CN110453163B - 一种提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法 - Google Patents

一种提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法，所述方法包含对坯料优化的操作：将坯料进行中低温加热保温，保温时间达到后出炉进行中低温变形，变形后进行再结晶退火；然后开展模锻件预锻、终锻，终锻后进行T7452热处理至最终状态，该方法尤其适用于7050、7085、7449、7056等铝合金。

Description

一种提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，涉及提高7000系超高强铝合金模锻件力学、断裂综合性能的工艺方法，具体涉及一种提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法。
背景技术
超大规格铝合金模锻件指的是外轮廓投影面积≥4m2的模锻件，是制备航空武器装备大型整体构件的原材料，是先进航空武器装备研制和发展的基础，是实现装备轻量化、高可靠、长寿命以及低成本的有力保障。
超大规格模锻件的制备流程包括：熔炼、铸造、均匀化退火、坯料、模锻、固溶、冷变形、时效，其中坯料可以采用铸锭，也可以通过轧制、挤压、自由锻的方法制备成轧制板材、挤压材或自由锻件。坯料的组织性能对模锻件最终性能起决定性作用，模锻过程为模锻件提供最终形状。
目前已公开的专利文献和非专利文献集中在普通尺寸规格的锻件或模锻件的组织与性能的研究。专利文献《一种7085铝合金的锻造和热处理工艺》(201610783430.4)和《一种7085铝合金的锻造和热处理工艺》(201711179826.9)公开的锻造坯料均采用铸锭的形式。专利文献《一种高强高韧铝合金锻件及期制备方法》(201810634843.5)、《一种铝合金锻件及其制备工艺》(201811574148.0)、《一种超强超人7055Sc铝合金锻件》(201910131240.8)公开的锻造坯料均为挤压材。已公开的专利文献采用铸锭或挤压材作为坯料，经加热保温后再进行自由锻和模锻，经过热处理后制备成最终的自由锻件和模锻件。
对于超大规格铝合金模锻件需要选用H112状态的轧制板材或自由锻件作为坯料，该状态的坯料中含铁、硅、锰杂质相沿晶界聚集分布，使晶界变“脆”，在后续加热锻造过程中易发生开裂，或将晶界聚集杂质相的组织形貌“遗传”给模锻件造成高向拉伸和断裂性能，尤其高向延伸率和断裂韧性显著降低。这种缺陷在实际生产过程中无法完全避免，采用这样的坯料进行制备模锻件时，模锻件的成品率极低，甚至不足10％。
发明内容
本发明的目的是：提出一种提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的坯料制备方法，制备的7000铝合金超大规格模锻件坯料具有更高的高向延伸率和高向断裂韧度。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法，所述方法包含对坯料进行优化的步骤，所述坯料优化具体操作为：将坯料进行中低温加热保温，保温时间达到后出炉进行中低温变形，变形后进行再结晶退火；所述中低温指低于7000系铝合金的再结晶温度；所述保温时间根据坯料厚度规格确定。
所述方法包含以下步骤：
步骤一、坯料优化：
坯料加热：将坯料在加热炉中进行中低温加热保温，坯料加热温度150℃～300℃；
坯料变形：保温到时出炉后进行锻造或轧制变形，坯料变形量为10％～20％；
再结晶退火处理；
步骤二、预锻和终锻：
预锻：将经过优化后的坯料在加热炉中进行加热保温，保温时间根据坯料厚度规格确定；坯料出炉后进行自由锻或模锻成预锻件；
终锻：将预锻件在加热炉中进行加热保温，保温时间根据预锻件最大厚度规格确定；预锻件出炉后进行最后一火次模锻成最终锻件；
步骤三、热处理
将最终形状规格的锻件在具有空气循环系统的加热炉中进行固溶处理，保温时间根据模锻件最大厚度规格确定；
出炉后在半小时内完成冷压缩；
人工时效采用二级时效工艺处理。
