一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺；属于铝合金材料加工技术领域。所述等温模锻工艺是将大尺寸铝合金锻饼毛坯加热、保温后进行一次等温模锻成型，得到锻件，取出锻件后冷却，得到成品；等温模锻时，上模的下行速度为0.1～0.2mm/s。本发明通过原料的选取，锻造参数的严格控制，在保证合金晶粒不发生长大的条件下，实现了连续大变形，高效率、低成本的制备出了大尺寸、高性能铝合金零件。本发明操作容易，生产效率高，产品质量良好，实用性强，适合于工业化的推广和使用。
【专利说明】
一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺
技术领域
[0001]本发明涉及一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺;属于铝合金材料加工技术领域。
【背景技术】
[0002]由于高强铝合金中添加了大量的合金元素后，合金的塑性变差，变形难度增加，特别是对大尺寸零件进行变形，难度显著增加。目前，铝合金模锻产品主要是以中高强铝合金为主，高性能的高强铝合金锻件应用极少，等温模锻技术为难变形金属的塑性加工指出了一条有效的加工途径，而且目前对于小尺寸铝合金的等温模锻具有很好的适用性。但对于大尺寸铝合金的等温模锻依然存在以下难点:(I)其热锻次数不宜过多，每加热、模锻一次，其合金的强度就会下降一次。尤其当锻前加热温度过高，保温时间较长时，其再结晶晶粒就会长大，合金的强度下降的程度更加明显；(2)铝合金的导热系数很大，模锻时如模具温度过低，坯料温降很严重，尤其在薄壁处，温度迅速下降，使金属塑性下降，变形抗力增大，充填型腔困难；(3)铝合金大变形模锻后，由于大量新生表面出现可能引起粘模现象，并易产生折迭缺陷。
[0003]随着航空航天以及汽车产业对铝合金模锻件的需求不断增大，尤其是大尺寸高强铝合金零件的需求也是越来越大。然而，目前采用多道次等温模锻，并且每道次后对模具进行酸洗清理、修整、加热的工艺。虽然解决了铝合金变形困难以及在大变形模锻后可能产生的粘模和折迭现象，但其多次的加热会因晶粒长大，组织不均匀而导致其力学性能的降低，而且每道次的酸洗清理等工序加大了对模具的损伤，同时降低生产效率和增加成本。所以，目前的模锻工艺很难高效率、低成本的制备出直径达800mm，最大水平投影面积达0.6m2的高强铝合金模锻件。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于克服现有技术中的不足，提供一种效率高、成本低的大尺寸高强铝合金零件等温模锻工艺。制备得到的高强铝合金模锻件的直径为800_?1000mm;最小壁厚20mm，最大壁厚I OOmm，最大水平投影面积多0.6m2。
[0005]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其实施方案为:
[0006]取大尺寸铝合金锻饼按设计的毛坯尺寸加工成毛坯后，加热至350?450°C，保温5-10h后在350?450°C下进行一次等温模锻成型，保压后取出锻件后冷却，得到成品；等温模锻时，上模的下行速度为0.1?0.2mm/s。
[0007]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，铝合金锻饼毛坯晶粒细小，组织均匀，铝合金锻饼的平均晶粒粒度5 55μπι，且晶粒粒度5 55μπι的晶粒在合金中所占的比例大于等于95%。
[0008]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，铝合金锻饼的平均晶粒大小为50?55μπι，且晶粒大小在50?55μπι的晶粒在合金中所占的比例大于等于95%。
[0009]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，等温模锻时，上模下行的时间为20?30min。
[0010]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，锻模温度与坯料的加热温度相等。
[0011]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，锻模与模座基准面的配合间隙刍 0.15mm。
[0012]本发明一种大尺寸铝合金零件的等温模锻工艺，保压时间为40-60min。
[0013]本发明一种大尺寸铝合金零件的等温模锻工艺，锻件的冷却速度为:
[0014]150 ?200°C/h。
[0015]本发明一种大尺寸铝合金零件的等温模锻工艺，铝合金锻饼直径为780-820mm，厚度150_200mm。
[0016]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，铝合金以质量百分比计包括下述组分:锌(Zn)6 ?6.5、镁(Mg)2 ?2.8、铜(Cu) 1.8 ?2.3、锆(Zr)0.1?0.12、铬(Cr X0.04、锰(Mn)彡0.12、钛(Ti)彡0.05、硅(Si)彡0.10、铁(Fe)彡0.12、余量为铝。
