CN110405122A - 一种高强高韧锻造合金的生产方法及生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于合金生产技术领域，公开了一种高强高韧锻造合金的生产方法及生产系统，通过原料称重设备利用称重器称量Nb:25％，Zr:5％，Sn：8％，Ag：6％，Sc：0.4％，Si：7％，Mg：0.3％，其余为Al原料；通过研磨设备利用研磨机将称取的原料研磨成粉状混合物，置于真空干燥箱内烘干，过筛；通过加热设备利用加热炉将粉状混合物加热760℃混合形成熔体；在混合均匀的熔体加入精炼剂，静置后除去熔渣；通过模压设备利用模压机将合金熔体浇入预热好的模具中凝固，并压制成形，形成铸件。本发明每批产品在观测区域内获取足够数量的视场，精确测量杂质相密集视场中单个杂质相的尺寸、数量、数量面积比。

Description

一种高强高韧锻造合金的生产方法及生产系统

技术领域

本发明属于合金生产技术领域，尤其涉及一种高强高韧锻造合金的生产方法及生产系统。

背景技术

合金，是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。任何元素均可采用作合金元素，但大量加入的仍是金属.组成合金的最基本的、独立的物质称组元，或简称为元.由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，由三个以上组元组成的合金称为多元合金.固态下，合金可能呈单相亦可能呈复相的混合物；可能呈晶态、亦可能呈现准晶状态或非晶状态.晶态合金中依其组成元素的原子半径、负电性以及电子浓度等等差异情况不同，可能出现的相有保持与基底纯元素相同结构的固溶体(solid solution)以及不和任何组成元素结构相同的中间相(inter-mediate phases).中间相包括正常价化合物、电子化合物、laves相、σ相、间隙相和复杂结构的间隙式化合物等等.合金在平衡状态下可能出现的相可以从相平衡图得知；然而，现有合金锻造过程工艺参数不佳导致锻造质量低；同时；不能精确的检测合金杂质信息。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有合金锻造过程工艺参数不佳导致锻造质量低；同时；不能精确的检测合金杂质信息。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高强高韧锻造合金的生产方法及生产系统。

本发明是这样实现的，一种高强高韧锻造合金的生产系统包括：

温度检测设备、压力检测设备、时间设备、主控设备、锻造参数优化设备、原料称重设备、研磨设备、加热设备、模压设备、杂质检测设备、显示设备。

温度检测设备，与主控设备连接，用于通过温度传感器检测合金锻造过程温度数据。

压力检测设备，与主控设备连接，用于通过压力传感器检测合金锻造过程压制成型时压力数据。

时间设备，与主控设备连接，用于通过电子时间表计时合金锻造时间。

主控设备，与温度检测设备、压力检测设备、时间设备、锻造参数优化设备、原料称重设备、研磨设备、加热设备、模压设备、杂质检测设备、显示设备连接，用于通过单片机控制各个设备正常工作。

锻造参数优化设备，与主控设备连接，用于通过优化程序对合金锻造参数进行优化。

原料称重设备，与主控设备连接，用于通过称重器称量Nb:25％，Zr:5％，Sn：8％，Ag：6％，Sc：0.4％，Si：7％，Mg：0.3％，其余为Al等原料。

研磨设备，与主控设备连接，用于通过研磨机将称取的原料研磨成粉状混合物，置于真空干燥箱内烘干，过筛。

加热设备，与主控设备连接，用于通过加热炉将粉状混合物加热760℃混合形成熔体。在混合均匀的熔体加入精炼剂，静置后除去熔渣。

模压设备，与主控设备连接，用于通过模压机将合金熔体浇入预热好的模具中凝固，并压制成形，形成铸件。

杂质检测设备，与主控设备连接，用于通过检测设备检测合金杂质。

显示设备，与主控设备连接，用于通过显示器显示检测合金锻造过程温度、模压压力、锻造时间数据信息。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述高强高韧锻造合金的生产系统的高强高韧锻造合金的生产线。

本发明的另一目的在于提供一种高强高韧锻造合金的生产方法，包括以下步骤：

步骤一，通过温度检测设备利用温度传感器检测合金锻造过程温度数据。通过压力检测设备利用压力传感器检测合金锻造过程压制成型时压力数据。通过时间设备利用电子时间表计时合金锻造时间。

