专利名称：高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法
技术领域：
本发明属于铝合金的制造技术，涉及
造方法。
种高强度喷射成形7055铝合金锻件的制
背景技术：
高强韧铝合金是以大飞机为代表的航空航天器的主要结构材料，主体是以Zn为 主要合金元素的7XXX系(Al-Zn-Mg-Cu)铝合金，具有比强度高、塑性好、密度小等优点，又 称为超高强铝合金。 7055铝合金是由美国开发的超高锌含量铝合金，是当前实际中使用的最高强度铝 合金，属于典型的7XXX铝合金。国内外现有7055铝合金是通过传统铸造生产的，铸造工艺 存在晶粒粗大、偏析严重、合金元素固溶度低等缺点，而且锭坯规格小、性能低(抗拉强度 610MPa，延伸率6X )、可锻性差，难以满足高性能锻件的使用要求，制约了 7055铝合金在航 空、航天等重要领域的进一步应用。 高强韧铝合金对于铸锭缓慢凝固组织中的初生合金相形态、宏观偏析、晶粒度要 求严格，采用铸造工艺进一步提高合金元素含量举步维艰。多年来我国先后启动了 7050、 7475、7055等高强韧铝合金的研究，但目前受限于熔铸技术，难以工程化生产工业规格的铸 锭和产品。 现有的喷射成形设备通常采用附图1所示结构，它包括有沉积室1、位于沉积室内 的传动机构2、可随传动机构旋转并升降的接收基底3、位于沉积室顶部的包括了漏包和雾 化器的喷嘴4，其运行过程中，用高压惰性气体将合金熔体雾化后高速喷射到旋转的接收基 底，通过自动控制手段实现沉积，并快速凝固形成沉积坯5。该设备及方法可制备大规格致 密毛坯，其晶粒精细、组织均匀、无宏观偏析。喷射成形结合快速凝固和大规格的技术优势， 既突破了铸造工艺凝固缓慢、宏观偏析和疏松的技术瓶颈，又解决了粉末冶金工艺难以致 密化、构件规格小的难题，是制备现有和进一步发展高合金含量铝合金的先进工艺。
但对于7055合金，目前尚无利用喷射成形工艺对其进行加工成形的记载，具体的 基于喷射成形的7055合金加工成形工艺，在公知技术中尚属空白。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够获得大规格、高性能7055合金产
品，并且适于工业化生产的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法。 本发明的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法依次包括以下步骤 a.将7055合金的组成成份在中频炉中熔化，熔化温度700 750°C ; b.添加清渣剂，对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并将熔体转移至中间包，采用
粉状精炼剂精炼，然后静置10 30min，再进行过滤； c.使用喷射成形设备，将过滤后的熔体进行喷射成形；喷射沉积工艺参数为喷 射角10 30° ，雾化压力0. 5 1. 2MPa，雾化温度700 9Q0。C，接收盘旋转速度30 50rpm，接收盘下降速度2 8mm/s，接收距离300 700mm ;最终得到①350 600mm的柱 状铝合金锭坯； e.将喷射成形铝合金锭坯进行热挤压，得到①200 300mm的挤压棒，挤压比为 4 12，挤压温度为420 460°C ; f.将挤压锭按需要定切，然后进行自由锻，自由锻的始锻温度430 46(TC，终锻 温度400 420°C ; g.将自由锻后的毛坯进行胎模锻和/或模锻，始锻温度为430 460°C ，终锻温度
400 42(TC，获得模锻件； h.将模锻件采用T6热处理。 在上述方法基础上，在步骤e之前可加入以下步骤d.对喷射成形合金锭进行均 匀化处理，保温温度在440 47(TC，保温时间为2 24h ; 上述步骤a中，优选的7055合金组成成份配比为按重量百分比Si :0. l%、Fe : 0. 15%、Cu :2 2. 6%、Mn :0. 05%、Mg :1. 8 2. 3%、Cr :0. 04%、Ti :0. 06%、Zr :0. 08 0. 25%、 Zn :7. 6 8. 4%和余量的Al。 上述步骤h中T6热处理的具体工艺为从室温升温到450 46(TC，保温3 5小 时；然后升温到470 490。C，保温3 5小时，在40 90。C的热水中淬火，在110 130°C 保温24小时，进行时效处理。
