CN106514141B - 一种铝-钢复合结构履带板锻件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料加工领域，涉及一种履带板的制备方法，尤其涉及一种铝‑钢复合结构履带板锻件的制备方法。本发明首先通过半连续铸造制备铸锭，接着采用正向或反向挤压将铝合金铸锭制备成挤压材，再将挤压材按尺寸下料并通过等温模锻预锻出铝合金履带板预锻件，再通过终锻将铸钢块与预锻铝合金履带板锻造成一体，实现铝‑钢结构复合。本发明制备的铝‑钢复合结构履带板比钢制履带板减重30％的同时，又能保证履带板的耐磨性以及整体强度且结构性能可靠。

Description

一种铝-钢复合结构履带板锻件的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料加工领域，涉及一种履带板的制备方法，尤其涉及一种铝-钢复合结构履带板锻件的制备方法。
背景技术
目前，我国步兵战车履带板主要采用铸钢制造。钢制履带板重量过大，导致战车作战机动性低，严重影响我国步兵战车的战斗力。目前，某轻型步战车已采用铝合金履带板，而吨位更大的轻型装甲战车仍然采用的是钢制履带板。为适应部队快速集结转换，轻型步兵战车迫切需求采用铝制履带板。因此亟需研制一种高强度铝合金履带板来代替钢制履带板。采用高强铝合金履带，步兵战车履带板整体减重将达30％以上，将大幅提高战车的投送能力和战车作战机动性。
履带板工作时直接与地面接触，对板体的耐磨性要求很高。变形铝合金虽然强度高，但耐磨性差，采用铝-钢复合结构的履带板可以同时实现减重与耐磨的要求。目前北京有色金属研究总院已经采用液态模锻工艺成功实现铝-钢复合结构履带板，但液态模锻合金的本质是大量铸造组织与少数变形组织共同组成，其组织疏松不致密，内部冶金质量难控制，疲劳性能差，铝-钢结合强度低，不满足特种车辆静力拉断的力学性能指标，不适用于吨位较大的特种车辆使用。
发明内容
本发明的目的是：针对上述制备方法存在的问题提供了一种铝-钢复合结构履带板锻件的制备方法。
本发明的技术方案是：铝-钢复合结构履带板的制备方法包括以下工艺步骤：
(1)以2XXX系或7XXX系变形铝合金为原材料，根据设计要求的不同合金成分进行配料，先将纯铝在坩埚炉中800～850℃熔化，再依次加入其他主强化合金元素与微合金元素，再通过六氯乙烷精炼、除气、扒渣后静置，再将静置的铝熔体转移至浇铸前槽，采用半连续铸造方法制备铸锭；
(2)将铸锭扒皮，采用正向挤压机或者反向挤压机将铸锭按照设计要求挤压成矩形带板或棒材；
(3)将锻造模具加热至400～420℃，将加工完好的矩形带板或棒材置于加热炉中加热保温，加热温度400～480℃，保温时间2～10h，将挤压完成的矩形带板或棒材在50s内转移至模具中，采用等温模锻制备出预锻件；
(4)将等温模锻的预锻件进行二次加热，加热温度400～480℃，保温时间2～10h，将铸钢加热至400～420℃,保温2～4h，将铸钢转移至锻造模具的凹模中，再将预锻造的预锻件转移至锻造模具的凹模腔，采用等温模锻将铸钢与铝合金履带板预锻件锻造成一体；
(5)将铝-钢复合结构锻件完成去飞边机加工后，进行稳定化热处理，得到高结构强度的铝-钢复合结构履带板锻件。
所述锻造工艺采用等温模锻方法，锻造共分为两火次，第一火次为预锻，基本完成履带板锻件的成形，第二火次为终锻，终锻前将预锻的锻件按照400～480℃加热，保温2～10h，再用夹具将加热的铸钢块转移至锻造模具的凹模内的预埋位置，接着将保温的预锻锻件转移至锻造模具的凹模内，锻压机开始锻造、闭合保压20s，完成履带板锻件的制备。
所述锻造工艺参数为：锻造模具加热温度410±10℃，铝合金锻造保温温度400～480℃，保温时间2～10h，锻造压力1000～3000吨，锻造速率2～10cm/s，铸钢块的保温温度为410±10℃，保温时间不超过6h。
在进行稳定化热处理时，根据所选用的铝合金材料不同，其工艺参数如下：当选用2XXX系变形铝合金时，按510±30℃/4～6h保温加热进行淬火处理，淬火介质采用室温冷水即可，淬火完成后进行165±10℃/8～15h的人工时效处理，再进行-80℃/6h处理；当选用7XXX系变形铝合金时，按470±10℃/4～6h保温加热进行淬火处理，淬火介质采用室温冷水，淬火完成后进行130±10℃/14～24h，再进行-80℃/6h处理，淬火与人工时效之间间隔不超过4h。
本发明具有的优点和有益效果是：本发明首先通过半连续铸造制备铸锭，接着采用正向或反向挤压将铝合金铸锭制备成挤压材，再将挤压材按尺寸下料并通过等温模锻预锻出铝合金履带板预锻件，再通过终锻将铸钢块与预锻铝合金履带板锻造成一体，实现铝-钢结构复合。
1)本发明制备的铝-钢复合结构履带板比钢制履带板减重30％的同时，又能保证履带板的耐磨性以及整体强度且结构性能可靠。
2)利用变形铝合金的铸造-挤压-模锻-热处理方案制备履带板锻件，可以制备出高强度的铝合金履带板模锻件，显著提高生产效率，更适合履带板产品的批量生产。
3)通过等温模锻将耐磨钢与铝合金履带板锻造成一体，实现了钢与铝的双金属复合结构锻造，不仅实现了轻量化目标，也保证了耐磨性的需要。等温模锻铝合金履带板锻件的合金组织经过大变形量加工后，组织细化，纤维组织明显，经过稳定化热处理后，合金可以在不损失延伸率的前提下提高强度，并可以消除锻件的内应力，提高锻件疲劳寿命与使用寿命。通过试验测试显示，其关键技术指标-静力拉断强度超过铸钢，远超过设计要求。
具体实施方式
本发明实施采用的铝合金铸锭均为自制，下面对本发明做进一步解释,一种铝-钢复合结构履带板的制备方法工艺如下：
一种铝-钢复合结构履带板的制备方法，具体如下：
1)以2XXX系或7XXX系变形铝合金为原材料，例如7075铝合金，按GB/T 3190规定的合金成分配料，先将纯铝在坩埚炉中800～850℃熔化，接着在740℃加入Cu，搅拌均匀后在720℃加入Zn，继续搅拌均匀加入Mg，再加入Cr等微元素，再加入六氯乙烷精炼剂精炼3次，除气、扒渣、静置20min，将铝熔体转移至铸造前槽中，升温加热至690～710℃，开始半连续铸造，铸锭尺寸Φ500mm，具体工艺参数如下：浇铸温度700℃，铸造速度20～30mm/min，水压0.04～0.08MPa。
2)将铸锭扒皮至Φ450±2mm，长度不小于700mm，通过8200吨正向挤压机将铸锭挤压成矩形挤压带板或棒材，按照尺寸要求切成所需长度。
3)模具温度加热至400～420℃，将加工完好的挤压带板或棒材置于加热炉中加热保温，加热温度400～480℃，保温时间2～10h，将挤压带板或棒材50s内转移至模具内，采用等温模锻锻造出履带板的预锻件。
4)将等温模锻中履带板的预锻件进行二次加热，加热温度400～480℃，保温时间2～10h，将铸钢(如38CrSi钢)块加热至400～420℃,保温2～4h，将铸钢块转移至锻造模具的凹模，再将履带板预锻件转移至锻造模具的凹模腔，采用等温模锻将铸钢块与铝合金履带板的预锻件锻造成一体。
5)将铝-钢复合结构履带板锻件进行稳定化热处理，得到高强度与结构可靠性高的的履带板锻件。
实施例1
1)以2A14铝合金为原材料，按照GB/T 3190要求的化学成分进行配料，先将纯铝在坩埚炉中820℃熔化，接着在740℃加入Cu，搅拌均匀后加入Mg，再加入Mn等微元素，合金元素彻底熔化并搅拌均匀后再加入六氯乙烷精炼剂精炼2次，除气、扒渣、静置20min，将铝熔体转移至铸造前槽中，升温加热至705℃，开始半连续铸造，铸锭尺寸Φ640mm，具体工艺参数如下：浇铸温度705℃，铸造速度35mm/min，水压0.06MPa。
2)将铸锭扒皮至Φ580mm，长度703mm，铸锭加热温度460℃，挤压筒加热至450℃，挤压速度0.4mm/min,通过5500吨反向挤压机将铸锭挤压成Φ120mm的挤压棒，按照尺寸要求切成长度128mm/块。
3)将锻造模具加热至410℃，将加工完好的挤压带板转移加热炉中加热保温，加热温度460℃，保温时间4h，将挤压带板50s内转移至模具内，锻造速度3cm/s，采用等温模锻制备出履带板预锻件。
4)将等温模锻中履带板的预锻件进行二次加热，加热温度460℃，保温时间4h，将ZGMn13耐磨钢加热至400℃,保温2h，将ZGMn13耐磨钢转移至锻造模具的凹模预埋处，再将履带板预锻件转移至凹模腔，锻造速度3cm/s，采用等温模锻将ZGMn13耐磨钢与铝合金履带板的预锻件锻造成一体。
5)将铝-钢复合结构履带板锻件进行稳定化热处理：503℃/保温4h，冷水淬火，进行160℃/8h人工时效，再进行-80℃/6h处理，得到强度高、结构可靠性高的履带板锻件。
实施例2
1)以7050铝合金为原材料，按照要求的化学成分进行配料，先将纯铝在坩埚炉中840℃熔化，接着在740℃加入Cu，搅拌均匀后在720℃加入Zn，继续搅拌均匀加入Mg，再加入Zr等微元素，再加入六氯乙烷精炼剂精炼5次，除气、扒渣、静置20min，将铝熔体转移至铸造前槽中，升温加热至695℃，开始半连续铸造，铸锭尺寸Φ480mm，具体工艺参数如下：浇铸温度695℃，铸造速度27mm/min，水压0.05MPa。
