CN110699579A - 2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法 - Google Patents

2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，第一级加热：以每小时55±5℃升温，至400±5℃后，保温9‑11小时；第二级加热：以每小时10±5℃升温，至450±5℃后，保温4.5‑5.5小时；第三级加热：以每小时5±5℃升温，至505±5℃后，保温29‑31小时；第一级冷却；风冷80‑100分钟，风机转向频率15‑30min/次；第二级冷却：同时风冷和雾冷80‑100分钟，风机转向频率为15‑30min/次，雾冷所用水的水流量为10‑20m3/h；第三级冷却：同时风冷和水冷25‑35分钟，水流量40‑70m3/h。能够极大的提高2014铝合金航空精密轮毂模锻件的产品质量。

Description

2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法
技术领域
本发明涉及航空精密轮毂模锻件制造技术领域，尤其涉及一种2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法。
背景技术
大型飞机上具有一个典型规格锻件，为高强2014铝合金航空精密轮毂模锻件中的最大模锻件：半轮(舱内侧)模锻件。该半轮(舱内侧)模锻件为精密模锻件，为圆盘类模锻件，零件最大外轮毂尺寸φ593.3×309.1mm mm，模锻件最大外轮廓尺寸为φ616.5×314.2mm。
半轮舱内侧零件如图1和图2所示，图1为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第一侧视结构示意图；图2为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第二侧视结构示意图，是一个比较复杂的大型铝合金锻件，该锻件的最大外形尺寸为φ600mm×310mm，筒形最大深度为240mm，筒壁最小处仅为7.6mm，筒壁最厚处为16mm，是一个典型的深筒薄壁件，其基本体为筒体12，筒体12的上部具有环形的外延部11，外延部11的上方具有内凹部，内凹部与筒体12的内壁交接处具有呈环形排列的9个凸耳14，筒体12的底部具有呈环形的9个椭圆形凹坑13，具体的，该零件在筒形底部较薄，同时存在9个均匀分布的椭圆形凹坑13，形状复杂；对应在零件上侧存在9个凸耳14，该凸耳14高度较高、壁厚薄、斜度小，竖直方向投影面积较小，属于较难成型及易出现缺陷部分。
半轮(舱内侧)模锻件本身为精密模锻件，为圆盘类模锻件，型腔深、壁薄、高筋、圆角小、内腔和底部的凸台多、型腔较复杂。半轮(舱内侧)模锻件为有大量非加工面、机加工余量小，表面质量要求高，尺寸精度要求极高；模锻件型腔深，筋高且薄，精密模锻成型难；2014合金容易产生粗晶，组织性能均匀性控制难；轮毂安全性能要求高，综合性能要求极高。因此，轮毂模锻件最大的难点为尺寸控制难度大、组织性能均匀性控制难度大。
因此，如何提供一种2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，以提高产品质量，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，以提高产品质量。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，有锆毛坯包含0.65％-0.75％Si，Fe≤0.10％，4.00％-4.40％Cu，0.60％-0.80％Mn，0.45％-0.55％Mg，Cr≤0.10％，Zn≤0.25％，0.09％-0.11％Zr，Ti≤0.15％；
在第一级加热时：以每小时55±5℃进行升温，至400±5℃后，保温9-11小时；
在第二级加热时：接续第一级加热，以每小时10±5℃进行升温，至450±5℃后，保温4.5-5.5小时；
在第三级加热时：接续第二级加热，以每小时5±5℃进行升温，至505±5℃后，保温29-31小时；
在第一级冷却时；接续第三级加热，风冷80-100分钟，风机转向频率为15-30min/次；
在第二级冷却时：接续第一级冷却，同时风冷和雾冷80-100分钟，风机转向频率为15-30min/次，雾冷所用水的水流量为10-20m3/h；
