CN112647032A - 一种7系铝合金环形件一体成型的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种7系铝合金环形件一体成型的加工方法，步骤包括如下的顺序进行：合金铸锭退火、开坯冲孔和扩孔拔长、环轧预成型、冷变形、双级时效。在锻件预成型和最终精整成型之间进行固溶热处理工序，可借用固溶处理后材料成分组织更均匀和变形抗力更小的特性，实现大规格异形环件一体成型；在固溶和时效热处理之间引入冷变形工序，可消除锻件固溶淬火后较高的内应力，同时还可通过变形细化晶粒和增加相变驱动力，促进第二相强化粒子析出强化，增加材料强韧性和组织性能均匀性，实现一体成型，使7系铝合金环形件一体成型产品达到航天领域的高性能要求。

Description

一种7系铝合金环形件一体成型的加工方法
技术领域
本发明涉及一种7系铝合金环形件一体成型的加工方法，属于铝合金加工技术领域。
背景技术
超高强度铝合金是以Al、Zn、Mg、Cu系(简称7系)为主的可热处理强化的铝合金，它具有高强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、较好的耐腐蚀性和较高的韧性等优点，宜做承受较大的结构材料，被广泛应用于军民领域高端装备的轻量化制造；在航天领域，动力系统不变的情况下，运载火箭自身重量每减少1公斤就可节省2万美元的发射成本，结构件设计减重是实现航天飞行器减重增效的一种有效方法，即通过构件整体化、大型化免去大量传统的铆接和焊接，既实现结构减重，又提高可靠性，但同时也对材料的规格形状、综合性能以及均匀性都提出了更高需求；
7系超高强铝合金作为强度最高的铝合金系列，其在锻造过程中存在变形抗力大，易产生不均匀变形及开裂、混晶的现象，成型难度大，成品率低，使得大规格异形7系超高强铝合金构件仍主要采用焊接或铆接法成形，然而，焊接成型时易产生各种铸造缺陷致使探伤和力学性能难以合格，铆接成型后构件结构复杂笨重且容易在连接处产生应力集中和疲劳，这些不利因素最终造成产品很难达到航天领域的高性能要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种7系铝合金环形件一体成型的加工方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种7系铝合金环形件一体成型的加工方法，
合金铸锭退火：将铸锭毛坯按照90℃/h控速升温加热至430℃～455℃，保温10h，然后继续升温至480℃，保温24h后，随炉冷却至180℃后再出炉空冷至室温；
开坯冲孔和扩孔拔长：将退火后的铸锭快锻开坯，并冲孔和扩孔拔长，始锻温度460℃，锻造比3.0～4.0，锻后空冷；
环轧预成型：热轧时开轧温度460℃，轧制变形量50％～60％；
固溶处理：加热至465℃～475℃保温4～6h后迅速转入水中淬火处理，出炉转移时间不超过30s；
冷变形：在环轧机上冷轧变形量20％～30％；
双级时效：在固溶处理后2h内升温至120℃保温5h～24h，然后随炉升温至177℃保温9h后出炉空冷至室温，完成加工。
本发明的有益效果在于：在锻件预成型和最终精整成型之间进行固溶热处理工序，可借用固溶处理后材料成分组织更均匀和变形抗力更小的特性，实现大规格异形环件一体成型；在固溶和时效热处理之间引入冷变形工序，可消除锻件固溶淬火后较高的内应力，同时还可通过变形细化晶粒和增加相变驱动力，促进第二相强化粒子析出强化，增加材料强韧性和组织性能均匀性，实现一体成型，使7系铝合金环形件一体成型产品达到航天领域的高性能要求。
附图说明
图1是7系铝合金环形件一体成型过程形状图；
图2是7系铝合金环形件一体成型结构示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
参见图1至图2所示。
实施例一
一种7系铝合金环形件一体成型的加工方法，包括如下顺序进行的步骤：
取料：取7系合金铸锭毛坯，其7系合金铸锭毛坯为7050铸态铝合金锭，化学成分(质量分数wt.％)为：Cu(2.27％)，Zn(6.11％)，Mg(2.26％)，Zr(0.13％),Si(0.05％)，Fe(0.10％)，Mn(0.01％)，Cr(0.004％)，Ti(0.040％)，Al(余量)。
合金铸锭退火：将铸锭毛坯按照90℃/h控速升温加热至430℃，保温10h，然后继续升温至480℃，保温24h后，随炉冷却至180℃后再出炉空冷至室温；
开坯冲孔和扩孔拔长：将退火后的铸锭快锻开坯，并冲孔和扩孔拔长，始锻温度460℃，锻造比4.0，锻后空冷；
环轧预成型：热轧时开轧温度460℃，轧制变形量50％；
固溶处理：加热至475℃保温4h后迅速转入水中淬火处理，出炉转移时间不超过30s；
冷变形：在环轧机上冷轧变形量30％；
双级时效：在固溶处理后2h内升温至120℃保温5h，然后随炉升温至177℃保温9h后出炉空冷至室温，完成加工。
加工后取样检测，参照图2所示，进行纵向、横向和高向拉伸力学性能和晶粒度的检验结果如下表1。
表1各方向拉伸试验和金相检验结果
Figure BDA0002812076630000041
实施例二
一种7系铝合金环形件一体成型的加工方法，包括如下顺序进行的步骤：
取料：取7系合金铸锭毛坯，其7系合金铸锭毛坯为7050铸态铝合金锭，化学成分(质量分数wt.％)为：Cu(1.61％)，Zn(5.68％)，Mg(2.45％),Cr(0.20％)，Si(0.,8％)、Fe(0.20％)、Mn(0.06％)，Ti(0.050％)，Al(余量)。
合金铸锭退火：将铸锭毛坯按照90℃/h控速升温加热至455℃，保温10h，然后继续升温至475℃，保温24h后，随炉冷却至180℃后再出炉空冷至室温；
开坯冲孔和扩孔拔长：将退火后的铸锭快锻开坯，并冲孔和扩孔拔长，始锻温度460℃，锻比3.0，锻后空冷；
环轧预成型：热轧时开轧温度460℃，轧制变形量60％；
固溶处理：加热至465℃保温6h后迅速转入水中淬火处理，出炉转移时间不超过30s；
冷变形：在环轧机上冷轧变形量20％，精整成型；
双级时效：在固溶处理后2h内升温至120℃保温24h后出炉空冷至室温，完成加工。
加工后取样检测，参照图2所示，进行纵向、横向和高向拉伸力学性能和晶粒度的检验结果如下表2。
表2各方向拉伸试验和金相检验结果
Figure BDA0002812076630000051
在铸锭退火完成后，先采用快锻机进行开坯和拔长扩孔，然后将带孔坯料在环轧机上预成型；接着进行固溶淬火处理，然后在锻件冷却后使用环轧机冷轧精整成型，然后再进行人工时效处理。本发明在锻件预成型和最终精整成型之间进行固溶热处理工序，可借用固溶处理后材料成分组织更均匀和变形抗力更小的特性，实现大规格异形环件一体成型；在固溶和时效热处理之间引入冷变形工序，可消除锻件固溶淬火后较高的内应力，同时还可通过变形细化晶粒和增加相变驱动力，促进第二相强化粒子析出强化，增加材料强韧性和组织性能均匀性，实现一体成型，使7系铝合金环形件一体成型产品达到航天领域的高性能要求。

