CN111500954B - 一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺 - Google Patents
一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：a.将大型薄壁铸件经初步划线并加工出至少1个基准平面；b.将铸件与高刚性易导热工装进行装配后进行固溶处理；c.将经过固溶处理的铸件与高刚性易导热工装进行高外力装配后进行时效处理，将铸件与工装出炉空冷后进行划线检测，若局部不满足尺寸精度要求，进行局部高外力加载进行二次时效。本发明通过在固溶处理和时效处理时使用专用工装，并调节固溶处理和时效处理的加热速度、保温时间、淬火空气速率、脱装温降等参数，可消除铸造应力造成的大型薄壁构件变形、裂纹，且提高强度。
Description
技术领域
本发明属于镁合金的热处理领域，尤其是涉及一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺。
背景技术
镁合金是最轻的可用金属结构材料,具有低密度、高比强度、导热性好、减震能力强、易切削、可回收以及尺寸稳定等优点，在航空航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。
镁具有密排六方晶体结构，塑性变形能力差，铸造镁合金在大型构件上应用广泛。然而铸件凝固及热处理过程会产生应力，大尺寸铸件通常会发生严重变形。特别是含稀土镁合金由于稀土元素的加入，热裂倾向严重，很多铸件在热处理过程中就发生了裂纹，导致铸件报废。因而开发出一种可消除铸造及热处理应力变形、克服局部应力集中导致的裂纹缺陷、同时可强化镁合金的热处理工艺对发展高性能铸造镁合金具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，该工艺通过在固溶处理和时效处理时使用专用工装，并调节固溶处理和时效处理的加热速度、保温温度、保温时间、淬火空气速率、脱装温降等参数对热处理工艺进行优化，消减铸造及热处理应力，避免铸件变形、裂纹，使铸件满足尺寸形状要求，同时提高铸件强度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，包括以下步骤：
a.将大型薄壁铸件经初步划线并每不大于1平方米投影平面面积粗加工出至少1个基准平面；
b.将步骤a得到的铸件与工装进行装配，所述工装由高刚性、易导热材料制成，装配后进行固溶处理：首先升温至250-300℃，升温速度为20℃/min，在250-300℃保温1-2h；然后升温至485-515℃，升温速度为10℃/min，在485-515℃保温8-9h；最后将铸件和工装在淬火空气速率为4-10m/s的条件下冷却，冷却至250-350℃时迅速脱装，脱装后温降不超过100℃；
c.将步骤b得到的铸件与另一个常温的工装进行装配，装配后进行时效处理：首先升温至200-230℃，升温速度为10℃/min，然后在200-230℃保温20-48h，将铸件与工装出炉空冷后进行划线检测，若铸件局部不满足尺寸精度要求，将铸件与工装进行局部装配以对铸件不满足尺寸精度要求的部位进行外力加载，装配后进行二次时效处理：首先升温至200-230℃，升温速度为10℃/min，然后在200-230℃保温6-10h，最后将铸件与高刚性易导热工装出炉空冷。
进一步的，所述工装包括高刚平台本体，所述高刚平台本体上可拆卸设有若干利用杠杆原理向铸件超差的高点施以向下压力或向铸件超差的低点施以向上压力的局部加载装置。
进一步的，所述局部加载装置包括支撑螺杆、施力螺杆、高刚压板，所述高刚压板一侧抵压到铸件超差部位，高刚压板另一侧开设有腰孔，所述支撑螺杆和施力螺杆穿设于腰孔内，且支撑螺杆靠近高刚压板抵压到铸件超差部位的一侧，施力螺杆远离高刚压板抵压到铸件超差部位的一侧，支撑螺杆上螺纹连接有用于起支点作用的支撑点下部定位螺母和支撑点上部定位螺母，施力螺杆上螺纹连接有用于起施力点作用的施力点下部螺母和施力点上部螺母，所述支撑点下部定位螺母和施力点下部螺母位于高刚压板的下方，所述支撑点上部定位螺母和施力点上部螺母位于高刚压板的上方。
进一步的，所述高刚平台本体上根据铸件外形轮廓设置有不少于两排螺纹孔，所述支撑螺杆的下端和施力螺杆的下端分别旋入螺纹孔内。
进一步的，所述高刚平台本体和高刚压板的材质为HT250或20钢。
进一步的，所述高刚平台本体的底部设有若干圆环形加强筋和若干直线形加强筋，所述圆环形加强筋同心设置，所述直线形加强筋从最内侧的圆环形加强筋向外延伸呈放射状分布。
进一步的，所述工装还包括若干压铁，所述压铁放置于铸件上平面。
