CN112808910A

CN112808910A - 一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法

Info

Publication number: CN112808910A
Application number: CN202011621577.6A
Authority: CN
Inventors: 陆振宇; 张星星; 许亮; 刘宁; 侯博秋; 秦寅康
Original assignee: Wuxi Paike New Material Technology Co ltd
Current assignee: Wuxi Paike New Material Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2040-12-31
Also published as: CN112808910B

Abstract

本发明公开了一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，属于铝合金锻造技术领域，其技术方案要点是包括以下步骤：S1、坯料下料；S2、坯料锻造加热；S3、加热完成的坯料进行锻造得到环坯；S4、退火；S5、机加工；S6、检验，本发明的优点在于铸锭施加合适的塑性变形，改善微观组织、细化晶粒，避免壁厚中部由于应力不均，形成微裂纹，提高工件的合格率。

Description

一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法

技术领域

本发明涉及铝合金锻造技术领域，特别涉及一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法。

背景技术

5754铝合金是一种具有中等强度、可焊性、良好耐腐蚀性的典型的5系铝镁合金，一般主要通过轧制板材，及较少的挤压型材的方式，可广泛应用于汽车、交通运输、航空航天等领域。在生产锻件(壁厚B≥400，高度≤300)的投料重量超过1800kg的大型5754铝合金环件时，辗环前工件壁厚与高度之比≥1.5，扩孔及辗环后存在较多问题，影响产品一次交检合格率

目前一般壁厚≥600mm坯料在扩孔至壁厚400～480mm过程中，在1/2壁厚位置受力不均，造成晶间位错及原有小裂纹延展，形成线型裂纹。造成锻后工件探伤发现整圈在该位置有密集型点状或者线型缺陷，工件性能也存在分布不均的状况。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其优点在于铸锭施加合适的塑性变形，改善微观组织、细化晶粒，避免壁厚中部由于应力不均，形成微裂纹，提高工件的合格率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，包括以下步骤：S1、坯料下料；S2、坯料锻造加热；S3、加热完成的坯料进行锻造得到环坯；S4、退火；S5、机加工；S6、检验。

进一步的，在步骤S2中，坯料以≤300℃入炉，之后以≤70℃/h加热速度升温至425～440℃保温，保温时间为T1。

进一步的，在步骤S2中，保温时间T1＝坯料最大有效截面*1.5-1.8min/mm。

进一步的，所述步骤S3包括以下工步：第一工步、改锻；第二工步、镦饼和冲孔；第三工步、马架扩孔；第四工步、辗环。

进一步的，所述第一工步具体为：坯料进行Z向镦粗，镦粗变形量为45％，镦粗后的坯料进行Z向拔长，单道次拔长变形量为35～45％，同理进行坯料的X向、Y向镦拔。

进一步的，所述第二工步具体为：将镦拔完成的坯料镦粗，之后滚圆，最后冲孔，坯料壁厚高度之比为1.05～1.3。

进一步的，所述第三工步具体为：使用φ380mm芯棒，扩内孔至φ550～φ600，平高度至400～450mm；更换φ550芯棒，扩内孔至φ900～φ1000，平高至350～380mm，继续扩孔至φ1350，旋压高度至300～320mm，平整。

进一步的，所述第四工步具体为：坯料在辗环机上辗环，轴向和径向进给量降低并控制在0.3～0.5mm/s，终轧变形量为10％～16％。

进一步的，在步骤S4中，退火温度设定在335～355℃，保温时间1.5h～4h。

进一步的，锻件中Mn+Cr的含量控制在0.30～0.60％，Mg的含量控制在2.6％-3.6％。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.由于大直径棒材存在组织不均匀、晶粒粗大、成分偏析的现象，通过三向镦粗和拔长，并且合理控制镦拔锻比和控制单道次变形量，改善微观组织、细化晶粒，为后续的辗环工艺做准备；

2.减小出坯壁厚B控制在450～550mm，并控制坯料壁厚B和高度H之比为1～1.3。并在后续扩孔过程中，不断通过壁厚及高度方向交替施加变形，避免壁厚中部由于应力不均，形成微裂纹；

