骤三得到的毛坯在精密车床上进行机加，机加成图1要求的楔型。
五、将步骤四得到的毛坯加热至温度为400℃，毛坯的开锻温度为400℃在10000吨立式模压机上进行模压，模具温度420℃，进行两次润滑模压。
模锻前用压缩空气把模具模膛内的赃物清除掉，保证模膛内的干净。在10000吨立式模压机安装好锻件的上、下模具后，在用润滑剂(沙锭油)将上下模具进行润滑，进行模锻。毛坯出炉时每横排料盘的第一件和最后一件的开锻温度和终锻温度为400℃，将毛坯用天车吊到上料架上，按顺序一个接一个推入模膛，模压毛坯。模压在10000吨立式模压机进行，锻件进行两次模压，终压时必须进行两次润滑上压，然后抬车放气后再上压，以确保成型。润滑油要采用沙锭油加少量石墨润滑。严格执行首件检查制，印记一定要打印到大头位置，字迹要整齐清晰。模锻件首先在立式带锯床上进行毛边切除，切边后毛边的残留量小于或等于5mm，但不允许咬肉，然后将模锻件用天车轻轻吊入酸洗料筐内，以防止锻件磕碰伤。
五、将步骤四得到的锻件进行蚀洗：将模锻件妥当的摆放在不锈钢蚀洗专用料筐内，在温度为60℃的15％NaOH的碱槽液中蚀洗脱脂10分钟，然后在温度为室温的冷水槽中洗净碱液，再在室温30％HNO3的酸槽中中和洗白5分钟，在温度为室温的冷水槽中洗净酸液，最后在水温为60℃的热水槽中冲洗毛坯。
碱洗后要充分水洗，要控制好腐蚀时间不易过长，防止过腐蚀。将酸洗好的锻件搬出摆放在地面铺有铝垫盘的修伤场地，进行严格的火前检查。发现有折叠、起皮要彻底修净，以防再次模压时产生折叠。
六、将步骤五得到的锻件进行热处理：将锻件大头冲下，尾部冲上吊立着在立式淬火炉中进行淬火。锻件的淬火温度为500℃，淬火的保温时间按金属保温200分钟，淬火所用水的温度是60℃；锻模件出炉时淬火转移时间在10秒，且淬火料筐在水中往复升降15次，然后在水中停留15分钟后方可吊出水面，打淬火炉号时要打到指定位置，且要清晰。单级时效的温度为自然时效4昼夜，即得铝合金模锻件。
本实验铝合金模锻件的纵向拉力、高倍组织、低倍组织、断口组织、硬度检测。要求纵向抗拉强度≥400MPa,延伸率≥15％，其他按照GJB2380标准中的要求。
按照GJB2380-95探伤标准进行逐件100％A级探伤，探伤合格后的模锻件进行成品包装。
实验结果：
取铝合金模锻件的五个不同的部位得截面进行力学性能分析，数据报告见表1，抗腐蚀试验(腐蚀介质：质量浓度为35％的氯化钠溶液，腐蚀时间20天，温度35℃)报告见表2，抗腐蚀试验报告显示锻件20天未开裂。本实验生产的铝合金模锻件(模锻件桨叶)其抗拉强度达到430MPa以上，延伸率达到15以上。
表1拉伸试验
表2腐蚀试验
实验二：
铝合金模锻件的制造方法按照以下步骤进行：
一、铝合金铸锭的加热：
将铝合金铸锭加热至温度为400℃，并保温4小时，用5000吨卧式水压机Ф500的挤压筒挤压直径Φ220mm的棒材，挤压速度≤1.5mm/S，将挤压后的棒材进行切头，切尾，取低倍后，切取长度2900mm的棒材为毛坯；
二、将毛坯清洁后采用超声脉冲反射检测进行探伤，然后在精密车床上进行机加，机加成工艺图纸要求的楔型毛坯；
三、将楔型毛坯加热至温度为380℃，然后在模具温度为380℃、10000吨立式模压机开锻温度为400℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件；
四、将锻件在温度为50℃、质量浓度为10％的NaOH的碱槽液中蚀洗脱脂5分钟，然后在温度为室温的冷水槽中洗净碱液，再在室温、质量浓度为20％HNO3的酸槽中中和洗白3分钟，在温度为室温的冷水槽中洗净酸液，最后在水温为50℃的热水槽中冲洗；
五、将经过步骤四处理的锻件在温度为495℃℃的条件下，淬火保温180分钟，淬火所用水的温度为50℃，锻件出炉时淬火转移时间为5秒，且淬火料筐在水中往复升降15次，然后在水中停留10分钟，单级时效的温度为自然时效4昼夜，即得铝合金模锻件。
其他步骤本实验与实验一相同。
本实验铝合金模锻件的纵向拉力、高倍组织、低倍组织、断口组织、硬度检测。要求纵向抗拉强度≥400MPa,延伸率≥15％，其他按照GJB2380标准中的要求。
