一种航天用铝合金自由锻件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝合金自由锻件的制造方法。
【背景技术】
[0002]现有的传统高强高韧铝合金，如Al-Zn-Mg-Cu系7050合金，强度韧性高但不耐蚀；中强可焊铝合金，如Al-Zn-Mg系7005和7020合金，耐蚀但强度较低，均无法解决具有高强度的同时具有高的耐蚀性能和密度小的问题，无法满足航天领域对铝合金材料高强、耐蚀、轻质的要求。
[0003]目前，我国某项航天用产品需要一种自由锻件，要求此种铝合金自由锻件抗拉强度达到460N/mm2、规定非比例延伸强度达到420N/mm2、断后伸长率达到8%、断裂韧性不小于27MPa.πι1/2、密度不大于2.8g/cm3、应力腐蚀性能在室温浸泡在质量浓度为3.5%的NaCl溶液中加载0.75 σ。.2断裂时间大于100h，可以满足航天领域对新材料的应用要求。
【发明内容】
[0004]本发明目的是要解决目前铝合金自由锻件无法同时具有高强度和高耐蚀性能以及密度小的问题，从而无法满足航天领域对铝合金材料高强、耐蚀、轻质的要求的技术问题，而提供一种航天用铝合金自由锻件的制造方法。
[0005]本发明的一种航天用铝合金自由锻件的制造方法是按以下步骤进行的:
[0006]—、制备铝合金溶液:按照元素的质量百分比Zn:5.5%?7.5%、Mg:1.5%?3.0%Xu:0.2%?0.55%、Zr:0.05%?0.18%、S1:彡 0.10%、Fe:彡 0.15%、Mn:0.2%?0.45%,Cr:0.005%?0.l%、T1:0.01%?0.05%、Sc:0.15%?0.45%和余量 Al 的比例分别称取纯招锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、招钪合金锭、招错合金锭、招钛合金锭和招钛硼丝，然后在温度为740°C?760°C条件下熔炼8h?10h，得到铝合金熔液；
[0007]二、制备圆铸锭:将步骤一中得到的铝合金熔液在温度为700°C?750°C、铸造速度为40mm/min?90mm/min、冷却水强度为0.03MPa?0.06MPa和冷却水温度为15°C?35°C的条件下，饶注成直径为170mm和长度为3500mm?5000mm的圆铸锭；
[0008]三、双级均匀化退火处理:将步骤二得到的圆铸锭进行双级均匀化退火处理，得到退火的圆铸锭；所述的双级均匀化退火处理具体为:将步骤二得到的圆铸锭在温度为3500C?3600C的条件下保温8h?10h，然后从温度为350 V?360 V升温至460 V?470 V，在温度为460°C?470°C的条件下保温18h?20h，出炉后自然冷却至室温；
[0009]四、制备锻件坯料:在车床上将步骤三得到的退火的圆铸锭的表面氧化皮全部车削掉，得到直径为162mm的铝合金圆铸锭，然后锯切成长度为500mm的锻件坯料；
[0010]五、自由锻造:将步骤四得到的长度为500mm的锻件坯料在温度为430°C?450°C的电阻加热炉中加热5h?7h，降温至380°C?400°C，然后在温度为380°C?400°C条件下进行三次拔长自由锻造，得到尺寸为(150mm?160mm) X (160mm?170mm) X (350mm?360mm)的立方体锻件；
[0011]六、固溶和淬火处理:将步骤五得到的尺寸为(150mm?160mm) X (160mm?170mm) X (350mm?360mm)的立方体锻件在铁床上铁成尺寸为(135mm?145mm) X (145mm?155mm) X (335mm?345mm)的立方体自由锻件，在温度为470 °C?480 °C的盐浴炉中保温180min?200min，在30s内转移至温度为30°C?40°C的水中，并在温度为30°C?40°C的水中淬火，得到淬火后的铝合金锻件；
[0012]七、冷变形处理:将步骤六中得到的淬火后的铝合金锻件在I万吨锻造机上施加3%?5%变形量进行室温变形处理，得到变形处理后的铝合金锻件；
[0013]八、双级时效处理:将步骤七得到的冷变形处理的铝合金锻件进行双级时效处理；所述的双级时效处理具体为:将步骤七得到的冷变形处理的铝合金锻件在温度为120°C?130°C下保温6h?10h，然后从温度为120°C?130°C升温至150 °C?160°C，在温度为150°C?160°C的条件下保温Sh?10h，自然冷却至室温，在铣床上铣面成尺寸为130mmX 140mmX 330mm的铝合金自由锻件，得到航天用铝合金自由锻件。
[0014]本发明的优点:
[0015]本发明通过优化合金成分，锻造之后采用优化的固溶和时效工艺，达到了铝合金自由锻件的综合性能需求，制备的铝合金自由锻件的表面质量良好，工业生产中成品锻件性能好，综合力学性能优良，通过GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》试验T7452状态自由锻件抗拉强度大于460N/mm2、规定非比例延伸强度大于420N/mm2、断后伸长率大于8%、断裂韧性大于27MPa*m1/2;通过GB/T 22640《铝合金加工产品的环形试样应力腐蚀试验方法》试验T7452态铝合金自由锻件的应力腐蚀性能在室温浸泡于质量浓度为3.5%的NaCl溶液中加载0.75 σ。.2断裂时间大于10h ;密度小于2.8g/cm 3。