3.开坯后的环批，壁厚与高度之比≥1.5，环机需降低轴向与径向进给量，并不断添加乳化剂。避免端面凹槽及局部过热，导致环件表面屈服性能下降，组织不均等问题。

4.马扩过程中，壁厚变形量达到5％～10％，立刻进行高度方向的旋压平整，控制B/H的值约为1.05～1.5。在内外径壁厚及尺寸达到预定尺寸后，将剩余高度旋压至预定锻件高度尺寸。通过阶梯递增并且交替施压外圆及高度，实现锻件各个位置发生均匀的塑性变形及组织转变，规避大截面壁厚在扩孔过程中，金属流动不均产生锻造应力裂纹。

5.合理控制Mg及Mn+Cr含量。Mg在铝合金中以β(Mg2Al3)相形式存在，起到弥散强化的目的。提高Mg的含量，能够提高合金强度，但会降低一定的塑性。适当提高Mn+Cr的含量并内控在0.30～0.60％，能起到阻碍晶粒长大的作用，是铸锭组织致密，保证锻件基体性能、焊接抗热裂纹性及耐腐蚀性。

6.在335～355℃均热保温1.5h～4h，材料在消除锻造组织的同时，经过回复与再结晶，并留有富余满足而随着温度的升高的情况下，衍生率、抗拉强度、屈服强度的要求。

附图说明

图1是提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法的步骤示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、坯料下料：原料材尺寸为φ770～800mm铸棒，长度为L。控制原材料即锻件中的Mg及Mn+Cr含量。Mg的含量控制在2.6％-3.6％，Mg在铝合金中以β(Mg2Al3)相形式存在，起到弥散强化的目的。提高Mg的含量，能够提高合金强度，但会降低一定的塑性。适当提高Mn+Cr的含量并内控在0.30～0.60％，能起到阻碍晶粒长大的作用，是铸锭组织致密，保证锻件基体性能、焊接抗热裂纹性及耐腐蚀性。

S2、坯料锻造加热：坯料以≤300℃入炉，之后以≤70℃/h加热速度升温至425～440℃保温，保温时间为T1。其中保温时间T1＝坯料最大有效截面*1.5-1.8min/mm。

S3、加热完成的坯料进行锻造得到环坯。具体包括以下工步：

第一工步：改锻。具体为坯料Z向镦粗至H1，镦粗变形量(L-H1)/L为45％。之后坯料Z向拔长至L1，单道次拔长变形量为35～45％。同理进行X向、Y向镦拔。

第二工步：镦饼和冲孔。具体为坯料最后一次镦粗为轴向至高度H2(H2≈500)；滚圆、冲孔。坯料壁厚高度之比为1.05～1.3，并在后续扩孔过程中，不断通过壁厚及高度方向交替施加变形，避免壁厚中部由于应力不均，形成微裂纹。

第三工步：马架扩孔。使用φ380芯棒，扩内孔至φ550～φ600，平高度至400～450mm；更换φ550芯棒，扩内孔至φ900～φ1000，平高至350～380mm。继续扩孔至φ1350，旋压高度至300～320mm，平整。马扩过程中，壁厚变形量达到5％～10％，立刻进行高度方向的旋压平整，控制B/H的值约为1～1.5。在内外径壁厚及尺寸达到预定尺寸后，将剩余高度旋压至预定锻件高度尺寸。通过阶梯递增并且交替施压外圆及高度，实现锻件各个位置发生均匀的塑性变形及组织转变。规避大截面壁厚在扩孔过程中，金属流动不均产生锻造应力裂纹。

第四工步：辗环。将回炉加热的坯料，用锻造装取料及转运至合适的环机上进行辗环。由于铝镁合金硬化指数较高，轴向、径向进给量降低并控制在0.3～0.5mm/s，终轧变形量为10％～16％。环坯壁厚与高度之比≥1.5，环机需降低轴向与径向进给量，并不断添加乳化剂。避免端面凹槽及局部过热，导致环件表面屈服性能下降和组织不均等问题。