按照GJB2380-95探伤标准进行逐件100％A级探伤，探伤合格后的模锻件进行成品包装。取铝合金模锻件的五个不同的部位得截面进行力学性能分析，数据报告见表3。
表3拉伸试验
实验三：
铝合金模锻件的制造方法按照以下步骤进行：
一、铝合金铸锭的加热：
将铝合金铸锭加热至温度为460℃，并保温6小时，用5000吨卧式水压机Ф500的挤压筒挤压直径Φ220mm的棒材，挤压速度≤1.5mm/S，将挤压后的棒材进行切头，切尾，取低倍后，切取长度2900mm的棒材为毛坯；
二、将毛坯清洁后采用超声脉冲反射检测进行探伤，然后在精密车床上进行机加，机加成工艺图纸要求的楔型毛坯；
三、将楔型毛坯加热至温度为460℃，然后在模具温度为420℃、10000吨立式模压机开锻温度为450℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件；
四、将锻件在温度为70℃、质量浓度为20％的NaOH的碱槽液中蚀洗脱脂5～20分钟，然后在温度为室温的冷水槽中洗净碱液，再在室温、质量浓度为40％HNO3的酸槽中中和洗白8分钟，在温度为室温的冷水槽中洗净酸液，最后在水温为50～80℃的热水槽中冲洗；
五、将经过步骤四处理的锻件在温度为510℃的条件下，淬火保温240分钟，淬火所用水的温度为70℃，锻件出炉时淬火转移时间为15秒，且淬火料筐在水中往复升降20次，然后在水中停留20分钟，单级时效的温度为自然时效10昼夜，即得铝合金模锻件。
其他步骤本实验与实验一相同。
本实验铝合金模锻件的纵向拉力、高倍组织、低倍组织、断口组织、硬度检测。要求纵向抗拉强度≥400MPa,延伸率≥15％，其他按照GJB2380标准中的要求。
按照GJB2380-95探伤标准进行逐件100％A级探伤，探伤合格后的模锻件进行成品包装。取铝合金模锻件的五个不同的部位得截面进行力学性能分析，数据报告见表4。
表4拉伸试验
实验四：
铝合金模锻件的制造方法按照以下步骤进行：
一、铝合金铸锭的加热：
将铝合金铸锭加热至温度为430℃，并保温6小时，用5000吨卧式水压机Ф500的挤压筒挤压直径Φ220mm的棒材，挤压速度≤1.5mm/S，将挤压后的棒材进行切头，切尾，取低倍后，切取长度2900mm的棒材为毛坯；
二、将毛坯清洁后采用超声脉冲反射检测进行探伤，然后在精密车床上进行机加，机加成工艺图纸要求的楔型毛坯；
三、将楔型毛坯加热至温度为420℃，然后在模具温度为420℃、10000吨立式模压机开锻温度为420℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件；
四、将锻件在温度为60℃、质量浓度为15％的NaOH的碱槽液中蚀洗脱脂15分钟，然后在温度为室温的冷水槽中洗净碱液，再在室温、质量浓度为30％HNO3的酸槽中中和洗白5分钟，在温度为室温的冷水槽中洗净酸液，最后在水温为60℃的热水槽中冲洗；
五、将经过步骤四处理的锻件在温度为500℃的条件下，淬火保温200分钟，淬火所用水的温度为65℃，锻件出炉时淬火转移时间为10秒，且淬火料筐在水中往复升降18次，然后在水中停留15分钟，单级时效的温度为自然时效8昼夜，即得铝合金模锻件。
其他步骤本实验与实验一相同。
取铝合金模锻件的五个不同的部位得截面进行力学性能分析,数据报告见表5，抗腐蚀试验(腐蚀介质：质量浓度为35％的氯化钠溶液，腐蚀时间20天，温度35℃)报告见表6，抗腐蚀试验报告显示锻件20天未开裂。本实验生产的铝合金模锻件(模锻件桨叶)其抗拉强度达到430MPa以上，延伸率达到15以上。
表5拉伸试验
表6腐蚀试验

Claims (9)

1.铝合金模锻件的制造方法，其特征在于铝合金模锻件的制造方法按照以下步骤进行：
一、铝合金铸锭的加热：
将铝合金铸锭加热至温度为400℃～460℃，并保温4～6小时，用5000吨卧式水压机Ф500的挤压筒挤压直径Φ220mm的棒材，挤压速度≤1.5mm/s ，将挤压后的棒材进行切头，切尾，取低倍后，切取长度2900mm的棒材为毛坯；