【具体实施方式】
[0016]【具体实施方式】一:本实施方式为一种航天用铝合金自由锻件的制造方法，具体是按以下步骤进行的:
[0017]—、制备铝合金溶液:按照元素的质量百分比Zn:5.5%?7.5%、Mg:1.5%?3.0%Xu:0.2%?0.55%、Zr:0.05%?0.18%、S1:彡 0.10%、Fe:彡 0.15%、Mn:0.2%?0.45%,Cr:0.005%?0.l%、T1:0.01%?0.05%、Sc:0.15%?0.45%和余量 Al 的比例分别称取纯招锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、招钪合金锭、招错合金锭、招钛合金锭和招钛硼丝，然后在温度为740°C?760°C条件下熔炼8h?10h，得到铝合金熔液；
[0018]二、制备圆铸锭:将步骤一中得到的铝合金熔液在温度为700°C?750°C、铸造速度为40mm/min?90mm/min、冷却水强度为0.03MPa?0.06MPa和冷却水温度为15°C?35°C的条件下，饶注成直径为170mm和长度为3500mm?5000mm的圆铸锭；
[0019]三、双级均匀化退火处理:将步骤二得到的圆铸锭进行双级均匀化退火处理，得到退火的圆铸锭；所述的双级均匀化退火处理具体为:将步骤二得到的圆铸锭在温度为3500C?3600C的条件下保温8h?10h，然后从温度为350 V?360 V升温至460 V?470 V，在温度为460°C?470°C的条件下保温18h?20h，出炉后自然冷却至室温；
[0020]四、制备锻件坯料:在车床上将步骤三得到的退火的圆铸锭的表面氧化皮全部车削掉，得到直径为162mm的铝合金圆铸锭，然后锯切成长度为500mm的锻件坯料；
[0021]五、自由锻造:将步骤四得到的长度为500mm的锻件坯料在温度为430°C?450°C的电阻加热炉中加热5h?7h，降温至380°C?400°C，然后在温度为380°C?400°C条件下进行三次拔长自由锻造，得到尺寸为(150mm?160mm) X (160mm?170mm) X (350mm?360mm)的立方体锻件；
[0022]六、固溶和淬火处理:将步骤五得到的尺寸为(150mm?160mm) X (160mm?170mm) X (350mm?360mm)的立方体锻件在铁床上铁成尺寸为(135mm?145mm) X (145mm?155mm) X (335mm?345mm)的立方体自由锻件，在温度为470 °C?480 °C的盐浴炉中保温180min?200min，在30s内转移至温度为30°C?40°C的水中，并在温度为30°C?40°C的水中淬火，得到淬火后的铝合金锻件；
[0023]七、冷变形处理:将步骤六中得到的淬火后的铝合金锻件在I万吨锻造机上施加3%?5%变形量进行室温变形处理，得到变形处理后的铝合金锻件；
[0024]八、双级时效处理:将步骤七得到的冷变形处理的铝合金锻件进行双级时效处理；所述的双级时效处理具体为:将步骤七得到的冷变形处理的铝合金锻件在温度为120°C?130°C下保温6h?10h，然后从温度为120°C?130°C升温至150 °C?160°C，在温度为150°C?160°C的条件下保温Sh?10h，自然冷却至室温，在铣床上铣面成尺寸为130mmX 140mmX 330mm的铝合金自由锻件，得到航天用铝合金自由锻件。
[0025]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:步骤一所述的纯铝锭的纯度大于99.7%。其他与【具体实施方式】一相同。
[0026]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二的不同点是:步骤一所述的铝钛硼丝中钛的质量分数为5%，硼的质量分数为0.2%，其余为铝。其他与【具体实施方式】一或二相同。
[0027]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三的不同点是:步骤二中将步骤一中得到的铝合金熔液在温度为750°C、铸造速度为60mm/min、冷却水强度为0.06MPa和冷却水温度为25°C的条件下，浇注成直径为170_和长度为3500mm的圆铸锭。其他与【具体实施方式】一至三相同。
[0028]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四的不同点是:步骤三中将步骤二得到的圆铸锭进行双级均匀化退火处理，得到退火的圆铸锭；所述的双级均匀化退火处理具体为:将步骤二得到的圆铸锭在温度为360°C的条件下保温10h，然后从温度为360°C升温至470°C，在温度为470°C的条件下保温20h，出炉后自然冷却至室温。其他与【具体实施方式】一至四相同。
[0029]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五的不同点是:步骤六所述的盐浴炉的加热介质由质量分数为25%的硝酸钾和质量分数为75%硝酸钠组成。其他与【具体实施方式