本发明具有以下有益效果 1)将合金原料锭进行熔化、精炼、静置，再进行过滤。避免合金内部夹渣、气孔、氧 化膜等缺陷。 2)采用喷射成形设备和工艺，将经过上述熔化、精炼并过滤后的合金熔液进行喷 射成形，制成的铝合金圆锭组织均匀、晶粒精细，无成分偏析，致密度高，规格大，冷热加工 性能优良，生产效率高。 3)将进行或不进行均匀化处理的圆锭直接进行热挤压，改善圆锭的热加工性能，
利于后续热加工，同时进一步提高力学性能。工艺流程短、材料利用率高。 4)将经过挤压后的锭坯进行自由锻、胎模锻和模锻，制备具有优异力学性能和尺
寸精度的铝合金锻件。 5)对锻件进行T6热处理，可以获得很高的强度和优越的塑性，锻件室温抗拉强度 Rm达到680MPa，屈服强度Rp。.2达到630MPa，断后伸长率A达到8. 5%，适用于有高强度要求 的场合。 6)采用本发明方法制造的铝合金锻件致密度高，比强度高，工艺性能好，各项力学 性能指标明显优于传统工艺，更突出的特点是能够制造传统工艺难以生产的高合金化、超 高强度铝合金锻件。 7)采用喷射成形可以显著提高合金化程度，突破传统熔铸工艺的局限，丰富了现 有合金体系，通过提高合金主强化元素Zn及其他合金元素的含量，进一步提高合金的性 能。 8)本发明方法工艺流程和生产周期短，自动化程度高，锻件性能好，冷热加工性能 优良，质量稳定，既适合大规模生产，也可小批量试制。
图1是本发明方法所应用的喷射成形设备的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1 :利用本发明方法制备7055铝合金飞机轮毂毛坯。 1)各合金成分重量百分比Si :0. 06%， Fe :0. 1%， Cu :2. 41%， Mn :0. 03%， Mg : 2. 18%， Zn :8. 0%， Ti :0. 006%， Zr :0. 12%， Ni :0. 009%， Al余量。将合金在中频炉中熔 化，熔化温度750°C。 2)添加清渣剂，对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并将熔体转移至中间包，采用 粉状精炼剂精炼，然后静置15min，再进行过滤。 3)采用喷射成形设备和工艺，将过滤后的熔体进行喷射成形。喷射沉积工艺参数 为喷射角20° ，雾化压力0. 8MPa，雾化温度75(TC，接收盘旋转速度35rpm，接收盘下降速 度2. 8mm/s，接收距离530mm。最终得到①370X 1200mm的柱状铝合金锭坯。
4)将喷射成形铝合金锭坯在2500吨卧式挤压机上进行热挤压，得到直径250mm的 挤压棒，挤压比为4，挤压温度为430°C。 5)将定切好的合金锭在6000吨水压机上进行自由锻，自由锻造的始锻温度为 460。C，终锻温度420°C。 6)将自由锻后的锻件进行胎模锻和模锻，始锻温度为46(TC，终锻温度42(TC，获 得接近最终产品形状的锻件。 7)为了得到最高强度，采用T6热处理。具体工艺为从室温升温到45(TC，保温3 小时；然后升温到47(TC，保温3小时，然后在6(TC的温水中淬火。在12(TC保温24小时。
经过上述流程，制备的飞机前轮毛坯锻件的最大直径达到650mm，合金致密，组织 均为均匀等轴晶，晶粒度为10 15 ii m。 7055铝合金锻造毛坯抗拉强度& > 680MPa，断后 伸长率A > 8. 5%，用该锻件毛坯制成的飞机轮毂，可通过航空产品力学性能检测和轮胎静 压试验，提高了飞机刹车系统中轮毂的力学性能，并有效减轻了重量。
实施例2 :利用本发明方法制备7055铝合金飞机汽缸座毛坯。