所述步骤一中坯料加热温度如下：
当坯料为轧制板材坯料时，加热温度180℃～280℃；当坯料为锻造坯料时，加热温度150℃～250℃。
所述步骤一中变形量如下：
当坯料为轧制板材坯料时，变形量为10％～15％；当坯料为锻造坯料时，变形量为15％～20％。
所示步骤一中再结晶退火具体为：将变形后的坯料在加热炉中进行加热，加热温度470℃～475℃，保温24h。
优选地，步骤三中固溶温度470℃～477℃。
优选地，步骤三中冷压缩变形量1％～5％。
优选地，步骤三中二级时效工艺具体为：一级时效温度120±3℃，保温4～8小时；二级时效温度152℃～177℃，保温6～10小时。
本发明的有益效果是：
本发明对轧制坯料进行中低温变形，形成大量的变形储能，并在再结晶退火过程中发生再结晶，再结晶晶界将Fe、Si等杂质相包裹至晶内，在锻造过程中消除了开裂现象；另外，由于组织遗传学原理，发生再结晶的坯料经过锻造成模锻件后，杂质相也从晶界聚集转变为晶内；这一组织优化，可以显著提高模锻件高强拉伸性能和断裂性能。该方法尤其适用于7050、7085、7449、7056等铝合金。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。本发明的具体实施例分为轧制板材坯料和锻造坯料两种坯料进行描述。
一、轧制板材坯料：
将采购的轧制板材坯料在加热炉中进行中低温加热保温，加热温度180℃～280℃，保温时间根据坯料厚度规格确定。保温到时出炉后进行锻造或轧制变形，变形量为10％～15％。将变形后的坯料在加热炉中进行加热，加热温度470℃～475℃，保温24h。
将经过优化后的坯料在加热炉中进行加热保温，保温时间根据坯料厚度规格确定。坯料出炉后进行自由锻或模锻成预锻件，将预锻件在加热炉中进行加热保温，保温时间根据预锻件最大厚度规格确定。预锻件出炉后进行最后一火次模锻成最终锻件。锻造工艺参数不作规定，采用常规参数即可。
将最终形状规格的模锻件在具有空气循环系统的加热炉中进行固溶处理，固溶温度470℃～477℃，保温时间根据模锻件最大厚度规格确定。出炉后在半小时内完成冷压缩，压缩变形量1％～5％。人工时效采用二级时效工艺，一级时效温度120±3℃，保温4～8小时，二级时效温度152℃～177℃，保温6～10小时。
实施例1
采用本发明的工艺方法，采购H112状态7050轧制板材作为坯料，厚度140mm，加热至180℃，保温10h，出炉轧制变形10％。预锻和终锻温度435℃。固溶温度475℃，压缩变形量3％；人工时效采用二级时效工艺，一级时效温度120±3℃，保温6小时，二级时效温度177±3℃，保温8小时。
实施例2
采用本发明的工艺方法，采购H112状态7085轧制板材作为坯料，厚度160mm，加热至240℃，保温15h，出炉自由锻造变形15％。预锻和终锻温度400℃。固溶温度475℃，压缩变形量4％；人工时效采用二级时效工艺，一级时效温度120±3℃，保温7小时，二级时效温度157±3℃，保温9小时。
实施例3
采用本发明的工艺方法，采购H112状态7056轧制板材作为坯料，厚度180mm，加热至280℃，保温20h，出炉轧制变形15％。固溶温度475℃，压缩变形量5％；人工时效采用二级时效工艺，一级时效温度120±3℃，保温8小时，二级时效温度152±3℃，保温8小时。
表1所示为大规格模锻件拉伸性能和断裂韧性的对比表，其中，σb为抗拉强度，σ0.2为屈服强度，δ为延伸率，KIC为断裂韧性。
表1
Figure BDA0002169323620000051
二、锻造坯料：
将采购的锻造坯料在加热炉中进行中低温加热保温，加热温度150℃～300℃，保温时间根据坯料厚度规格确定。保温到时出炉后进行锻造或轧制变形，变形量为15％～20％。将变形后的坯料在加热炉中进行加热，加热温度470℃～475℃，保温24h。
将经过优化后的坯料在加热炉中进行加热保温，保温时间根据坯料厚度规格确定。坯料出炉后进行自由锻或模锻成预锻件，将预锻件在加热炉中进行加热保温，保温时间根据预锻件最大厚度规格确定。预锻件出炉后进行最后一火次模锻成最终锻件。锻造工艺参数不作规定，采用常规参数即可。