在第三级冷却时：接续第二级冷却，同时风冷和水冷25-35分钟，风机不转向，水流量为40-70m3/h。
优选的，在第一级加热时：以每小时55℃进行升温，至400℃且保持10小时。
优选的，在第二级加热时：以每小时10℃进行升温，至450℃后，保温5小时。
优选的，在第三级加热时：以每小时5℃进行升温，至505℃后，保温30小时。
优选的，在第一级冷却时；风冷90分钟，风机转向频率为20min/次，风机功率为90％额定功率。
优选的，在第二级冷却时：同时风冷和雾冷90分钟，风机转向频率为20min/次，雾冷所用水的水流量为15m3/h，风机功率为90％额定功率。
优选的，在第三级冷却时：同时风冷和水冷30分钟，水流量为55m3/h，风机功率为90％额定功率。
本发明提供的2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，有锆毛坯包含0.65％-0.75％Si，Fe≤0.10％，4.00％-4.40％Cu，0.60％-0.80％Mn，0.45％-0.55％Mg，Cr≤0.10％，Zn≤0.25％，0.09％-0.11％Zr，Ti≤0.15％；在第一级加热时：以每小时55±5℃进行升温，至400±5℃后，保温9-11小时；在第二级加热时：接续第一级加热，以每小时10±5℃进行升温，至450±5℃后，保温4.5-5.5小时；在第三级加热时：接续第二级加热，以每小时5±5℃进行升温，至505±5℃后，保温29-31小时；在第一级冷却时；接续第三级加热，风冷80-100分钟，风机转向频率为15-30min/次；在第二级冷却时：接续第一级冷却，同时风冷和雾冷80-100分钟，风机转向频率为15-30min/次，雾冷所用水的水流量为10-20m3/h；在第三级冷却时：接续第二级冷却，同时风冷和水冷25-35分钟，风机不转向，水流量为40-70m3/h。基于以上均热和冷却方法对以上成分的有锆毛坯进行处理，能够极大的提高2014铝合金航空精密轮毂模锻件的产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第一侧视结构示意图；
图2为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第二侧视结构示意图；
图3为均热前样品第一试片100×组织示意图；
图4为均热前样品第二试片200×组织示意图；
图5为均热后样品第一试片心部组织示意图；
图6为均热后样品第一试片表层组织示意图；
图7为均热后样品第二试片心部组织示意图；
图8为均热后样品第二试片表层组织示意图；
图9为冷却后样品第一试片50×组织示意图；
图10为冷却后样品第一试片200×组织示意图；
图11为冷却后样品第二试片50×组织示意图；
图12为冷却后样品第二试片200×组织示意图；
图13为冷却后样品第三试片50×组织示意图；
图14为冷却后样品第三试片200×组织示意图；
图15为冷却后样品第四试片50×组织示意图；
图16为冷却后样品第四试片200×组织示意图。
上图1-16中：
外延部11、筒体12、椭圆形凹坑13、凸耳14。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
请参考图1-图16，图1为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第一侧视结构示意图；图2为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第二侧视结构示意图；图3为均热前样品第一试片100×组织示意图；图4为均热前样品第二试片200×组织示意图；图5为均热后样品第一试片心部组织示意图；图6为均热后样品第一试片表层组织示意图；图7为均热后样品第二试片心部组织示意图；图8为均热后样品第二试片表层组织示意图；图9为冷却后样品第一试片50×组织示意图；图10为冷却后样品第一试片200×组织示意图；图11为冷却后样品第二试片50×组织示意图；图12为冷却后样品第二试片200×组织示意图；图13为冷却后样品第三试片50×组织示意图；图14为冷却后样品第三试片200×组织示意图；图15为冷却后样品第四试片50×组织示意图；图16为冷却后样品第四试片200×组织示意图。