S4、退火：将坯料送入炉中退火，退火温度设定在335～355℃，保温时间1.5h～4h。退火可以消除机械加工引起内应力，提高锻件的塑料，方便之后的尺寸加工，并留有富余满足而随着温度的升高的情况下，衍生率、抗拉强度、屈服强度的要求。保证在锻件在140℃的温度条件工作下，材料抗拉强度下降4％～8％，屈服强度降幅不明显，衍生率会提高约4～10个百分点，依然满足力学要求。

S5、机加工：将退火完成的坯料按照图纸尺寸进行加工。

S6、检验：按要求进行尺寸检测、室温综合拉伸检测、140℃综合拉伸检测、表面探伤以及超声波UT探伤。

检测结果：

1、超声波UT探伤结果见下表：

锻件依照ASTM B594C级标准检测，无可记录缺陷。

2、锻件室温拉伸检测：

检测标准：欧标EN573-3，其中标准为：Rm-180Mpa、Rp0.2-80Mpa、A-50％。

随机选择9件不同的批次的成品进行测试，其结果见下表：

从检测结果可以看出，锻件的抗拉强度Rm和延伸率A都远远高于标准，其屈服强度Rp0.2也高于标准，证明采用本发明记载方法制造的锻件具有优秀的力学性能。

3、锻件140℃拉伸检测：

检测标准：欧标EN573-3，其中标准为：Rm-180Mpa、Rp0.2-80Mpa、A-50％随机选择7件不同的批次的成品进行测试，其结果见下表：

组别编号	Rm/Mpa	Rp0.2/Mpa	A/％
				1	212	108	37.5
2	210	108	36.5
				3	211	106	32.5
4	205	104	31.0
				5	205	108	34.5
6	200	98	36.0
				7	203	94	31.5

从检测结果可以看出，在140摄氏度的温度条件下，锻件的抗拉强度Rm和屈服强度Rp0.2基本没有太大的变化，延伸率A提高，锻件依然满足力学要求。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、坯料下料；S2、坯料锻造加热；S3、加热完成的坯料进行锻造得到环坯；S4、退火；S5、机加工；S6、检验。

2.根据权利要求1所述的一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其特征在于：在步骤S2中，坯料以≤300℃入炉，之后以≤70℃/h加热速度升温至425～440℃保温，保温时间为T1。

3.根据权利要求2所述的一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其特征在于：在步骤S2中，保温时间T1＝坯料最大有效截面*1.5-1.8min/mm。

4.根据权利要求1所述的一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下工步：第一工步、改锻；第二工步、镦饼和冲孔；第三工步、马架扩孔；第四工步、辗环。

5.根据权利要求4所述的一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其特征在于：所述第一工步具体为：坯料进行Z向镦粗，镦粗变形量为45％，镦粗后的坯料进行Z向拔长，单道次拔长变形量为35～45％，同理进行坯料的X向、Y向镦拔。

6.根据权利要求4所述的一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其特征在于：所述第二工步具体为：将镦拔完成的坯料镦粗，之后滚圆，最后冲孔，坯料壁厚高度之比为1.05～1.3。

7.根据权利要求4所述的一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其特征在于：所述第三工步具体为：使用φ380mm芯棒，扩内孔至φ550～φ600，平高度至400～450mm；更换φ550芯棒，扩内孔至φ900～φ1000，平高至350～380mm，继续扩孔至φ1350，旋压高度至300～320mm，平整。

8.根据权利要求4所述的一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其特征在于：所述第四工步具体为：坯料在辗环机上辗环，轴向和径向进给量降低并控制在0.3～0.5mm/s，终轧变形量为10％～16％。

9.根据权利要求1所述的一种提高大壁厚5754铝合金锻件合格率的锻造方法，其特征在于：在步骤S4中，退火温度设定在335～355℃，保温时间1.5h～4h。

10.一种根据权利要求1-9中任一项权利要求所述的方法制备的锻件，其特征在于：锻件中Mn+Cr的含量控制在0.30～0.60％，Mg的含量控制在2.6％-3.6％。