二、将毛坯清洁后采用超声脉冲反射检测进行探伤，然后在精密车床上进行机加，机加成工艺图纸要求的楔型毛坯；
三、将楔型毛坯加热至温度为380℃～460℃，然后在模具温度为380℃～420℃、10000吨立式模压机开锻温度为400℃～450℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件；
四、将锻件在温度为50℃～70℃、质量浓度为10％～20％的NaOH的碱槽液中蚀洗脱脂5～20分钟，然后在温度为室温的冷水槽中洗净碱液，再在室温、质量浓度为20％～40％HNO3的酸槽中中和洗白3～8分钟，在温度为室温的冷水槽中洗净酸液，最后在水温为50～80℃的热水槽中冲洗；
五、将经过步骤四处理的锻件在温度为495℃～510℃的条件下，淬火保温180～240分钟，淬火所用水的温度为50℃～70℃，锻件出炉时淬火转移时间为5～15秒，且淬火料筐在水中往复升降15～20次，然后在水中停留10～20分钟，单级时效的温度为自然时效4-10昼夜，即得铝合金模锻件；
其中步骤一中所述铝合金铸锭中元素的质量百分含量为：
Si为≤0.6％，Fe为≤0.6％，Cu为4.2％～4.8％，Mn为0.50％～0.8％，Mg为0.50％～0.8％，Ni为≤0.10％，Zn为≤0.30％，Ti为≤0.15％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.10％，其余为Al；铝合金铸锭进行双级过滤、双级除气，液态氢含量≤0.18ml/100g。
2.根据权利要求1所述铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤一中将铝合金铸锭加热至温度为430℃～445℃，并保温4.5小时。
3.根据权利要求1所述铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤一中将铝合金铸锭加热至温度为440℃，并保温5小时。
4.根据权利要求1所述铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤一中用5000吨卧式水压机Ф500的挤压筒挤压直径Φ220mm的棒材，挤压速度≤1.5mm/s ，采用反向挤压方法进行挤压，挤压残料小于25mm。
5.根据权利要求1所述铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤三中将楔型毛坯加热至温度为390℃～440℃，然后在模具温度为390℃～410℃、10000吨立式模压机开锻温度为420℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件。
6.根据权利要求1所述铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤三中将楔型毛坯加热至温度为400℃～420℃，然后在模具温度为400℃、10000吨立式模压机开锻温度为430℃的条件下，进行两次润滑模压，得到锻件。
7.根据权利要求1所述铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤四中在温度为60℃、质量浓度为15％的NaOH的碱槽液中蚀洗脱脂20分钟。
8.根据权利要求1所述铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤四中再在室温、质量浓度为30％HNO3的酸槽中中和洗白5分钟。
9.根据权利要求1所述铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤五中在温度为499℃～505℃的条件下，淬火保温210分钟，锻件出炉时淬火转移时间为10秒，且淬火料筐在水中往复升降15次，然后在水中停留15分钟。
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