本发明实施例提供的2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，有锆毛坯包含0.65％-0.75％Si，Fe≤0.10％，4.00％-4.40％Cu，0.60％-0.80％Mn，0.45％-0.55％Mg，Cr≤0.10％，Zn≤0.25％，0.09％-0.11％Zr，Ti≤0.15％；在第一级加热时：以每小时55±5℃进行升温，至400±5℃后，保温9-11小时；在第二级加热时：接续第一级加热，以每小时10±5℃进行升温，至450±5℃后，保温4.5-5.5小时；在第三级加热时：接续第二级加热，以每小时5±5℃进行升温，至505±5℃后，保温29-31小时；在第一级冷却时；接续第三级加热，风冷80-100分钟，风机转向频率为15-30min/次；在第二级冷却时：接续第一级冷却，同时风冷和雾冷80-100分钟，风机转向频率为15-30min/次，雾冷所用水的水流量为10-20m3/h；在第三级冷却时：接续第二级冷却，同时风冷和水冷25-35分钟，风机不转向，水流量为40-70m3/h。基于以上均热和冷却方法对以上成分的有锆毛坯进行处理，能够极大的提高2014铝合金航空精密轮毂模锻件的产品质量。
其中，在第一级加热时：以每小时55℃进行升温，至400℃且保持10小时。在第二级加热时：以每小时10℃进行升温，至450℃后，保温5小时。在第三级加热时：以每小时5℃进行升温，至505℃后，保温30小时。在第一级冷却时；风冷90分钟，风机转向频率为20min/次，风机功率为90％额定功率。在第二级冷却时：同时风冷和雾冷90分钟，风机转向频率为20min/次，雾冷所用水的水流量为15m3/h，风机功率为90％额定功率。在第三级冷却时：同时风冷和水冷30分钟，水流量为55m3/h，风机功率为90％额定功率。
具体操作时，设计了高强韧2014轮毂两种均热制度，无Zr合金的均热制度二级均热制度450℃×5h+505℃×30h，加Zr合金的三级均热制度400℃×10h+450℃×5h+505℃×30h。从三级均热制度看出，第二级保温502℃与第三级506℃非常接近。由于熔铸厂所有的均热炉有效工作尺寸大、装炉量多，均热炉的温度均匀性低于实验室均热炉，无法实现温度定点均热。考虑到自身均热炉均匀性在±5℃的控制范围，将第二级和第三级均热制度进行了优化，调整为505℃。根据实验室结果，确定了优化后的轮毂用2014合金铸锭均热化工艺参数，见表1所示。表1为2014轮毂均热工艺制度。
表1 2014轮毂均热工艺制度
为了探究均匀化后冷却对铸锭性能的影响，第一次出炉空冷，第二次出炉进快速冷却炉水冷。制定冷却工艺制度。
2014轮毂必须具有高强、高韧性能，因此需要获得更多的均匀一致的弥散强化相。借鉴6005地铁型材采用的均热快速冷却工艺，通过优化搭配冷却方式、冷却水流量及风机转向频率，最终确定最优额均热冷却工艺，如表2所示。表2为2014轮毂均热后冷却制度。
表2 2014轮毂均热后冷却制度
Figure BDA0002292932790000071
实际均热情况如表3所示，表3为2014轮毂实际均热情况，
表3 2014轮毂实际均热情况
Figure BDA0002292932790000072
通过表3均热后直接出炉空冷，切取试片观察铸锭高倍组织，如图3-8所示，图3为均热前样品第一试片100×组织示意图，图4为均热前样品第二试片200×组织示意图，图5为均热后样品第一试片心部组织示意图，图6为均热后样品第一试片表层组织示意图，图7为均热后样品第二试片心部组织示意图，图8为均热后样品第二试片表层组织示意图。
另一种冷却为，铸锭按表3进行均热，均热结束后按表4进行冷却，表4为2014轮毂实际冷却情况，冷却过程中温度如表5所示。
表4 2014轮毂实际冷却情况
Figure BDA0002292932790000073
表5 2014轮毂实际冷却情况下金属温度
从表5中可以看出，冷却过程按工艺制度执行，均热结束到开启冷却炉冷却工艺的时间较长，温降较大，达到111℃。冷却工艺中风冷阶段温降237℃，风冷+雾冷阶段温降127℃，水冷阶段温降12℃。切取试片观察高倍情况如图9-图16所示，图9为冷却后样品第一试片50×组织示意图，图10为冷却后样品第一试片200×组织示意图，图11为冷却后样品第二试片50×组织示意图，图12为冷却后样品第二试片200×组织示意图，图13为冷却后样品第三试片50×组织示意图，图14为冷却后样品第三试片200×组织示意图，图15为冷却后样品第四试片50×组织示意图，图16为冷却后样品第四试片200×组织示意图。