进一步的，所述压铁为工字钢。
进一步的，所述步骤b和步骤c中铸件与工装装配具体包括如下步骤：
a.将大型薄壁铸件经初步划线找出铸件状态的基准平面，底面进行粗加工找平，划线标记出产品不同位置超差的高点和低点；
b.将铸件与工装贴合，根据划线结果得到的高点，利用支撑螺杆上配置的支撑点上部定位螺母进行支撑，施力螺杆上配置的施力点下部螺母进行上旋，将高刚压板利用杠杆原理将铸件上的高点施以向下压力；根据划线结果得到的低点，利用支撑螺杆上配置的支撑点下部定位螺母进行支撑，施力螺杆上配置的施力点上部螺母进行下旋，将高刚压板利用杠杆原理将铸件上的高点施以向上压力；将压铁均匀放置于铸件上平面将铸件压实。
进一步的，所述步骤b中，所述高刚压板施以的向下压力为200N-1000N，所述高刚压板施以的向上压力为200N-500N。
相对于现有技术，本发明所述的高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺具有以下优势：
(1)本发明在固溶处理和时效处理时使用由高刚性、易导热材料制成的工装，高刚性可保证工装本身在热处理校形过程中不变形，易于严格控制应力释放过程中铸件的形变，进而严格控制铸件尺寸，易导热可保证工装及铸件温度的均匀性，避免产生新的形变；
(2)本发明在固溶处理的第一阶段，采用较高的升温速度，使铸件和工装迅速贴合，先在较低温度下保温，可消减部分铸造应力，同时避免铸件开裂，本发明通过大量试验探索发现，将第一阶段保温温度控制在250-300℃，可在保证铸件不开裂的前提下，将铸件和工装迅速贴合；
(3)本发明在固溶处理的第二阶段，采用较低的升温速度，可保证工装和铸件温度均匀，避免产生新的变形；在较高温度下保温，可进一步消减铸造应力，易于严格控制铸件尺寸；同时可消除铸造过程中的微观偏析，获得过饱和固溶体，为后续时效处理做准备，本发明通过大量试验探索发现，将第二阶段保温温度控制在485-515℃，可严格控制铸件尺寸，并消除微观偏析；
(4)本发明脱装温度适宜，脱装时温度过高会导致铸件在转移过程受损产生新的变形或操作不便，脱装时温度过低会造成降温速度不够、组织不理想，本发明通过大量试验探索发现，将脱装温度控制在205-350℃,可防止新变形产生并得到理想的组织；
(5)本发明对时效处理进行了优化，一般铸件在200℃进行48小时处理，可达到满意力学性能，经过大量试验，对于大型薄壁构件，在225℃进行24小时处理，可达到同样力学性能，对节约能源和提高效率效果显著。
(6)本发明将经过固溶处理后的铸件和工装进行高外力装配后进行时效处理，使得铸件在高应力作用下产生反变形，进而使铸件除去外力的作用与专用工装平面紧密贴合，获得铸件的高平面度。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的工装的俯视图；
图2为本发明所述的工装的使用状态图；
图3为图2中A部分的局部放大图；
图4为本发明所述的工装的底部结构示意图。
附图标记说明：
1、高刚平台本体；2、支撑螺杆；3、支撑点上部定位螺母；4、支撑点下部定位螺母；5、施力螺杆；6、施力点上部螺母；7、施力点下部螺母；8、高刚压板；9、压铁；10、铸件；11、腰孔；12、螺纹孔；13、圆环形加强筋；14、直线形加强筋。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
本发明所述的一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺须与工装配合使用，所述工装由高刚性、易导热材料制成。如图1-4所示，所述工装包括高刚平台本体1，所述高刚平台本体1上可拆卸设有若干利用杠杆原理向铸件超差的高点施以向下压力或向铸件超差的低点施以向上压力的局部加载装置。
所述局部加载装置包括支撑螺杆2、施力螺杆5、高刚压板8，所述高刚压板8一侧抵压到铸件10超差部位，高刚压板8另一侧开设有腰孔11，所述支撑螺杆2和施力螺杆5穿设于腰孔11内，且支撑螺杆2靠近高刚压板8抵压到铸件10超差部位的一侧，施力螺杆5远离高刚压板8抵压到铸件10超差部位的一侧，支撑螺杆2上螺纹连接有用于起支点作用的支撑点下部定位螺母4和支撑点上部定位螺母3，施力螺杆5上螺纹连接有用于起施力点作用的施力点下部螺母7和施力点上部螺母6，所述支撑点下部定位螺母4和施力点下部螺母7位于高刚压板8的下方，所述支撑点上部定位螺母3和施力点上部螺母6位于高刚压板8的上方。
所述工装共有两块，两块工装结构完全相同，一个工装(记为工装A)在固溶处理时使用，另一个工装(记为工装B)在时效处理时使用。