将最终形状规格的模锻件在具有空气循环系统的加热炉中进行固溶处理，固溶温度470℃～477℃，保温时间根据模锻件最大厚度规格确定。出炉后在半小时内完成冷压缩，压缩变形量1％～5％。人工时效采用二级时效工艺，一级时效温度120±3℃，保温4～8小时，二级时效温度152℃～177℃，保温6～10小时。
实施例4
采用本发明的工艺方法，采购H112状态7050锻造的自由锻件作为坯料，厚度140mm，加热至150℃，保温10h，出炉轧制变形15％。预锻和终锻温度435℃。固溶温度475℃，压缩变形量3％；人工时效采用二级时效工艺，一级时效温度120±3℃，保温6小时，二级时效温度177±3℃，保温8小时。
实施例5
采用本发明的工艺方法，采购H112状态7085锻造的自由锻件作为坯料，厚度160mm，加热至200℃，保温15h，出炉自由锻造变形18％。预锻和终锻温度400℃。固溶温度475℃，压缩变形量4％；人工时效采用二级时效工艺，一级时效温度120±3℃，保温7小时，二级时效温度157±3℃，保温9小时。
实施例6
采用本发明的工艺方法，采购H112状态7056锻造的自由锻件作为坯料，厚度180mm，加热至250℃，保温20h，出炉轧制变形20％。固溶温度475℃，压缩变形量5％；人工时效采用二级时效工艺，一级时效温度120±3℃，保温8小时，二级时效温度152±3℃，保温8小时。
表2所示为大规格模锻件拉伸性能和断裂韧性的对比表，其中，σb为抗拉强度，σ0.2为屈服强度，δ为延伸率，KIC为断裂韧性。
表2
Figure BDA0002169323620000071
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法，其特征在于：所述方法包含对坯料进行优化的步骤，所述坯料优化具体操作为：将坯料进行中低温加热保温，保温时间达到后出炉进行中低温变形，变形后进行再结晶退火；所述中低温指低于7000系铝合金的再结晶温度；所述保温时间根据坯料厚度规格确定，所述方法具体包含以下步骤：
步骤一、坯料优化：
坯料加热：将坯料在加热炉中进行中低温加热保温，坯料加热温度150℃～300℃；
坯料加热温度如下：
当坯料为轧制板材坯料时，加热温度180℃～280℃；当坯料为锻造坯料时，加热温度150℃～250℃；
坯料变形：保温到时出炉后进行锻造或轧制变形：
当坯料为轧制板材坯料时，变形量为10％～15％；当坯料为锻造坯料时，变形量为15％～20％；
再结晶退火处理；
步骤二、预锻和终锻：
预锻：将经过优化后的坯料在加热炉中进行加热保温，保温时间根据坯料厚度规格确定；坯料出炉后进行自由锻或模锻成预锻件；
终锻：将预锻件在加热炉中进行加热保温，保温时间根据预锻件最大厚度规格确定；预锻件出炉后进行最后一火次模锻成最终锻件；
步骤三、热处理
将最终形状规格的锻件在具有空气循环系统的加热炉中进行固溶处理，保温时间根据模锻件最大厚度规格确定；
出炉后在半小时内完成冷压缩；
人工时效采用二级时效工艺处理。
2.根据权利要求1所述的提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法，其特征在于：所述步骤一中再结晶退火具体为：将变形后的坯料在加热炉中进行加热，加热温度470℃～475℃，保温24h。
3.根据权利要求1所述的提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法，其特征在于：所述步骤三中固溶温度为470℃～477℃。
4.根据权利要求1所述的提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法，其特征在于：所述步骤三中冷压缩变形量1％～5％。
5.根据权利要求1所述的提高7000系铝合金超大规格模锻件高向性能的方法，其特征在于：所述步骤三中二级时效工艺具体为：一级时效温度120±3℃，保温4～8小时；二级时效温度152℃～177℃，保温6～10小时。
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