[0017]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，制备得到的成品为800-1 OOOmm ；最小壁厚20mm，最大壁厚I OOmm，最大水平投影面积彡0.6m2。
[0018]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，所述大尺寸铝合金锻饼由以下步骤加工而成:
[0019]步骤一:将均匀化热处理后的铸造铝合金锭加热到420?450°C，保温后，在420?450 °(:进行墩粗，拔长，墩粗的变形量为30 %?50 % ;拔长的变形量为:5 %?10 %，墩粗、拔长时，其变形速度均为15?20mm/s;所述铸造铝合金锭的直径为350mm?500mm，高径比的范围在1.5?2;所述拔长为8?16面碾压拔长;墩粗时，下压的压力为30000?40000KN;
[0020]步骤二:重复步骤一中的加热、保温、墩粗、拔长工艺，直至铝合金锻坯直径大于等于800mm，得到大尺寸铝合金锻饼;重复步骤中，每次保温、墩粗的温度较前一次保温、墩粗的温度低15?20 °C。
[0021]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，模锻成形压力为40000-50000kNo
[0022]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，得到锻件后，去除压力载荷，打开模具，用下顶杆将模锻件从下模中顶出。
[0023]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，所述毛坯内部无明显裂纹、缩孔、夹杂的缺陷。
[0024]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其具体实施流程为:锻饼机加工、探伤—加热坯料—固定加热模具—模锻、保压—开模、顶出—冷却。其具体实施过程为:
[0025]1、锻饼机加工、探伤:将大尺寸铝合金锻饼车去表面可见裂纹和氧化皮后按设计的毛坯尺寸机加工成毛坯，用超声波对毛坯进行探伤检测，确保毛坯内部无明显裂纹、缩孔、夹杂等缺陷；
[0026]2、加热坯料:将毛坯置于工业电阻炉中，加热至350?450°C，保温5?1h;
[0027]3、固定加热模具:将下模座固定在等温成型加热器中，将上下模具分别固定在上下模座上，模具与模座基准面的配合间隙g0.15mm，并通过等温成型加热器对上下模具进行加热至与毛坯同等加热温度，保温3 3h;
[0028]4、模锻、保压:将毛坯从加热炉中取出，放入等温成型加热器中的上下模具内，通过锻压机经15?20min缓慢压下进行一次成型模锻，等温模锻时，上模的下行速度为0.1?0.2mm/s，压力为40000-50000kN，成型后保压40-60min;
[0029]5、开模、顶出:保压后，去除压力载荷，打开模具，用下顶杆将模锻件从下模中顶出；
[0030]6、冷却:将顶出的锻件按150?200°C/min的冷却速度进行冷却后，得到尺寸合格的铝合金模锻件成品。
[0031 ] 原理和优势
[0032]本发明一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺;采用一次等温模锻成型，制备出了直径为800_1000mm;最小壁厚20mm，最大壁厚100mm，最大水平投影面积^ 0.6m2的高强铝合金零件。克服了现有技术中很难满足制备出直径达800mm，最大水平投影面积多0.6m2的大尺寸高性能铝合金零件。其原因分析如下:
[0033]通常情况下组织越细小越均匀，合金的塑性就越好，合金的可锻性也就越高，本发明通过选择合适的温度，在保证合金晶粒不发生长大的条件下，实现了连续大变形，得到大尺寸高强铝合金等温模锻件。
[0034]1、本发明所用原料为大尺寸高强铝合金锻饼，所述大尺寸高强铝合金锻饼中各晶粒分部均匀，晶粒细小，组织均匀，平均晶粒大小为50?55μπι，且晶粒大小在50?55μπι的晶粒在合金中所占的比例大于等于95%，这在很大程度上减少了坯料的变形难度，为一次等温模锻成型，得到大尺寸铝合金零件提供了先决条件。
[0035]2、本发明严格控制加热温度为350?450°C、保温为5?10h、模锻温度为350?450°C。合理的保温时间使得坯料能均匀受热且晶粒不会发生粗大现象而影响零件的质量。同时，等温模锻使得在锻造的过程中一直处于较高温度下，使得坯料更加容易变形。
[0036]3、本发明等温模锻时，严格控制上模的下行速度为0.1?0.2mm/s、压力为40000?50000kN、等温模锻的时间为20?30min，成型后保压40-60min;本发明严格控制上模的下行速度为0.1?0.2mm/s，以控制材料的变形速度为0.1?0.2mm/s，在本发明限定的模锻温度及变形速度条件下，高强铝合金在变形时可以发生充分的再结晶，软化组织，从而达到提高塑性变形能力的目的。成型后，采用保压一定时间的措施，可确保金属在锻造变形时发生的弹塑性变形固化定型，防止合金变形后发生弹性回复，确保模锻后锻件的尺寸精度满足设计要求。随后，严格控制锻件冷却速度为150-200°C/h，通过快速冷却可以有效保存锻造后的均匀细晶组织，提高锻件的硬度。克服缓慢冷却时，锻后余热导致的锻件回复软化及第二相粒子的析出，发生回复的组织和析出的第二相粒子，在工件后续的人工时效或自然时效过程将会粗化，大幅降低锻件最终得到的微观组织的细晶强化和沉淀析出强化的效果。
[0037]4、本发明只需一次成型，减少了多次模锻中间的加热、酸洗和修理等工序，既防止锻件因多次加热而造成的性能下降，又大大的缩短了工艺生产周期，便于进行工业量产。
[0038]总之，本发明通过原料的选取，锻造参数的严格控制，高效率、低成本的制备出了大尺寸、高性能铝合金零件;所制备出的铝合金零件的直径为800mm;最小壁厚20mm，最大壁厚100mm，最大水平投影面积多0.6m2。本发明操作容易，生产效率高，产品质量良好，实用性强，便于产业化生产。
【具体实施方式】
[0039]下面给出的实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明的保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本
【发明内容】
做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0040]实施例中的所述大尺寸高强铝合金锻饼(直径多800mm)是以内部无明显裂纹、缩孔、夹杂等缺陷的铸造铝合金锭为原料通过下述步骤加工而成的:
[0041 ]步骤一
[0042]将均匀化热处理后的铸造铝合金锭加热到420?450°C，保温后，在420?450°C进行墩粗，拔长，墩粗的变形量为30 %?50 % ;拔长的变形量为:5 %?1 %，墩粗、拔长时，其变形速度均为15?20mm/s;所述铸造铝合金锭的直径为350mm?500mm，高径比的范围在1.5?2;所述拔长为8?16面碾压拔长;墩粗时，下压的压力为30000?40000KN;
[0043]步骤二
[0044]重复步骤一中的加热、保温、墩粗、拔长工艺，直至铝合金锻坯直径大于等于800mm，得到大尺寸铝合金锻饼;重复步骤中，每次保温、墩粗的温度较前一次保温、墩粗的温度低15?20 °C。
[0045]实施例1:
[0046]—种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，是以尺寸为Φ800 X 160mm，成份为(wt.%):锌(Zn)6?6.5、镁(Mg)2?2.8、铜(Cu)1.8?2.3、锆(Zr)0.1?0.12、铬(Cr X0.04、锰(Mn)彡0.12、钛(Ti)彡0.05、硅(Si)彡0.10、铁(Fe)彡0.12、余量为铝的大尺寸高强铝合金锻饼坯经等温模锻，制备直径820mm，壁厚最小为20mm，最大为100mm，投影面积达0.6m2的铝合金零件;包括下列步骤:
[0047]1、坯料机加工、探伤:将大尺寸铝合金锻饼车去表面可见裂纹和氧化皮并加工成尺寸为Φ 800 X 160mm的坯料，用超声波对坯料进行探伤检测，确保坯料内部无明显裂纹、缩孔、夹杂等缺陷；
[0048]2、坯料加热:将加工好的坯料件置于电阻炉中，加热至350°C，并保温6h;
[0049]3、将下模座固定在等温成型加热器中，将上下模具分别固定在上下模座上，模具与模座基准面的配合间隙50.15mm，并通过等温成型加热器将模具加热至350°C，保温4h以上；
[0050]4、模锻、保压:将坯料从加热炉中取出，放入加热的模具内，通过液压机进行缓慢模锻，总下压时间为30min，下压速度0.lmm/s;下压压力为40000KN，成型后保压40min;
[0051]5、保压后卸载压力，回程，模具打开，用下顶杆将锻件从下模中顶出；
[0052]6、将顶出的锻件，按150°C/h的冷却速度进行冷却，得到直径820mm，壁厚最小为20mm，最大为10mm，最大投影面积达0.6m2的高强招合金模锻件。
[0053]实施例2:
[0054]—种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，是以尺寸为Φ800 X 180mm，成份为(wt.%):锌(Zn)6?6.5、镁(Mg)2?2.8、铜(Cu)1.8?2.3、锆(Zr)0.1?0.12、铬(Cr X0.04、锰(Mn)彡0.12、钛(Ti)彡0.05、硅(Si)彡0.10、铁(Fe)彡0.12、余量为铝的大尺寸高强招合金锻饼经等温模锻，制备直径900mm，壁厚最小为20 mm，最大为100mm，最大水平投影面积达0.7m2的铝合金零件;包括下列步骤:
[0055]1、坯料机加工、探伤:将大尺寸铝合金锻饼车去表面可见裂纹和氧化皮并加工成尺寸为Φ 800 X 180mm的坯料，用超声波对坯料进行探伤检测，确保坯料内部无明显裂纹、缩孔、夹杂等缺陷；
[0056]2、坯料加热:将加工好的坯料件置于电阻炉中，加热至400°C，并保温5h;
[0057]3、将下模座固定在等温成型加热器中，将上下模具分别固定在上下模座上，模具与模座基准面的配合间隙50.15mm，并通过等温成型加热器将模具加热至400°C，保温4h以上；
[0058]4、模锻、保压:将坯料从加热炉中取出，放入加热后的模具内，通过液压机进行缓慢模锻，总下压时间为20min，下压速度0.15mm/s;下压压力为45000KN，成型后保压50min;