所述高刚平台本体1上根据铸件10外形轮廓设置有不少于两排螺纹孔12，所述支撑螺杆2的下端和施力螺杆5的下端分别旋入螺纹孔12内。如此设置，局部加载装置螺纹连接到高刚平台本体1上，方便根据不同形状或尺寸的铸件10调整局部加载装置的位置，适用范围广。
所述高刚平台本体1和高刚压板8的材质为HT250或20钢，HT250或20钢熔点高且刚性好。
所述高刚平台本体1的底部设有三个圆环形加强筋13和八个直线形加强筋14，所述圆环形加强筋13同心设置，所述直线形加强筋14从最内侧的圆环形加强筋13向外延伸呈放射状分布。圆环形加强筋13和直线形加强筋14增强整个高刚平台本体1的结构强度。
所述高刚平台还包括若干压铁9，所述压铁9为工字钢，所述压铁9放置于铸件10上平面，以压实铸件10，避免铸件10的变形。
实施例1
一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，具体包括如下步骤：
将尺寸φ1000*90的大型薄壁铸件经初步划线并每不大于1平方米投影平面面积粗加工出1个基准平面。
常温下，将大型薄壁构件铸件与工装进行装配：将铸件与高刚平台A贴合，根据划线结果得到的高点，利用支撑螺杆上配置的支撑点上部定位螺母进行支撑，施力螺杆上配置的施力点下部螺母进行上旋，将高刚压板利用杠杆原理将铸件上的高点施以向下压力；根据划线结果得到的低点，利用支撑螺杆上配置的支撑点下部定位螺母进行支撑，施力螺杆上配置的施力点上部螺母进行下旋，将高刚压板利用杠杆原理将铸件上的高点施以向上压力；将压铁均匀放置于铸件上平面将铸件压实；
装配后，将压装好的铸件随工装共同放入热处理炉中，进行固溶处理：首先升温至250℃,升温速度为20℃/min，在250℃保温2h；然后升温至485℃,升温速度为10℃/min,在485℃保温8h；
固溶后，将铸件和工装出炉强风冷，淬火空气速率为4m/s，在250-350℃的温度区间内，迅速将铸件从高刚平台A中脱出，转到另一个常温的工装上，并迅速将压铁放置于铸件上平面将铸件压实。再次装配，进行时效处理：首先升温至225℃,升温速度为15℃/min，然后在225℃保温24h，最后将铸件与工装出炉后迅速脱离，脱装后温降为80℃。
时效处理后，采用高度尺划线检测方法对铸件平面度进行检测，测得铸件平面度1mm，采用UTM5105X电子万能试验机进行本体取样试片进行拉伸，测得铸件抗拉强度达到302MPa，延伸率达到3.0％。
实施例2
一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，具体包括如下步骤：
将尺寸570*600*170的大型薄壁铸件经去除浇冒口，初步划线处理，粗加工出1个基准面。
将大型薄壁铸件与高刚性易导热工装进行装配，装配过程同实施例1，装配后对铸件进行固溶处理：首先升温至250℃,升温速度为20℃/min，在250℃保温2h；然后升温至500℃,升温速度为10℃/min,在500℃保温8h。
固溶后，将铸件和工装出炉强风冷，淬火空气速率为4m/s，在250-350℃的温度区间内，迅速将铸件从高刚平台A中脱出，转到另一个常温的工装上，并迅速将压铁放置于铸件上平面将铸件压实。再次装配，进行时效处理：首先升温至225℃,升温速度为10℃/min,在225℃保温24h，将铸件与工装出炉后迅速脱离，脱装后温降为80℃。
经过时效处理后，采用高度尺划线检测方法对铸件平面度进行检测，测得铸件平面度控制在1mm，采用UTM5105X电子万能试验机进行本体取样试片进行拉伸，测得铸件抗拉强度达到308MPa，延伸率达到3.5％。
通常铸件凝固及热处理过程会产生应力，尺寸越大变形越严重，壁越薄裂纹越容易产生。传统方法一般在固溶阶段不加载外力，容易在淬火过程发生热处理应力变形，在产品未冷却的状态时进行校形，极易由于温降过快校形达不到要求，平面度偏差达到5mm，且由于铸件壁厚较薄，校形易使铸件产生裂纹而报废。
本发明通过在固溶处理和时效处理时使用专用工装，并调节固溶处理和时效处理的加热速度、保温温度、保温时间、淬火空气速率、脱装温降等参数，消减铸造及热处理应力，避免铸件变形、裂纹，使铸件满足尺寸形状要求，同时提高铸件强度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
a.将大型薄壁铸件经初步划线并每不大于1平方米投影平面面积粗加工出至少1个基准平面；
b.将步骤a得到的铸件与工装进行装配，所述工装由高刚性、易导热材料制成，装配后进行固溶处理：首先升温至250-300℃，升温速度为20℃/min，在250-300℃保温1-2h；然后升温至485-515℃，升温速度为10℃/min，在485-515℃保温8-9h；最后将铸件和工装在淬火空气速率为4-10m/s的条件下冷却，冷却至250-350℃时迅速脱装，脱装后温降不超过100℃；