步骤二，主控设备通过锻造参数优化设备利用优化程序对合金锻造参数进行优化。

步骤三，通过原料称重设备利用称重器称量Nb:25％，Zr:5％，Sn：8％，Ag：6％，Sc：0.4％，Si：7％，Mg：0.3％，其余为Al等原料。

步骤四，通过研磨设备利用研磨机将称取的原料研磨成粉状混合物，置于真空干燥箱内烘干，过筛。

步骤五，通过加热设备利用加热炉将粉状混合物加热760℃混合形成熔体。在混合均匀的熔体加入精炼剂，静置后除去熔渣。

步骤六，通过模压设备利用模压机将合金熔体浇入预热好的模具中凝固，并压制成形，形成铸件。

步骤七，通过杂质检测设备利用检测设备检测合金杂质。

步骤八，通过显示设备利用显示器显示检测合金锻造过程温度、模压压力、锻造时间数据信息。

进一步，所述锻造参数优化设备5优化方法包括：

(1)通过模拟设备在变形温度为890℃、920℃、950℃、980℃、1100℃、1040℃、1070℃、1080℃、1130℃，应变速率范围为0.02s^-1、0.2s^-1、1.1s^-1、10s^-1的变形条件下，分别对合金进行热模拟压缩试验，得到合金高温塑性变形时的流动应力σ和应变ε数据。

(2)根据步骤(1)获得的流动应力和应变数据，分别计算每一个变形温度和应变速率下的应变速率敏感性指数m值，再计算能量耗散率η值和塑性流动失稳参数值。

(3)将步骤(2)中得到的能量耗散率η值和塑性流动失稳参数值作为变形温度和应变速率的函数分别绘制出能量耗散率曲线图和塑性流动失稳参数曲线图。

(4)将步骤(3)获得的两个曲线图叠加，构建出合金高温变形时的热加工图。

(5)根据步骤(4)建立的热加工图，确定全部变形工艺参数下合金高温塑性变形时最大能量耗散率值η₁以及塑性流动失稳参数区域所对应的最大能量耗散率值η₂，以η₂<η≤η₁作为判定依据，其所对应的工艺参数为优化后的合金锻造变形工艺参数范围。

(6)根据步骤(5)优化后的工艺参数，对合金进行锻造，检测锻造后的微观组织是否满足要求。

进一步，所述杂质检测设备10检测方法包括：

1)通过检测设备在铝合金锭坯上沿取截面试样，同一炉次锭坯至少取3个试样截面。

2)在试样的纵向截面切割面上，依次通过冷镶嵌、砂纸打磨、抛光后制成金相显微分析试样。

3)利用相应腐蚀剂腐蚀出金相试样观察面，至在金相显微镜下放大300X能分辨不同相的颜色、形貌和尺寸。

4)扫描电镜对金相试样观察面中各不同形貌的相进行各视场下能谱分析，确定各相成分，结合金相显微镜观察，确定杂质相成分和形貌。

5)杂质相检测：对同一炉次铝合金锭坯每件金相观察试样，至少从观测区域内选取6个杂质相密集的典型视场，在金相显微镜300X放大倍数下观察，并采集图片，图片采集量至少30张。

6)将采集的图片通过图像分析仪进行定量分析。统计杂质相等效尺寸，对杂质相等效尺寸进行检验。金相检测视场数据量检验合格进行步骤9)。金相检测视场数据量检验不合格进行步骤7)。

7)当等效尺寸不合格时，增加金相检测视场数据量(即图片采集量)，直至等效尺寸合格。当图片采集量小于60张时进行步骤9)，当图片采集量等于60张时进行步骤8)。

8)图片采集量至60张时，杂质相等效尺寸仍不合格，不再增加视场数据量，按杂质相等效尺寸数据的中位数作为杂质相等效尺寸均值，并用非参数方法公差限作为其公差限区间。

9)计算检测有效尺寸杂质相总数量/单张金相图片视场面积/采集的图片数量，作为铝合金杂质相数量面积比。

本发明的优点及积极效果为：本发明通过锻造参数优化设备基于热模拟压缩试验获得的流动应力和应变数据，计算能量耗散率率值和塑性流动失稳参数值。分别建立能量耗散率曲线图和塑性流动失稳参数曲线图，并将二者叠加构建热加工图，确定最大能量耗散优化合金锻造工艺参数；提高锻造质量；同时，通过杂质检测设备将铝合金杂质相检测区域设定在均匀分布于材料整体的不同区域，每批产品在观测区域内获取足够数量的视场，可以精确测量杂质相密集视场中单个杂质相的尺寸、数量、数量面积比，可以根据统计学原理，以杂质相数量面积比、等效尺寸均值和公差限区间为合金杂质相的定量检测结果而不是定性结果，用统计学原理通过处理微观视场检测结果，作为合金材料整体锭坯杂质相检测结果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高强高韧锻造合金的生产方法流程图。

