CN114160748A - 提高2a70合金环形锻件组织均匀性的锻造方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于锻造热加工领域，涉及提高2A70合金环形锻件组织均匀性的锻造方法及装置。该方法包括：镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节，对变形量分别进行控制，其中镦饼冲孔变形量最大，终扩孔变形量次之，马架扩孔平端面变形量最小；其中，坯料入炉镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节中均采用到温入炉，其中，三个环节采用相同的加热温度；镦饼冲孔、马架扩孔平端面、扩孔三个环节中加热保温系数按2.0mm/s计算，加热温度420～470℃，最短保温时间按60min计算。

Description

提高2A70合金环形锻件组织均匀性的锻造方法及装置

技术领域

本发明属于锻造热加工领域，涉及提高2A70合金环形锻件组织均匀性的锻造方法。

背景技术

2A70合金是可热处理强化的合金，该合金具有高的耐热性，使用温度在200℃～250℃，冷热加工性能较好，焊接性能适中。用于制造航空发动机活塞、叶轮、轮盘、压气机叶片以及其他在较高温度下使用的零件。尤其是在航空航天等领域使用的回转体零部件对锻件的尺寸、性能及组织要求较高。

2011年6月8日的中国发明专利说明书CN102085552A公开了一种2A70铝合金薄壁环件的辗轧成形方法，该方法主要说明了轧制过程中薄壁环件出现塑性失稳而产生轧扁、喇叭口等现象，最终不满足加工要求容易产生报废。由于2A70合金的成形性能，在轧制过程中，温度控制、每火次变形量控制、变形速率控制不到位，都会直接影响组织的均匀性，使得产品无法满足最终所需要求，造成产品报废而产生很大的资源浪费。

发明内容

本发明的目的是：为了解决2A70环形锻件的组织不均匀问题，提供提高2A70合金环形锻件组织均匀性的锻造方法及装置。

技术方案：

一种提高2A70合金环形锻件组织均匀性的锻造方法，包括：

镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节，对变形量分别进行控制，其中镦饼冲孔变形量最大，终扩孔变形量次之，马架扩孔平端面变形量最小；

其中，坯料入炉镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节中均采用到温入炉，其中，三个环节采用相同的加热温度；

镦饼冲孔、马架扩孔平端面、扩孔三个环节中加热保温系数按2.0mm/s计算，加热温度420～470℃，最短保温时间按60min计算。

镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节，包括：

步骤一：坯料按加热温度入炉并保温，镦饼至锻件高度尺寸，再进行冲孔，镦饼和冲孔的要求压下速度为8～15mm/s，镦饼的变形量为40％～60％；

步骤二：车由冲孔形成的内孔；并对内孔上下端面进行倒角R10～R15，吹砂打磨；

步骤三：按马架扩孔的加热制度，将车后的坯料按加热温度入炉并保温，将保温后坯料马架扩孔、平端面至荒型尺寸，得到荒型，锻造火次及每火次的变形量根据锻件实际尺寸设置，要求每火次马架扩孔变形量不小于20％；

步骤四：利用车床对荒型的内外圆棱角进行倒角R10～R30；

步骤五：终扩孔时将荒型按加热温度入炉并保温，保温后将荒型扩孔至锻件图尺寸，得到锻件，锻造火次及变形量根据锻件实际尺寸设置，要求最后一火变形量控制不小于25％，主变形环增速为3～7mm/s。

荒型的倒角计算公式为：

R＝Min{0.3*δ，0.2*H}，其中R为倒角尺寸，δ为荒型的壁厚，H为荒型的高度。

步骤五之后，所述方法还包括：

步骤六：根据热处理制度对锻件进行热处理；

步骤七：将热处理后的锻件进行理化测试，各项性能指标达到标准，组织符合要求。

内孔车削单边量为至少5mm。

一种提高2A70合金环形锻件组织均匀性的锻造装置，包括：

锻造单元，用于镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节，对变形量分别进行控制，其中镦饼冲孔变形量最大，终扩孔变形量次之，马架扩孔平端面变形量最小；

其中，坯料入炉镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节中均采用到温入炉，其中，三个环节采用相同的加热温度；