c.将步骤b得到的铸件与另一个常温的工装进行装配，装配后进行时效处理：首先升温至200-230℃，升温速度为10℃/min，然后在200-230℃保温20-48h，将铸件与工装出炉空冷后进行划线检测，若铸件局部不满足尺寸精度要求，将铸件与工装进行局部装配以对铸件不满足尺寸精度要求的部位进行外力加载，装配后进行二次时效处理：首先升温至200-230℃，升温速度为10℃/min，然后在200-230℃保温6-10h，最后将铸件与高刚性易导热工装出炉空冷；
所述工装包括高刚平台本体，所述高刚平台本体上可拆卸设有若干利用杠杆原理向铸件超差的高点施以向下压力或向铸件超差的低点施以向上压力的局部加载装置；
所述局部加载装置包括支撑螺杆、施力螺杆、高刚压板，所述高刚压板一侧抵压到铸件超差部位，高刚压板另一侧开设有腰孔，所述支撑螺杆和施力螺杆穿设于腰孔内，且支撑螺杆靠近高刚压板抵压到铸件超差部位的一侧，施力螺杆远离高刚压板抵压到铸件超差部位的一侧，支撑螺杆上螺纹连接有用于起支点作用的支撑点下部定位螺母和支撑点上部定位螺母，施力螺杆上螺纹连接有用于起施力点作用的施力点下部螺母和施力点上部螺母，所述支撑点下部定位螺母和施力点下部螺母位于高刚压板的下方，所述支撑点上部定位螺母和施力点上部螺母位于高刚压板的上方。
2.根据权利要求1所述的高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，其特征在于：所述高刚平台本体上根据铸件外形轮廓设置有不少于两排螺纹孔，所述支撑螺杆的下端和施力螺杆的下端分别旋入螺纹孔内。
3.根据权利要求1所述的高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，其特征在于：所述高刚平台本体和高刚压板的材质为HT250或20钢。
4.根据权利要求3所述的高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，其特征在于：所述高刚平台本体的底部设有若干圆环形加强筋和若干直线形加强筋，所述圆环形加强筋同心设置，所述直线形加强筋从最内侧的圆环形加强筋向外延伸呈放射状分布。
5.根据权利要求1所述的高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，其特征在于：所述工装还包括若干压铁，所述压铁放置于铸件上平面。
6.根据权利要求5所述的高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，其特征在于：所述压铁为工字钢。
7.根据权利要求6所述的高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，其特征在于：所述步骤b和步骤c中铸件与工装装配具体包括如下步骤：
a.将大型薄壁铸件经初步划线找出铸件状态的基准平面，底面进行粗加工找平，划线标记出产品不同位置超差的高点和低点；
b.将铸件与工装贴合，根据划线结果得到的高点，利用支撑螺杆上配置的支撑点上部定位螺母进行支撑，施力螺杆上配置的施力点下部螺母进行上旋，将高刚压板利用杠杆原理将铸件上的高点施以向下压力；根据划线结果得到的低点，利用支撑螺杆上配置的支撑点下部定位螺母进行支撑，施力螺杆上配置的施力点上部螺母进行下旋，将高刚压板利用杠杆原理将铸件上的高点施以向上压力；将压铁均匀放置于铸件上平面将铸件压实。
8.根据权利要求7所述的高强镁合金大型薄壁铸件热处理工艺，其特征在于：所述步骤b中，所述高刚压板施以的向下压力为200N-1000N，所述高刚压板施以的向上压力为200N-500N。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Yufeng Inventor after: Zhang Gaolong Inventor after: Jiao Yunlei Inventor after: Fu Bin Guo Inventor after: Ning Zhiliang Inventor after: Wang Fei Inventor before: Wang Yufeng Inventor before: Zhang Gaolong Inventor before: Jiao Yunlei Inventor before: Wang Fei |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |