一种薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形控制方法。适用于大型薄壁铸造铝合金类零件。该方法根据铸件特点，加热前在铸件上安装堵盘和卡箍的方法，壁厚较厚一端朝下，垂直放置的方式入炉；分阶段加热，减小加热时的热应力；固溶阶段采用可调式工装维形，减小淬火时的变形；时效阶段继续施加预紧力，保持工装的约束力。本发明的优点：采用阶段升温、固溶、时效阶段可调式工装维形方法，解决了薄壁铸造铝合金热处理阶段变形控制的问题，避免了固溶后反复校形，形位尺寸难以控制的问题。通过加热前和固溶后根据变形规律施压预紧力，达到精确控制变形的目的。
【专利说明】一种薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形控制方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铸造铝合金热处理变形控制方法，更具体地涉及一种薄壁马鞍形铝合金铸件的热处理变形控制方法，属于铸造铝合金热处理领域，适用于大型薄壁铸造铝合金类零件的热处理。
【背景技术】
[0002]铝合金铸造结构件因具有优异的使用性能，可成形复杂构件，成本低的特点，在航空航天、船舶、轨道交通等领域应用十分广泛。随着生产制造技术指标要求的不断提高，产品的结构形式越来越复杂，紧凑程度越来越高。但对于形状复杂的结构件，如果采用传统的固溶-时效工艺热处理，将会产生较大的变形，特别是由于产品前后端固溶入水存在的差异，导致先入水一端开口，后入水一端收口，严重影响产品后续的加工和最终使用，而壁厚2~4mm的薄壁马鞍形结构铝合金铸件，结构更为复杂，变形量更大。
【发明内容】
[0003]针上述问题，本发明公开了一种薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形控制方法，旨在提供一种在固溶和时效两个阶段均采用可调式卡箍和堵盘的组合工装来控制热处理变形的技术方案，能有效地控制薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形。
[0004]本发明中，薄壁马鞍形铝合金铸件各部位，其中:壁厚相对较薄一端作为前端，壁厚相对较厚一端作为后端。
[0005]本发明采用的技 术方案，主要通过在铸件前后两端采用可调式工装，可精确控制开口部分的张口和收口的情况，对前端的内侧螺栓施加预紧力，防止收口，对后端的外侧螺栓施加预紧力，防止张口，并配合限制性的固溶-时效热处理制度，使铸件满足后续机加工的要求，性能指标达到设计要求。
[0006]本发明的具体步骤如下:
[0007]第一步，安装工装:在待处理铸件的前端I和后端2安装堵盘4，堵盘4为带通孔凸台10的盘体；凸台高20mm,并带有2mm的斜度；敞口部位5安装二道或以上可调式的卡箍，卡箍安装位置是:在靠近铸件前端1、后端2的部位各安装一道卡箍，前端、后端卡箍的安装位置可根据铸件长度相对靠近端头；最好是安装三道卡箍，除在靠近铸件前端1、后端2的部位各安装一道卡箍外，在铸件中部3再安装一道卡箍；对各卡箍可调节螺栓施加预紧力，安装在前端的卡箍6预紧力要求内紧外松，安装在后端的卡箍7预紧力要求外紧内松，安装在中部的卡箍8预紧力内外约束力值一致；
[0008]第二步，入炉方式:后端2朝下，铸件垂直摆放；
[0009]第三步，升温阶段:选择200~300°C入炉，以70~100°C /h的速度升至510~520 0C，保温0.2~0.6 h ;以0.5°C /min的升温速度升至520~545 °C ；
[0010]第四步，固溶阶段:铸件在520~545°C保温8~20h，然后转入水中固溶，最好以不大于IOs的转移速度迅速入水，水温要求50~60°C ;铸件在水中停留5~IOmin ；[0011]第五步，调节工装:固溶处理后，对卡箍的可调节螺栓施加预紧力，安装在前端I的卡箍要求内紧外松，安装在后端2的卡箍要求外紧内松，此步要求在Ih内完成；
[0012]第六步，时效:铸件在空气中自然时效7~9h，然后进行人工时效，要求温度140~170°C，保温时间6~10h，出炉冷却。
[0013]本发明与现有技术的不同之处在于:
[0014]I)在薄壁马鞍形铝合金铸造结构件开口部位安装三道可调式的卡箍，从而可以更加具体的根据变形量来施加不同的预紧力，从而最大限度的控制变形量。
[0015]2)可调式卡箍工装为非单一方向施加预紧力，而是可以在内外二维方向施加反方向的力。
[0016]3 )堵盘工装配合三道卡箍的组合式工装，两者对铸件一起作用，控制热处理变形效果较好。
[0017]4)铸件壁厚较厚一端朝下，铸件垂直摆放，这对热处理变形的控制也是至关重要的。
[0018]本发明的有益效果:
[0019]I)采用堵盘加三道卡箍的方法，相对于专用模具控制变形，结构简单，易于操作，可达到控制变形的目的。 [0020]2)通过掌握铸件变形的规律，采用可调节螺栓施加预紧力，达到反变形的目的。
[0021]3)铸件固溶、时效阶段全过程保持工装的约束，节省了固溶后校形的工序，避免了校形尺寸精度较难控制和复杂构件容易产生裂纹的风险。
[0022]4)规定了淬火转移的时间和水温的要求，有利于铸件达到较高性能和最小变形最佳的结合点。
[0023]本发明采用阶段升温、固溶、时效阶段可调式工装维形方法，壁厚较厚一端朝下，垂直入炉；分阶段加热，减小加热时的热应力；固溶阶段采用可调式工装维形，减小淬火时的变形；时效阶段继续施加预紧力，保持工装的约束力。该方法解决了薄壁铸造铝合金热处理阶段变形控制的问题，避免了固溶后反复校形，形位尺寸难以控制的问题，通过加热前和固溶后根据变形规律施压预紧力，达到精确控制变形的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是薄壁马鞍型铸件结构示意及三道卡箍和堵盘安装位置简图
[0025]图2图1的左视剖视示意图
[0026]图3前后端堵盘示意图
[0027]图4铸件入炉摆放方式示意图
[0028]图中标记分别表不:I一铸件前端，2—铸件后端，3—铸件中部，4一堵盘,5—敞口部位，6—前端卡箍,7一后端卡箍,8一中部卡箍,9一薄壁马鞍型铸件横截面，10—凸台。
【具体实施方式】
[0029]下面，结合附图和具体实施例，对发明的实施方式作进一步的说明。
[0030]以薄壁马鞍形铸件变形控制为例，其形状尺寸见图1，材料为ZLl 14A，树脂砂型铸造，铸件总长为1260mm，截面最大直径为526mm，高度为212mm。薄壁区厚度毛坯厚度为9mm，机加工去除外皮尺寸，外圆加工到Φ 514，内圆加工到Φ 402，壁厚要求满足2.5mm。整个内腔要求不加工。热处理前后要求变形开口部位张口或收口变形量不超过2mm。同炉试杆满足性能σ b≥320MPa, δ 5≥8%的要求。
[0031]实施例1:
[0032]第一步，安装工装:铸件两端安装堵盘工装，堵盘结构形式如图3。敞口部位前端、后端及中部安装三道卡箍，规定了三道卡箍的位置，前端卡箍6距前端60mm位置，中间卡箍8距前端600mm位置，后端卡箍7距前端面1200mm位置。并对可调节螺栓施加预紧力，前端卡箍6要求可调节螺栓内紧外松，后端卡箍7要求可调节螺栓外紧内松，中端卡箍8内外约束力一致。
[0033]第二步，确定入炉方式:选择后端2朝下，铸件垂直摆放。固溶采用抽底式铝合金淬火炉。入炉方式如图4所示。
[0034]第三步，升温阶段:选择200°C入炉，以70°C /h的速度升至510°C，保温0.2h。以
0.50C /min的升温速度升至520°C。
[0035]第四步，固溶阶段:铸件在520°C保温8h，然后转入水中固溶，水温要求50°C。铸件在水中停留5min。
[0036]第五步，调节工装:固溶后调整工装，施加预紧力，前端要求内紧外松，后端要求外紧内松。此步在Ih内完成。
[0037]第六步，时效:铸件在空气中自然时效7小时，然后立即转移值烘箱进行人工时效，时效温度140°C，保温时间6h，出炉空气冷却。
[0038]拆除工装，测量热处理后铸件的开口部位张口变形量为1.5mm，收口变形量为
1.2mm,性能σ b=328MPa, δ 5=17%,满足工序间尺寸要求和设计性能要求。
[0039]实施例2:
[0040]第一步安装工装:铸件两端安装堵盘工装，堵盘结构形式如图3。敞口部位安装三道卡箍，规定了三道卡箍的位置，前端卡箍6距前端60mm位置，中间卡箍8距前端600mm位置，后端卡箍7距前端面1200mm位置。并对可调节螺栓施加预紧力，前端卡箍6要求可调节螺栓内紧外松，后端卡箍7要求可调节螺栓外紧内松，中端卡箍8内外约束力一致。
[0041]第二步确定入炉方式:选择后端2朝下，铸件垂直摆放。固溶采用抽底式铝合金淬火炉。入炉方式如图4所示。
[0042]第三步升温阶段:选择300°C入炉，以100°C /h的速度升至520°C，保温0.6h。以
0.50C /min的升温速度升至545°C。
[0043]第四步固溶阶段:铸件在545°C保温20h，然后转入水中固溶，水温要求60°C。铸件在水中停留lOmin。
[0044]第五步调节工装:固溶后调整工装，施加预紧力，前端要求内紧外松，后端要求外紧内松。此步在Ih内完成。
[0045]第六步时效:铸件在空气中自然时效9小时，然后立即转移值烘箱进行人工时效，时效温度170°C，保温时间10h，出炉空气冷却。
[0046]拆除工装，测量热处理后铸件的开口部位张口变形量为1.3mm，收口变形量为1mm，性能σ b=340MPa, δ 5=15%,满足工序间尺寸要求和设计性能要求。
[0047]实施例3:为本发明最佳实施例[0048]第一步，安装工装:铸件两端安装堵盘工装，堵盘结构形式如图3。敞口部位安装三道卡箍，规定了三道卡箍的位置，前端卡箍6距前端60mm位置，中间卡箍8距前端600mm位置，后端卡箍7距前端面1200mm位置。并对可调节螺栓施加预紧力，前端卡箍6要求可调节螺栓内紧外松，后端卡箍7要求可调节螺栓外紧内松，中端卡箍8内外约束力一致。
[0049]第二步，确定入炉方式:选择后端2朝下，铸件垂直摆放。固溶采用抽底式铝合金淬火炉。入炉方式如图4所示。
[0050]第三步，升温阶段:选择300°C入炉，以80°C /h的速度升至520°C，保温0.2h。以
0.50C /min的升温速度升至540°C。
[0051]第四步，固溶阶段:铸件在540°C保温14h，然后以不大于IOs的转移速度迅速转入水中固溶，水温要求55°C。铸件在水中停留8min。
[0052]第五步，调节工装:固溶后调整工装，施加预紧力，前端要求内紧外松，后端要求外紧内松。此步在Ih内完成。
[0053]第六步，时效:铸件在空气中自然时效8小时，然后立即转移值烘箱进行人工时效，时效温度155°C，保温时间7.5h，出炉空气冷却。
[0054]拆除工装，测量热处理后铸件的开口部位张口变形量为1.2mm，收口变形量为
1.0mm,性能σ b=360MPa, δ 5=12%,满足工序间尺寸要求和设计性能要求。
[0055]以上所述仅为本 发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形控制方法，其具体步骤为: 第一步，安装工装:在待处理铸件的前端和后端安装堵盘，敞口部位安装二道或以上可调式的卡箍，在靠近铸件前端、后端的部位各安装一道卡箍，对各卡箍的可调节螺栓施加预紧力，安装在前端的卡箍预紧力要求内紧外松，安装在后端的卡箍预紧力要求外紧内松；第二步，入炉方式:后端朝下，铸件垂直摆放； 第三步，升温阶段:选择200~300°C入炉，以70~100°C的速度升至510~520°C，保温0.2~0.6 h，以0.50C /min的升温速度升至520~545°C ； 第四步，固溶阶段:铸件在520~545°C保温8~20h，然后转入水中固溶，水温要求50~60°C，铸件在水中停留5~IOmin ； 第五步，调节工装:固溶处理后，对卡箍的可调节螺栓施加预紧力，安装在前端的卡箍要求内紧外松，安装在后端的卡箍要求外紧内松，此步要求在Ih内完成； 第六步，时效:铸件在空气中自然时效7~9 h，然后进行人工时效，要求温度140~170°C，保温时间6~10h，出炉冷却。
2.根据权利要求1所述的薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形控制方法，其特征在于，第一步中，安装三道可调式的卡箍，除在靠近铸件前端、后端的部位各安装一道卡箍外，在铸件中部安装再一道卡箍；其中安装在中部的卡箍的预紧力内外约束力值一致。
3.根据权利要求1所述的薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形控制方法，其特征在于，第一步中，所述堵盘为 带通孔凸台的盘体，凸台高20_并带有2_的斜度。
4.根据权利要求1、2或3所述的薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形控制方法，其特征在于， 在第三步中，选择300°C入炉，以80°C /h的速度升至520°C，保温0.2h ;以0.5°C /min的升温速度升至540°C ； 在第四步中，铸件在540°C保温14h，然后以不大于IOs的转移速度迅速入水，水温要求55°C，铸件在水中停留8min ； 在第六步中，进行人工时效要求温度155°C，保温时间7.5h。
【文档编号】C22F1/04GK103834883SQ201210473191
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月20日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】贺晓军, 何智勇, 尤逢海, 刘洋, 姚为, 胡晓雪, 吴凯 申请人:北京航星机器制造公司