[0059]5、保压后卸载压力，回程，模具打开，用下顶杆将锻件从下模中顶出；
[0060]6、将顶出的锻件，按180°C/h的冷却速度进行冷却，得到直径900mm，壁厚最小为20mm，最大为10mm，最大水平投影面积达0.7m2的招合金零件。
[0061 ] 实施例3:
[0062]—种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，是以尺寸为Φ 1000 X 160mm，成份为(wt.%):锌(Zn)6?6.5、镁(Mg)2?2.8、铜(Cu)1.8?2.3、锆(Zr)0.1?0.12、铬(Cr X0.04、锰(Mn)彡0.12、钛(Ti)彡0.05、硅(Si)彡0.10、铁(Fe)彡0.12、余量为铝的大尺寸高强招合金锻饼经等温模锻，制备直径100mm，壁厚最小为20mm，最大为100mm，最大水平投影面积达0.Sm2的铝合金零件;包括下列步骤:
[0063]1、坯料机加工、探伤:将大尺寸铝合金锻饼车去表面可见裂纹和氧化皮并加工成尺寸为Φ 820 X 160mm的坯料，用超声波对坯料进行探伤检测，确保坯料内部无明显裂纹、缩孔、夹杂等缺陷；
[0064]2、坯料加热:将加工好的坯料件置于电阻炉中，加热至450°C，并保温9h;
[0065]3、将下模座固定在等温成型加热器中，将上下模具分别固定在上下模座上，模具与模座基准面的配合间隙50.15mm，并通过等温成型加热器将模具加热至450°C，保温3h以上；
[0066]4、模锻、保压:将坯料从加热炉中取出，放入加热后的模具内，通过液压机进行缓慢模锻，总下压时间为30min，下压速度0.1臟/8;下压压力为500001^，成型后保压601^11;
[0067]5、保压后，卸载压力，回程，模具打开，用下顶杆将锻件从下模中顶出；
[0068]6、将顶出的锻件，按200°C/h的冷却速度进行冷却，得到直径1000mm，壁厚最小为20mm，最大为100_，最大水平投影面积达0.8m2的招合金零件。
[0069]本
【发明内容】
及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有的技术。
[0070]本发明不限于上述实施例，本
【发明内容】
所述均可实施并具有所述良好效果。
【主权项】
1.一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其特征在于:取大尺寸铝合金锻饼按设计的毛坯尺寸加工成毛坯后，加热至350?450°C，保温5? 10h后在350?450°C下进行一次等温模锻成型，保压后取出锻件后冷却，得到成品；等温模 锻时，上模的下行速度为0.1?0.2mm/s。2.根据权利要求1所述的一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其特征在于:铝 合金锻饼的平均晶粒粒度555WI1，且晶粒粒度555WI1的晶粒在合金中所占的比例大于等于 95%〇3.根据权利要求1所述的一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其特征在于:等 温模锻时，上模下行的时间为20_30min。4.根据权利要求1所述的一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其特征在于:锻 模温度与坯料的加热温度相等。5.根据权利要求1所述的一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其特征在于:锻 模与模座基准面的配合间隙g〇.15_。6.根据权利要求1所述的一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其特征在于:保 压时间为40_60min。7.根据权利要求1所述的一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其特征在于:锻 件的冷却速度为:150-200°C/h。8.根据权利要求1所述的一种大尺寸高强铝合金零件的等温模锻工艺，其特征在于:铝 合金锻饼直径为780-820mm，厚度150-200mm。9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种大尺寸铝合金零件的等温模锻工艺，其特征 在于:铝合金以质量百分比计包括下述组分:Zn6?6.5、Mg2?2.8、Cul.8?2.3、Zr0.1? 0.12、0彡0.04、]?11彡0.12、11彡0.05、51彡0.10、卩6彡0.12、余量为八1。10.根据权利要求9所述的一种大尺寸铝合金零件的等温模锻工艺，其特征在于:制备 得到的成品直径为800-1000mm;壁厚最薄处20mm，最厚处100mm，最大水平投影面积多 0.6m2 〇
【文档编号】C22F1/053GK105964849SQ201610411865
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】程仁策, 吕正风, 廖茂, 方清万
【申请人】山东南山铝业股份有限公司