其中，冷却后样品第一试片的晶界化合物能谱结果如表6所示，表6为冷却后样品第一试片的晶界化合物能谱结果。冷却后样品第二试片的晶界化合物能谱结果如表7所示，表7为冷却后样品第二试片的晶界化合物能谱结果。冷却后样品第三试片的晶界化合物能谱结果如表8所示，表8为冷却后样品第三试片的晶界化合物能谱结果。冷却后样品第四试片的晶界化合物能谱结果如表9所示，表9为冷却后样品第四试片的晶界化合物能谱结果。
表6冷却后样品第一试片的晶界化合物能谱结果
表7冷却后样品第二试片的晶界化合物能谱结果
表8冷却后样品第三试片的晶界化合物能谱结果
表9冷却后样品第四试片的晶界化合物能谱结果
Figure BDA0002292932790000102
切取热端一个样品铸锭铸态及均热冷却态下浇口部、底部试片制备成拉伸试样，在环境温度20.0℃，使用CMT5105设备，按照GB/T228.1-2010实验方法进行拉伸试验，结果如表10所示，表10为拉伸性能结果。从表中可以看出：同一状态下，同一铸锭两端抗拉强度相同；铸态下的抗拉强度略高于均热冷却态。同一状态下，同一铸锭底部延伸高于浇口部；均热冷却态下的延伸率远远高于铸态，是铸态下的2.7倍。
表10拉伸性能
Figure BDA0002292932790000111
切取热端另一个样品铸锭铸态及均热冷却态下底部试片做电导率测试，结果如表11所示，表10为电导率测试结果。从表中可以看出：快冷态下的电导率明显高于铸态，是铸态下的1.63倍。说明均匀化处理后，过饱和固溶体中溶质元素减少，合金析出了大量的第二相粒子，降低了基体中的过饱和固溶度，使合金的电阻率降低，电导率增加。同时，同一状态下各点电导率基本一致，说明合金元素区域偏析非常小。
表11电导率测试
Figure BDA0002292932790000112
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，其特征在于，有锆毛坯包含0.65％-0.75％Si，Fe≤0.10％，4.00％-4.40％Cu，0.60％-0.80％Mn，0.45％-0.55％Mg，Cr≤0.10％，Zn≤0.25％，0.09％-0.11％Zr，Ti≤0.15％；
在第一级加热时：以每小时55±5℃进行升温，至400±5℃后，保温9-11小时；
在第二级加热时：接续第一级加热，以每小时10±5℃进行升温，至450±5℃后，保温4.5-5.5小时；
在第三级加热时：接续第二级加热，以每小时5±5℃进行升温，至505±5℃后，保温29-31小时；
在第一级冷却时；接续第三级加热，风冷80-100分钟，风机转向频率为15-30min/次；
在第二级冷却时：接续第一级冷却，同时风冷和雾冷80-100分钟，风机转向频率为15-30min/次，雾冷所用水的水流量为10-20m3/h；
在第三级冷却时：接续第二级冷却，同时风冷和水冷25-35分钟，风机不转向，水流量为40-70m3/h。
2.根据权利要求1所述的2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，其特征在于，在第一级加热时：以每小时55℃进行升温，至400℃且保持10小时。
3.根据权利要求1所述的2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，其特征在于，在第二级加热时：以每小时10℃进行升温，至450℃后，保温5小时。
4.根据权利要求1所述的2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，其特征在于，在第三级加热时：以每小时5℃进行升温，至505℃后，保温30小时。
5.根据权利要求1所述的2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，其特征在于，在第一级冷却时；风冷90分钟，风机转向频率为20min/次，风机功率为90％额定功率。
6.根据权利要求1所述的2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，其特征在于，在第二级冷却时：同时风冷和雾冷90分钟，风机转向频率为20min/次，雾冷所用水的水流量为15m3/h，风机功率为90％额定功率。
7.根据权利要求1所述的2014铝合金轮毂模锻件的有锆毛坯均热及冷却方法，其特征在于，在第三级冷却时：同时风冷和水冷30分钟，水流量为55m3/h，风机功率为90％额定功率。
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