镦饼冲孔、马架扩孔平端面、扩孔三个环节中加热保温系数按2.0mm/s计算，加热温度420～470℃，最短保温时间按60min计算。

锻造单元具体用于：

坯料按加热温度入炉并保温，镦饼至锻件高度尺寸，再进行冲孔，镦饼和冲孔的要求压下速度为8～15mm/s，镦饼的变形量为40％～60％；

车由冲孔形成的内孔；并对内孔上下端面进行倒角R10～R15，吹砂打磨；

按马架扩孔的加热制度，将车后的坯料按加热温度入炉并保温，将保温后坯料马架扩孔、平端面至荒型尺寸，得到荒型，锻造火次及每火次的变形量根据锻件实际尺寸设置，要求每火次马架扩孔变形量不小于20％；

利用车床对荒型的内外圆棱角进行倒角R10～R30；

终扩孔时将荒型按加热温度入炉并保温，保温后将荒型扩孔至锻件图尺寸，得到锻件，锻造火次及变形量根据锻件实际尺寸设置，要求最后一火变形量控制不小于25％，主变形环增速为3～7mm/s。

荒型的倒角计算公式为：

R＝Min{0.3*δ，0.2*H}，其中R为倒角尺寸，δ为荒型的壁厚，H为荒型的高度。

有益效果：2A70合金环形锻件的锻造方法通过温度控制、锻件生产火次控制，特别是各环节工艺参数的控制，包括温度、时间、变形量及变形速率的控制，使得最终锻件的组织达到均匀，产品满足最终所需要求，有效提高产品合格率。

具体实施方式

一种2A70合金环形锻件成形方法，包括镦饼冲孔、马架扩孔平端面、扩孔三个环节，对变形量分别进行控制，其中镦饼冲孔变形量最大，扩孔变形量次之，马架扩孔平端面变形量最小。

在坯料入炉镦饼冲孔、马架扩孔平端面、扩孔三个环节中均采用到温入炉，其中，三个环节采用相同的加热温度。

镦饼冲孔、马架扩孔平端面、扩孔三个环节中加热保温系数按2.0mm/s计算，加热温度420～470℃，最短保温时间按60min计算。

所述的2A70合金环形锻件的锻造方法，具体步骤如下：

步骤一：坯料按加热温度入炉并保温，镦饼至锻件高度尺寸，再进行冲孔，镦饼冲孔过程中要求压下速度为8～15mm/s，变形量为40％～60％；

步骤二：车内孔单边至少5mm；并对内孔上下端面进行倒角，吹砂打磨；

步骤三：车完内孔后的锻件再按马架扩孔的加热制度，将坯料按加热温度入炉并保温，保温后将锻件马架扩孔平端面至荒型尺寸，锻造火次及每火次的变形量根据锻件实际尺寸设置，要求每火次变形量不小于20％；

步骤四：利用车床对荒型的内外圆棱角进行倒角R10～R30，避免在环轧过程中进行端面轧制使得内外圆棱角发生过热粗晶；

步骤五：终扩孔时荒型按加热温度入炉并保温，保温后将荒型扩孔至锻件图尺寸，锻造火次及变形量根据锻件实际尺寸设置，要求最后一火变形量控制不小于25％，主变形环增速为3～7mm/s；

步骤六：根据热处理制度对锻件进行热处理；

步骤七：将热处理后的锻件进行理化测试，各项性能指标达到标准，组织符合要求。

实施例

所需2A70合金环形锻件尺寸为：Φ1150±5(外径)×Φ1000±5(内径)×300±3(高度)，该铝合金锻件为壁厚约为75mm，高度和厚度之比为4。根据2A70合金环形锻件尺寸确定下料规格为：Φ400×680mm。本发明实施例中，该2A70合金环形锻件对应的终锻温度设定在360℃～400℃。

根据2A70合金相图，将按规格下料的坯料按450℃加热温度装入电炉并进行保温，保温时间为400mm×2.0min/mm＝800min。出炉转移坯料至2500t快锻机上进行镦饼冲孔，冲孔芯料尺寸为Φ200×120mm。

坯料冲孔后进行空冷，冷却后切除内孔表面，单边深度5mm，此时，坯料内径为210mm。内孔与上下端面棱角处进行倒角，倒角半径为20mm。

将坯料按450℃加热温度装入电炉并进行保温，保温时间为400min。出炉转移坯料至2500t快锻机进行第一火次的马架扩孔平端面，当坯料内孔扩大至Φ400mm时，对其进行平端面至300，变形量约为25％，在坯料低于终锻温度后回炉加热，在450℃保温时间为230min，出炉转移坯料至2500t快锻机进行第二火次马架扩孔平端面，坯料内径扩大至Φ650，变形量约为27％。