图2是本发明实施例提供的高强高韧锻造合金的生产工艺系统结构框图。

图中：1、温度检测设备；2、压力检测设备；3、时间设备；4、主控设备；5、锻造参数优化设备；6、原料称重设备；7、研磨设备；8、加热设备；9、模压设备；10、杂质检测设备；11、显示设备。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明包括。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的高强高韧锻造合金的生产方法包括以下步骤：

S101，通过温度检测设备利用温度传感器检测合金锻造过程温度数据。通过压力检测设备利用压力传感器检测合金锻造过程压制成型时压力数据。通过时间设备利用电子时间表计时合金锻造时间。

S102，主控设备通过锻造参数优化设备利用优化程序对合金锻造参数进行优化。

步骤S103，通过原料称重设备利用称重器称量Nb:25％，Zr:5％，Sn：8％，Ag：6％，Sc：0.4％，Si：7％，Mg：0.3％，其余为Al等原料。

S104，通过研磨设备利用研磨机将称取的原料研磨成粉状混合物，置于真空干燥箱内烘干，过筛。

S105，通过加热设备利用加热炉将粉状混合物加热760℃混合形成熔体。在混合均匀的熔体加入精炼剂，静置后除去熔渣。

S106，通过模压设备利用模压机将合金熔体浇入预热好的模具中凝固，并压制成形，形成铸件。

S107，通过杂质检测设备利用检测设备检测合金杂质。

S108，通过显示设备利用显示器显示检测合金锻造过程温度、模压压力、锻造时间数据信息。

如图2所示，本发明实施例提供的高强高韧锻造合金的生产工艺系统包括：温度检测设备1、压力检测设备2、时间设备3、主控设备4、锻造参数优化设备5、原料称重设备6、研磨设备7、加热设备8、模压设备9、杂质检测设备10、显示设备11。

温度检测设备1，与主控设备4连接，用于通过温度传感器检测合金锻造过程温度数据。

压力检测设备2，与主控设备4连接，用于通过压力传感器检测合金锻造过程压制成型时压力数据。

时间设备3，与主控设备4连接，用于通过电子时间表计时合金锻造时间。

主控设备4，与温度检测设备1、压力检测设备2、时间设备3、锻造参数优化设备5、原料称重设备6、研磨设备7、加热设备8、模压设备9、杂质检测设备10、显示设备11连接，用于通过单片机控制各个设备正常工作。

锻造参数优化设备5，与主控设备4连接，用于通过优化程序对合金锻造参数进行优化。

原料称重设备6，与主控设备4连接，用于通过称重器称量Nb:25％，Zr:5％，Sn：8％，Ag：6％，Sc：0.4％，Si：7％，Mg：0.3％，其余为Al等原料。

研磨设备7，与主控设备4连接，用于通过研磨机将称取的原料研磨成粉状混合物，置于真空干燥箱内烘干，过筛。

加热设备8，与主控设备4连接，用于通过加热炉将粉状混合物加热760℃混合形成熔体。在混合均匀的熔体加入精炼剂，静置后除去熔渣。

模压设备9，与主控设备4连接，用于通过模压机将合金熔体浇入预热好的模具中凝固，并压制成形，形成铸件。

杂质检测设备10，与主控设备4连接，用于通过检测设备检测合金杂质。

显示设备11，与主控设备4连接，用于通过显示器显示检测合金锻造过程温度、模压压力、锻造时间数据信息。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本发明提供的锻造参数优化设备5优化方法包括：

(1)通过模拟设备在变形温度为890℃、920℃、950℃、980℃、1100℃、1040℃、1070℃、1080℃、1130℃，应变速率范围为0.02s^-1、0.2s^-1、1.1s^-1、10s^-1的变形条件下，分别对合金进行热模拟压缩试验，得到合金高温塑性变形时的流动应力σ和应变ε数据。

(2)根据步骤(1)获得的流动应力和应变数据，分别计算每一个变形温度和应变速率下的应变速率敏感性指数m值，再计算能量耗散率η值和塑性流动失稳参数值。

(3)将步骤(2)中得到的能量耗散率η值和塑性流动失稳参数值作为变形温度和应变速率的函数分别绘制出能量耗散率曲线图和塑性流动失稳参数曲线图。

(4)将步骤(3)获得的两个曲线图叠加，构建出合金高温变形时的热加工图。

(5)根据步骤(4)建立的热加工图，确定全部变形工艺参数下合金高温塑性变形时最大能量耗散率值η₁以及塑性流动失稳参数区域所对应的最大能量耗散率值η₂，以η₂<η≤η₁作为判定依据，其所对应的工艺参数为优化后的合金锻造变形工艺参数范围。