Claims (9)

1.一种7系铝合金环形件一体成型的加工方法，其特征在于，包括如下顺序进行的步骤：合金铸锭退火、开坯冲孔和扩孔拔长、环轧预成型、固溶处理、冷变形、双级时效。
2.如权利要求1所述的7系铝合金环形件一体成型的加工方法，其特征在于：在所述合金铸锭退火的步骤中，将铸锭毛坯按照90℃/h控速升温加热至430℃～455℃，保温10h，然后继续升温至480℃，保温24h后，随炉冷却至180℃后再出炉空冷至室温。
3.如权利要求1所述的7系铝合金环形件一体成型的加工方法，其特征在于：在所述开坯冲孔和扩孔拔长的步骤中，将退火后的铸锭快锻开坯，并冲孔和扩孔拔长，始锻温度460℃，锻造比3.0～4.0，锻后空冷。
4.如权利要求1所述的7系铝合金环形件一体成型的加工方法，其特征在于：在所述环轧预成型的步骤中，热轧时开轧温度460℃，轧制变形量50％～60％。
5.如权利要求1所述的7系铝合金环形件一体成型的加工方法，其特征在于：在所述固溶处理的步骤中，加热至465℃～475℃保温4～6h后迅速转入水中淬火处理，。
6.如权利要求5所述的7系铝合金环形件一体成型的加工方法，其特征在于：在所述转入水中的出炉转移时间间隔不超过30s。
7.如权利要求1所述的7系铝合金环形件一体成型的加工方法，其特征在于：在所述冷变形的步骤中，在环轧机上冷轧变形量20％～30％。
8.如权利要求1所述的7系铝合金环形件一体成型的加工方法，其特征在于：在所述双级时效的步骤中，在固溶处理后2h内升温至120℃保温5h～24h出炉空冷至室温。
9.如权利要求8所述的7系铝合金环形件一体成型的加工方法，其特征在于：在所述保温5h～24h后，随炉升温至177℃保温9h后出炉空冷至室温。
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