CN109676107B - 一种铝镁合金三层不等厚复合环件短流程制造方法 - Google Patents

一种铝镁合金三层不等厚复合环件短流程制造方法 Download PDF

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Abstract

一种铝镁合金三层不等厚复合环件短流程制造方法，属于环件制造技术领域，其特征在于包括以下工艺步骤：1)在离心浇铸机上浇注外层6061铝合金，浇注温度为650～670℃，待温度降至530～550℃时开始浇注中层AZ31B镁合金，浇注温度为660～680℃，8～10s后立即浇注内层6061铝合金，浇注温度为650～670℃，时间为5～7s；2)随模具缓冷至室温，出模；3)双级均匀化；4)热辗扩：根据外层、中层和内层不等厚的特点，按照3个阶段控制进给参数；5)退火处理。本发明优点是复合环件交界面的冶金熔触结合性能较好，结合强度较高，制造工艺流程短，节能节材，节省设备投资。

Description

一种铝镁合金三层不等厚复合环件短流程制造方法
技术领域
本发明属于环件制造技术领域，具体涉及一种铝镁合金三层不等厚复合环件短流程制造方法。
背景技术
铝镁合金复合环件，能够兼具镁合金优良的抗冲击性、阻尼减震与铝合金的耐表面腐蚀性、可焊接性、良好的导电和导热等特性，可满足零部件物理、化学和力学性能多样化以及减轻自重的效果，其所具有的物理、化学以及力学性能都比单一金属材料环件优越得多，逐渐成为贵重单金属环件的替代产品，作为轻量化连接、传动构件在航空、汽车、家电和军事装备行业具有广泛应用价值；目前国内外生产该类复合环件的方法主要是采用机械嵌套同心贴合组装两个单一金属环形锻坯，再利用辗环机进行热辗扩，使其产生直径扩大、壁厚减薄、截面轮廓成形的连续局部塑性变形，该方法存在辗扩前制坯工序繁多，包括开坯、镦粗和冲孔以及多次加热工序，制坯设备投资巨大，辗扩过程稳定性差，能源和材料浪费严重，仅仅适用于直径小、内外层等壁厚的复合环件生产；当制造中层AZ31B镁合金壁厚较大、内外层6061铝合金壁厚较小的三层不等厚复合环件时，如果采用现有的制造方法极易导致薄壁厚一侧发生翘曲、边裂，内外层接触界面无原子扩散结合，几乎只为机械结合界面，冶金熔触结合效果与质量很差，应力集中严重，并且仅仅依赖于辗扩过程的温度和进给速度等参数控制无法充分抑制交界面的氧化层和高硬度脆性的金属间化合物Al2Mg3生成，增加了交界面的断裂倾向，降低了复合环件交界面的冶金熔触结合质量和结合强度，恶化了其服役性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝镁合金三层不等厚复合环件短流程制造方法，可以有效克服现有技术存在的缺点。
本发明目的是这样实现的，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)如图1所示，在离心浇铸机上浇注外层6061铝合金，图中1是浇包， 2是浇道，3是浇口，4是锁紧销，5是模具盖板，6是上沙垫，6′是下沙垫，7 是毛坯的内层，7′是毛坯的中层，7″是毛坯的外层，8是冷却水管，9是金属模具铸型，浇注温度为650～670℃，浇注速度为121～140g/s，浇注时间为5～7s，金属模具铸型预热温度为190～220℃，铸型转速为180～200r/min，待外层温度降至530～550℃时开始浇注中层AZ31B镁合金，浇注温度为660～680℃，浇注速度为103～254kg/s，铸型转速为180～200r/min，达到浇注时间8～10s后立即浇注内层6061铝合金，浇注温度为650～670℃，浇注速度为121～140g/s，浇注时间为5～7s，铸型转速为260～290r/min，待外层6061铝合金、中层AZ31B镁合金和内层6061铝合金的表面温度均降至120～150℃时，停机；
(2)随金属模具铸型缓冷至室温，出模，得到三层不等厚复合环形毛坯的尺寸为：外层6061铝合金的外径D01＝240～340mm、壁厚B01＝10～15mm，中层 AZ31B镁合金的壁厚B03＝40～50mm，内层6061铝合金的内径D02＝120～160mm、壁厚B02＝10～15mm，中层与外层交界面直径d01＝220～310mm，中层与内层交界面直径d02＝140～190mm，轴向高度H0＝50～55mm，如图2所示；
(3)双级均匀化处理：将上述三层不等厚复合环形毛坯加热至470～490℃，保温3～5h，然后继续加热至520～540℃，保温8～12h，再风冷至室温；
(4)三层不等厚复合环形毛坯热辗扩：上述均匀化处理后立即将不等厚复合环形毛坯转运至数控径轴向辗环机上，驱动辊10是主动辊，芯辊15作径向进给运动，端面锥辊16无轴向进给，导向辊11起导向和反馈信号作用，控制辗扩初始温度为450℃，辗扩终了温度为390℃，根据外层12、中层13和内层 14不等厚的特点，如图3所示，按照3个阶段控制进给参数，首先进给量为 20～30％，进给速度为0.5～0.6mm/s，外层辗扩比为1.1～1.2，中层辗扩比为 1.15～1.25，内层辗扩比为1.1～1.2，进给时间为2～3s；然后进给量为50～60％，进给速度为0.8～1.1mm/s，外层辗扩比为1.5～1.65，中层辗扩比为1.5～1.7，内层辗扩比为1.5～1.65，进给时间为3～5s；最后进给量为5～10％，进给速度为 0.2～0.3mm/s，外层辗扩比为1.1～1.2，中层辗扩比为1.1～1.2，内层辗扩比为 1.1～1.2，进给时间为2～3s，达到所需尺寸后将复合环件空冷至室温，得到三层不等厚复合环件的尺寸为：外层6061铝合金的外径D1＝330～420mm、壁厚为 B1＝5～8mm，中层AZ31B镁合金的壁厚B3＝20～25mm，内层6061铝合金的内径 D2＝270mm、壁厚B2＝5～8mm，中层与外层交界面直径d1＝320～405mm，中层与内层交界面直径d2＝280～350mm，轴向高度H＝48～50mm，如图4所示；
(5)退火处理：将热辗扩成形的三层不等厚复合环件加热至温度为 400～420℃，保温3～5h，最后随炉缓冷至室温。
本发明的优点及有益效果是：本发明制造的复合环件具有镁合金优良的抗冲击性、阻尼减震与铝合金的耐表面腐蚀性、可焊接性、良好的导电和导热等特性，通过制造中层AZ31B镁合金壁厚较大、内外层6061铝合金壁厚较小的三层不等厚复合环件，可以达到零部件性能多样化和整体减重的效果；并且本发明给出了合适的浇注速度、辗扩温度、不同辗扩阶段的进给速度和进给量等工艺参数，可以抑制交界面的氧化层和高硬度脆性的金属间化合物Al2Mg3生成，降低交界面的断裂倾向，使其具有较高的冶金熔触结合性能，通过控制不同辗扩阶段的进给量能够提高复合环件的结合强度，制造工艺流程短，节能节材，节省设备投资，生产效率高。
附图说明
图1为三层不等厚环形毛坯立式离心铸造示意图；
图2为离心铸造的镁铝合金三层不等厚环形毛坯；
图3为三层不等厚复合环件径轴向热辗扩示意图；
图4为辗扩成形的镁铝合金三层不等厚复合环件；
图中：1—浇包 2—浇道 3—浇口 4—锁紧销 5—模具盖板 6—上沙垫 6′—下沙垫 7—毛坯的内层 7′—毛坯的中层 7″—毛坯的外层 8—冷却水管 9—金属模具铸型10—驱动辊 11—导向辊 12—复合环件的外层 13—复合环件的中层 14—复合环件的内层 15—芯辊 16—端面锥辊；
D01—毛坯的外层外径，D02—毛坯的内层外径，d01—毛坯的外中层交界面直径，d02—毛坯的内中层交界面直径，B01—毛坯的外层壁厚，B02—毛坯的内层壁厚，B03—毛坯的中层壁厚，H0—毛坯的轴向高度，D1—复合环件的外层外径， D2—复合环件的内层内径，d1—复合环件的外中层交界面直径，d2—复合环件的内中层交界面直径，B1—复合环件的外层壁厚，B2—复合环件的内层壁厚，B3—复合环件的中层壁厚，H—复合环件的轴向高度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种铝镁合金三层不等厚复合环件短流程制造方法作进一步详细说明。
如图1～图4所示，设定离心铸造的铝镁合金三层不等厚复合环形毛坯的尺寸为：外层6061铝合金的外径D01＝240mm、壁厚B01＝10mm，中层AZ31B镁合金的壁厚B03＝40mm，内层6061铝合金的内径D02＝120mm、壁厚B02＝10mm，中层与外层交界面直径d01＝220mm，中层与内层交界面直径d02＝140mm，轴向高度H0＝50mm；热辗扩后铝镁合金三层不等厚复合环件的尺寸为：外层6061 铝合金的外径D1＝330mm、壁厚为B1＝5mm，中层AZ31B镁合金的壁厚B3＝20mm，内层6061铝合金的内径D2＝270mm、壁厚B2＝5mm，中层与外层交界面直径 d1＝320mm，中层与内层交界面直径d2＝280mm，轴向高度H＝48mm，其制造方法包括以下工艺步骤：
(1)如图1所示，在离心浇铸机上浇注外层6061铝合金，图中1是浇包， 2是浇道，3是浇口，4是锁紧销，5是模具盖板，6是上沙垫，6′是下沙垫，7 是毛坯的内层，7′是毛坯的中层，7″是毛坯的外层，8是冷却水管，9是金属模具铸型，浇注温度为660℃，浇注速度为121g/s，浇注时间为5s，金属模具铸型预热温度为190℃，铸型转速为180r/min，待外层温度降至530℃时开始浇注中层AZ31B镁合金，浇注温度为680℃，浇注速度为103kg/s，铸型转速为180r/min，达到浇注时间8s后立即浇注内层6061铝合金，浇注温度为660℃，浇注速度为121g/s，浇注时间为5s，铸型转速为260r/min，待外层6061铝合金、中层AZ31B 镁合金和内层6061铝合金的表面温度均将至120℃时，停机；
(2)随金属模具铸型缓冷至室温，出模，得到三层不等厚复合环形毛坯的尺寸为：外层6061铝合金的外径D01＝240mm、壁厚B01＝10mm，中层AZ31B镁合金的壁厚B03＝40mm，内层6061铝合金的内径D02＝120mm、壁厚B02＝10mm，中层与外层交界面直径d01＝220mm，中层与内层交界面直径d02＝140mm，轴向高度H0＝50mm，如图2所示；
(3)双级均匀化处理：将上述三层不等厚复合环形毛坯加热至490℃，保温5h，然后继续加热至520℃，保温12h，再风冷至室温；
(4)三层不等厚复合环形毛坯热辗扩：上述均匀化处理后立即将不等厚复合环形毛坯转运至数控径轴向辗环机上，驱动辊10是主动辊，芯辊15作径向进给运动，端面锥辊16无轴向进给，导向辊11起导向和反馈信号作用，控制辗扩初始温度为450℃，辗扩终了温度为390℃，根据外层12、中层13和内层 14不等厚的特点，如图3所示，按照3个阶段控制进给参数，首先进给量为30％，进给速度为0.6mm/s，外层辗扩比为1.2，中层辗扩比为1.25，内层辗扩比为1.1，进给时间为3s；然后进给量为60％，进给速度为0.9mm/s，外层辗扩比为1.5，中层辗扩比为1.5，内层辗扩比为1.6，进给时间为5s；最后进给量为10％，进给速度为0.3mm/s，外层辗扩比为1.1，中层辗扩比为1.2，内层辗扩比为1.1，进给时间为3s，达到所需尺寸后将复合环件空冷至室温，得到三层不等厚复合环件的尺寸为：外层6061铝合金的外径D1＝330mm、壁厚为B1＝5mm，中层AZ31B 镁合金的壁厚B3＝20mm，内层6061铝合金的内径D2＝270mm、壁厚B2＝5mm，中层与外层交界面直径d1＝320mm，中层与内层交界面直径d2＝280mm，轴向高度H＝48mm，图4所示为辗扩成形的镁铝合金三层不等厚复合环件；
(5)退火处理：将热辗扩成形的三层不等厚复合环件加热至温度为420℃，保温3h，最后随炉缓冷至室温。

Claims (1)

1.一种铝镁合金三层不等厚复合环件短流程制造方法，其特征在于按以下工艺步骤实现：
(1)在离心浇铸机上浇注外层6061铝合金，浇注温度为650～670℃，浇注速度为121～140g/s，浇注时间为5～7s，金属模具铸型预热温度为190～220℃，铸型转速为180～200r/min，待外层温度降至530～550℃时开始浇注中层AZ31B镁合金，浇注温度为660～680℃，浇注速度为103～254kg/s，铸型转速为180～200r/min，达到浇注时间8～10s后立即浇注内层6061铝合金，浇注温度为650～670℃，浇注速度为121～140g/s，浇注时间为5～7s，铸型转速为260～290r/min，待外层6061铝合金、中层AZ31B镁合金和内层6061铝合金的表面温度均降至120～150℃时，停机；
(2)随金属模具铸型缓冷至室温，出模，得到三层不等厚复合环形毛坯的尺寸为：外层6061铝合金的外径D01＝240～340mm、壁厚B01＝10～15mm，中层AZ31B镁合金的壁厚B03＝40～50mm，内层6061铝合金的内径D02＝120～160mm、壁厚B02＝10～15mm，中层与外层交界面直径d01＝220～310mm，中层与内层交界面直径d02＝140～190mm，轴向高度H0＝50～55mm；
(3)双级均匀化处理：将上述三层不等厚复合环形毛坯加热至470～490℃，保温3～5h，然后继续加热至520～540℃，保温8～12h，再风冷至室温；
(4)三层不等厚复合环形毛坯热辗扩：上述均匀化处理后立即将不等厚复合环形毛坯转运至数控径轴向辗环机上，芯辊作径向进给运动，端面锥辊无轴向进给，控制辗扩初始温度为430～450℃，辗扩终了温度为390～400℃，根据外层、中层和内层不等厚的特点，按照3个阶段控制进给参数，首先进给量为20～30％，进给速度为0.5～0.6mm/s，外层辗扩比为1.1～1.2，中层辗扩比为1.15～1.25，内层辗扩比为1.1～1.2，进给时间为2～3s；然后进给量为50～60％，进给速度为0.8～1.1mm/s，外层辗扩比为1.5～1.65，中层辗扩比为1.5～1.7，内层辗扩比为1.5～1.65，进给时间为3～5s；最后进给量为5～10％，进给速度为0.2～0.3mm/s，外层辗扩比为1.1～1.2，中层辗扩比为1.1～1.2，内层辗扩比为1.1～1.2，进给时间为2～3s，达到所需尺寸后将复合环件空冷至室温，得到不等厚复合环件的尺寸为：外层6061铝合金的外径D1＝330～420mm、壁厚为B1＝5～8mm，中层AZ31B镁合金的壁厚B3＝20～25mm，内层6061铝合金的内径D2＝270mm、壁厚B2＝5～8mm，中层与外层交界面直径d1＝320～405mm，中层与内层交界面直径d2＝280～350mm，轴向高度H＝48～50mm；
(5)退火处理：将热辗扩成形的三层不等厚复合环件加热至温度为400～420℃，保温3～5h，最后随炉缓冷至室温。
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Application publication date: 20190426

Assignee: Guilin Qiyun New Materials Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022450000089

Denomination of invention: A Short Process Manufacturing Method of Aluminum Magnesium Alloy Three layer Unequal thickness Composite Ring

Granted publication date: 20201124

License type: Common License

Record date: 20221121

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Application publication date: 20190426

Assignee: Guangxi shimaoda Technology Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022450000494

Denomination of invention: A Short Process Manufacturing Method of Aluminum Magnesium Alloy Three layer Unequal thickness Composite Ring

Granted publication date: 20201124

License type: Common License

Record date: 20221229