(6)根据步骤(5)优化后的工艺参数，对合金进行锻造，检测锻造后的微观组织是否满足要求。

实施例2

本发明提供的杂质检测设备10检测方法包括：

1)通过检测设备在铝合金锭坯上沿取截面试样，同一炉次锭坯至少取3个试样截面。

2)在试样的纵向截面切割面上，依次通过冷镶嵌、砂纸打磨、抛光后制成金相显微分析试样。

3)利用相应腐蚀剂腐蚀出金相试样观察面，至在金相显微镜下放大300X能分辨不同相的颜色、形貌和尺寸。

4)扫描电镜对金相试样观察面中各不同形貌的相进行各视场下能谱分析，确定各相成分，结合金相显微镜观察，确定杂质相成分和形貌。

5)杂质相检测：对同一炉次铝合金锭坯每件金相观察试样，至少从观测区域内选取6个杂质相密集的典型视场，在金相显微镜300X放大倍数下观察，并采集图片，图片采集量至少30张。

6)将采集的图片通过图像分析仪进行定量分析。统计杂质相等效尺寸，对杂质相等效尺寸进行检验。金相检测视场数据量检验合格进行步骤9)。金相检测视场数据量检验不合格进行步骤7)。

7)当等效尺寸不合格时，增加金相检测视场数据量(即图片采集量)，直至等效尺寸合格。当图片采集量小于60张时进行步骤9)，当图片采集量等于60张时进行步骤8)。

8)图片采集量至60张时，杂质相等效尺寸仍不合格，不再增加视场数据量，按杂质相等效尺寸数据的中位数作为杂质相等效尺寸均值，并用非参数方法公差限作为其公差限区间。

9)计算检测有效尺寸杂质相总数量/单张金相图片视场面积/采集的图片数量，作为铝合金杂质相数量面积比。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高强高韧锻造合金的生产方法，其特征在于，所述高强高韧锻造合金的生产方法包括以下步骤：

第一步，通过原料称重设备利用称重器称量Nb:25％，Zr:5％，Sn：8％，Ag：6％，Sc：0.4％，Si：7％，Mg：0.3％，其余为Al原料；

第二步，通过研磨设备利用研磨机将称取的原料研磨成粉状混合物，置于真空干燥箱内烘干，过筛；

第三步，通过加热设备利用加热炉将粉状混合物加热760℃混合形成熔体；在混合均匀的熔体加入精炼剂，静置后除去熔渣；

第四步，通过模压设备利用模压机将合金熔体浇入预热好的模具中凝固，并压制成形，形成铸件。

2.如权利要求1所述高强高韧锻造合金的生产方法，其特征在于，进行第一步前需进行：通过主控设备通过锻造参数优化设备利用优化程序对合金锻造参数进行优化。

3.如权利要求2所述高强高韧锻造合金的生产方法，其特征在于，对合金锻造参数进行优化前需进行：通过温度检测设备利用温度传感器检测合金锻造过程温度数据；通过压力检测设备利用压力传感器检测合金锻造过程压制成型时压力数据；通过时间设备利用电子时间表计时合金锻造时间。

4.如权利要求2所述高强高韧锻造合金的生产方法，其特征在于，所述锻造参数优化设备优化方法包括：

(1)通过模拟设备在变形温度为890℃、920℃、950℃、980℃、1100℃、1040℃、1070℃、1080℃、1130℃，应变速率范围为0.02s^-1、0.2s^-1、1.1s^-1、10s^-1的变形条件下，分别对合金进行热模拟压缩试验，得到合金高温塑性变形时的流动应力σ和应变ε数据；

(2)根据步骤(1)获得的流动应力和应变数据，分别计算每一个变形温度和应变速率下的应变速率敏感性指数m值，再计算能量耗散率η值和塑性流动失稳参数值；

(3)将步骤(2)中得到的能量耗散率η值和塑性流动失稳参数值作为变形温度和应变速率的函数分别绘制出能量耗散率曲线图和塑性流动失稳参数曲线图；

(4)将步骤(3)获得的两个曲线图叠加，构建出合金高温变形时的热加工图；

(5)根据步骤(4)建立的热加工图，确定全部变形工艺参数下合金高温塑性变形时最大能量耗散率值η₁以及塑性流动失稳参数区域所对应的最大能量耗散率值η₂，以η₂<η≤η₁作为判定依据，其所对应的工艺参数为优化后的合金锻造变形工艺参数范围。

5.如权利要求4所述高强高韧锻造合金的生产方法，其特征在于，根据步骤(5)优化后的工艺参数，对合金进行锻造，检测锻造后的微观组织是否满足要求。

6.如权利要求1所述高强高韧锻造合金的生产方法，其特征在于，第四步完成后还需进行：通过杂质检测设备利用检测设备检测合金杂质。

7.如权利要求6所述高强高韧锻造合金的生产方法，其特征在于，检测合金杂质后，还需进行：通过显示设备利用显示器显示检测合金锻造过程温度、模压压力、锻造时间数据信息。

8.如权利要求1所述高强高韧锻造合金的生产方法，其特征在于，所述杂质检测设备检测方法包括：

1)通过检测设备在铝合金锭坯上沿取截面试样，同一炉次锭坯至少取3个试样截面；

2)在试样的纵向截面切割面上，依次通过冷镶嵌、砂纸打磨、抛光后制成金相显微分析试样；

3)利用相应腐蚀剂腐蚀出金相试样观察面，至在金相显微镜下放大300X能分辨不同相的颜色、形貌和尺寸；

4)扫描电镜对金相试样观察面中各不同形貌的相进行各视场下能谱分析，确定各相成分，结合金相显微镜观察，确定杂质相成分和形貌；

5)杂质相检测：对同一炉次铝合金锭坯每件金相观察试样，至少从观测区域内选取6个杂质相密集的典型视场，在金相显微镜300X放大倍数下观察，并采集图片，图片采集量至少30张；

6)将采集的图片通过图像分析仪进行定量分析；统计杂质相等效尺寸，对杂质相等效尺寸进行检验；金相检测视场数据量检验合格进行步骤9)；金相检测视场数据量检验不合格进行步骤7)；

7)当等效尺寸不合格时，增加金相检测视场数据量(即图片采集量)，直至等效尺寸合格；当图片采集量小于60张时进行步骤9)，当图片采集量等于60张时进行步骤8)；

8)图片采集量至60张时，杂质相等效尺寸仍不合格，不再增加视场数据量，按杂质相等效尺寸数据的中位数作为杂质相等效尺寸均值，并用非参数方法公差限作为其公差限区间；

9)计算检测有效尺寸杂质相总数量/单张金相图片视场面积/采集的图片数量，作为铝合金杂质相数量面积比。

9.一种实施权利要求1所述高强高韧锻造合金的生产方法的高强高韧锻造合金的生产系统，其特征在于，所述高强高韧锻造合金的生产系统包括：

温度检测设备、压力检测设备、时间设备、主控设备、锻造参数优化设备、原料称重设备、研磨设备、加热设备、模压设备、杂质检测设备、显示设备；

温度检测设备，与主控设备连接，用于通过温度传感器检测合金锻造过程温度数据；

压力检测设备，与主控设备连接，用于通过压力传感器检测合金锻造过程压制成型时压力数据；

时间设备，与主控设备连接，用于通过电子时间表计时合金锻造时间；

主控设备，与温度检测设备、压力检测设备、时间设备、锻造参数优化设备、原料称重设备、研磨设备、加热设备、模压设备、杂质检测设备、显示设备连接，用于通过单片机控制各个设备正常工作；

锻造参数优化设备，与主控设备连接，用于通过优化程序对合金锻造参数进行优化；

原料称重设备，与主控设备连接，用于通过称重器称量Nb:25％，Zr:5％，Sn：8％，Ag：6％，Sc：0.4％，Si：7％，Mg：0.3％，其余为Al等原料；

研磨设备，与主控设备连接，用于通过研磨机将称取的原料研磨成粉状混合物，置于真空干燥箱内烘干，过筛；

加热设备，与主控设备连接，用于通过加热炉将粉状混合物加热760℃混合形成熔体；在混合均匀的熔体加入精炼剂，静置后除去熔渣；

模压设备，与主控设备连接，用于通过模压机将合金熔体浇入预热好的模具中凝固，并压制成形，形成铸件；

杂质检测设备，与主控设备连接，用于通过检测设备检测合金杂质；

显示设备，与主控设备连接，用于通过显示器显示检测合金锻造过程温度、模压压力、锻造时间数据信息。

10.一种搭载权利要求9所述高强高韧锻造合金的生产系统的高强高韧锻造合金的生产线。