2)将铸锭扒皮至Φ448mm，长度790mm，铸锭加热温度400℃，挤压筒加热至450℃，挤压速度0.2mm/min,通过8200吨正向挤压机将铸锭挤压成280mm×60mm截面的挤压带板，按照尺寸要求切成长度110mm/块。
3)将锻造模具加热至400℃，将加工完好的挤压带板转移加热炉中加热保温，加热温度410℃，保温时间4h，将挤压带板40s内转移至模具内，锻造速度2cm/s，采用等温模锻制备出履带板预锻件。
4)将等温模锻中履带板的预锻件进行二次加热，加热温度410℃，保温时间4h，将ZG35SiMn钢块加热至400℃,保温2h，将ZG35SiMn钢块转移至锻造模具的凹模，再将履带板预锻件转移至锻造模具的凹模腔，锻造速度2cm/s，采用等温模锻将ZG35SiMn钢块与铝合金履带板的预锻件锻造成一体。
5)将铝-钢复合结构履带板锻件进行稳定化热处理：473℃/保温4h，冷水淬火，进行120℃/24h人工时效，再进行-80℃/6h处理,得到强度高、结构可靠性高的履带板锻件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本方法所涉及技术领域，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种铝-钢复合结构履带板锻件的制备方法，其特征在于，铝-钢复合结构履带板锻件的制备方法包括以下工艺步骤：
(1)以2XXX系或7XXX系变形铝合金为原材料，根据设计要求的不同合金成分进行配料，先将纯铝在坩埚炉中800～850℃熔化，再依次加入其他主强化合金元素与微合金元素，再通过六氯乙烷精炼、除气、扒渣后静置，再将静置的铝熔体转移至浇铸前槽，采用半连续铸造方法制备铸锭；
(2)将铸锭扒皮，采用正向挤压机或者反向挤压机将铸锭按照设计要求挤压成矩形带板或棒材；
(3)将锻造模具加热至400～420℃，将加工完好的矩形带板或棒材置于加热炉中加热保温，加热温度400～480℃，保温时间2～10h，将挤压完成的矩形带板或棒材在50s内转移至模具中，采用等温模锻制备出履带板预锻件；
(4)将等温模锻的履带板预锻件进行二次加热，加热温度400～480℃，保温时间2～10h，将铸钢加热至400～420℃,保温2～4h，将铸钢转移至锻造模具的凹模中，再将履带板预锻件转移至锻造模具的凹模腔，采用等温模锻将铸钢与履带板预锻件锻造成一体；
(5)将铝-钢复合结构锻件完成去锻造飞边机加工后，进行稳定化热处理，得到高结构强度的铝-钢复合结构履带板锻件。
2.根据权利要求1所述的一种铝-钢复合结构履带板锻件的制备方法，其特征在于，在进行上述步骤(4)前将履带板预锻件按照400～480℃加热，保温2～10h，再用夹具将加热的铸钢转移至锻造模具的凹模内的预埋位置，接着将保温的履带板预锻件转移至锻造模具的凹模内，锻压机开始锻造、闭合保压20s，完成铝-钢复合结构履带板锻件的制备。
3.根据权利要求1所述的一种铝-钢复合结构履带板锻件的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)、步骤(4)的工艺参数为：锻造模具加热温度410±10℃，步骤(3)铝合金锻造保温温度400～480℃，保温时间2～10h，锻造压力1000～3000吨，锻造速率2～10cm/s，铸钢的保温温度为410±10℃，保温时间不超过6h。
4.根据权利要求1所述的一种铝-钢复合结构履带板锻件的制备方法，其特征在于，在进行稳定化热处理时，根据所选用的铝合金材料不同，其工艺参数如下：
当选用2XXX系变形铝合金时，将铝-钢复合结构履带板锻件加热至510±30℃，保温4～6h，进行淬火处理，淬火介质采用室温冷水即可，淬火完成后将进行人工时效处理，其中淬火与人工时效之间间隔不超过4h：首先将铝-钢复合结构履带板锻件加热至165±10℃，保温8～15h，再将锻件转移至-80℃环境保温6h；
当选用7XXX系变形铝合金时，将铝-钢复合结构履带板锻件加热至470±10℃，保温4～6h，进行淬火处理，淬火介质采用室温冷水即可，淬火完成后将进行人工时效处理，其中淬火与人工时效之间间隔不超过4h：首先将铝-钢复合结构履带板锻件加热至130±10℃，保温14～24h，再将锻件转移至-80℃环境保温6h。
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