此时，坯料的内外圆圆角均已充满，需要加工棱角倒角，防止终扩大变形时棱角过热导致组织不均匀，加工倒角后可进行终扩孔。

将预扩孔后的坯料待冷却后对内外圆与端面棱角进行倒角，倒角半径为30mm。

将完成倒角后的坯料按450℃加热温度装入电炉并进行保温，保温时间为220min。出炉转移坯料至Φ2200数控径轴向轧环机上进行终扩孔，终扩孔环增速设定为5mm/s，坯料内径扩大至Φ1000，变形量约为32％，扩孔时间为70s。

按照锻件技术要求条件Q/S20.2308的验收标准进行热处理和最终粗加工及理化，布氏硬度、断口、室温拉伸、低倍组织、高倍组织、探伤均满足锻件标准要求。

Claims (8)

1.一种提高2A70合金环形锻件组织均匀性的锻造方法，其特征在于，包括：

镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节，对变形量分别进行控制，其中镦饼冲孔变形量最大，终扩孔变形量次之，马架扩孔平端面变形量最小；

其中，坯料入炉镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节中均采用到温入炉，其中，三个环节采用相同的加热温度；

镦饼冲孔、马架扩孔平端面、扩孔三个环节中加热保温系数按2.0mm/s计算，加热温度420～470℃，最短保温时间按60min计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节，包括：

步骤一：坯料按加热温度入炉并保温，镦饼至锻件高度尺寸，再进行冲孔，镦饼和冲孔的要求压下速度为8～15mm/s，镦饼的变形量为40％～60％；

步骤二：车由冲孔形成的内孔；并对内孔上下端面进行倒角R10～R15，吹砂打磨；

步骤三：按马架扩孔的加热制度，将车后的坯料按加热温度入炉并保温，将保温后坯料马架扩孔、平端面至荒型尺寸，得到荒型，锻造火次及每火次的变形量根据锻件实际尺寸设置，要求每火次马架扩孔变形量不小于20％；

步骤四：利用车床对荒型的内外圆棱角进行倒角R10～R30；

步骤五：终扩孔时将荒型按加热温度入炉并保温，保温后将荒型扩孔至锻件图尺寸，得到锻件，锻造火次及变形量根据锻件实际尺寸设置，要求最后一火变形量控制不小于25％，主变形环增速为3～7mm/s。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，荒型的倒角计算公式为：

R＝Min{0.3*δ，0.2*H}，其中R为倒角尺寸，δ为荒型的壁厚，H为荒型的高度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤五之后，所述方法还包括：

步骤六：根据热处理制度对锻件进行热处理；

步骤七：将热处理后的锻件进行理化测试，各项性能指标达到标准，组织符合要求。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，内孔车削单边量为至少5mm。

6.一种提高2A70合金环形锻件组织均匀性的锻造装置，其特征在于，包括：

锻造单元，用于镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节，对变形量分别进行控制，其中镦饼冲孔变形量最大，终扩孔变形量次之，马架扩孔平端面变形量最小；

其中，坯料入炉镦饼冲孔、马架扩孔平端面、终扩孔三个环节中均采用到温入炉，其中，三个环节采用相同的加热温度；

镦饼冲孔、马架扩孔平端面、扩孔三个环节中加热保温系数按2.0mm/s计算，加热温度420～470℃，最短保温时间按60min计算。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，锻造单元具体用于：

坯料按加热温度入炉并保温，镦饼至锻件高度尺寸，再进行冲孔，镦饼和冲孔的要求压下速度为8～15mm/s，镦饼的变形量为40％～60％；

车由冲孔形成的内孔；并对内孔上下端面进行倒角R10～R15，吹砂打磨；

按马架扩孔的加热制度，将车后的坯料按加热温度入炉并保温，将保温后坯料马架扩孔、平端面至荒型尺寸，得到荒型，锻造火次及每火次的变形量根据锻件实际尺寸设置，要求每火次马架扩孔变形量不小于20％；

利用车床对荒型的内外圆棱角进行倒角R10～R30；

终扩孔时将荒型按加热温度入炉并保温，保温后将荒型扩孔至锻件图尺寸，得到锻件，锻造火次及变形量根据锻件实际尺寸设置，要求最后一火变形量控制不小于25％，主变形环增速为3～7mm/s。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，荒型的倒角计算公式为：

R＝Min{0.3*δ，0.2*H}，其中R为倒角尺寸，δ为荒型的壁厚，H为荒型的高度。