1)各合金成分重量百分比Si :0. 06%， Fe :0. 13%， Cu :2. 3%， Mn :0. 03%， Mg : 2. 18%， Zn :7. 9%， Ti :0. 006%， Zr :0. 12%， Ni :0. 009%， Al余量。将合金置于中频炉中 熔化，熔化温度750°C。 2)添加清渣剂，对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并将熔体转移至中间包，采用 粉状精炼剂精炼，然后静置10min，再进行过滤。 3)采用自主研发的喷射成形设备和工艺，将过滤后的熔体进行喷射成形。喷射沉 积工艺参数为喷射角25° ，雾化压力1. OMPa，雾化温度800°C ，接收盘旋转速度40rpm，接 收盘下降速度3. 2mm/s，接收距离580mm。最终得到①430X 1200mm的柱状铝合金锭坯。
4)将喷射成形铝合金锭坯在2500吨卧式挤压机上进行热挤压，得到直径260mm的 挤压棒，挤压比为6，挤压温度为440°C。 5)将定切好的合金锭在6000吨锻压机上进行自由锻，自由锻造的始锻温度为 460。C，终锻温度420°C。 6)将自由锻后的锻件进行胎模锻和模锻，始锻温度为46(TC，终锻温度42(TC，获得形状精度更接近最终产品的模锻件。 7)为了得到最高强度，采用T6热处理。具体工艺为从室温升温到45(TC，保温3
小时；然后升温到48(TC，保温3小时，然后在7(TC的温水中淬火。在12(TC保温24小时。 经过上述流程，制备的飞机汽缸座毛坯锻件最大直径达到600mm，合金致密度，组
织均为均匀等轴晶，晶粒度为10 15 ii m。 7055铝合金锻造毛坯抗拉强度& > 650MPa，断
后伸长率A^8.0X，用该锻件毛坯制成的飞机汽缸座，可通过航空产品的力学性能检测，
大大提高了飞机刹车系统中汽缸座的力学性能，并显著减轻了重量。 实施例3 :利用本发明方法制备7055铝合金火箭发动机喷管壳体锻件。 1)各合金成分重量百分比Si :0. 06%， Fe :0. 1%， Cu :2. 41%， Mn :0. 03%， Mg :
2. 3%， Zn :8. 1%， Ti :0. 006%， Zr :0. 12%， Ni :0. 009%， Al余量。熔化温度750°C 。 2)添加清渣剂，对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并将熔体转移至中间包，采用
粉状精炼剂精炼，然后静置20min，再进行过滤。 3)采用自主研发的喷射成形设备和工艺，将过滤后的熔体进行喷射成形。喷射沉 积工艺参数为喷射角15° ，雾化压力0. 7MPa，雾化温度80(TC，接收盘旋转速度30rpm，接 收盘下降速度2. 5mm/s，接收距离500mm。最终得到①370X 1200mm的柱状铝合金锭坯。
4)将喷射成形铝合金锭坯在2500吨卧式挤压机上进行热挤压，得到直径250mm的 挤压棒，挤压比为4，挤压温度为430°C。 5)将定切好的合金锭在6000吨水压机上进行自由锻，自由锻造的始锻温度为 460。C，终锻温度420°C。 6)将自由锻后的锻件进行胎模锻和模锻，始锻温度为46(TC，终锻温度42(TC，获 得接近最终产品形状的锻件。 7)为了得到最高强度，采用T6热处理。具体工艺为室温升温到45(TC，保温3小 时；然后升温到48(TC，保温3小时，然后在6(TC的温水中淬火。在12(TC保温24小时。
采用上述工艺，制备的火箭发动机喷管壳体锻件大端直径为①300mm，壁厚小 于20mm。合金致密，组织均为均匀等轴晶，晶粒度为10 15ym。锻件室温抗拉强度 Rm > 680MPa，屈服强度Rp。.2 > 630MPa，断后伸长率A > 10%，实际密度为2. 86g/cm3，用 该锻件制成的火箭发动机喷管壳体产品已经通过冷试和热试，可以代替20钢，并实现减重 69% ，性能完全满足航天产品要求。
权利要求
一种高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法，其特征是依次包括以下步骤，a.将7055合金的组成成份在中频炉中熔化，熔化温度700～750℃；b.添加清渣剂，对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并将熔体转移至中间包，采用粉状精炼剂精炼，然后静置10～30min，再进行过滤；c.使用喷射成形设备，将过滤后的熔体进行喷射成形；喷射沉积工艺参数为喷射角10～30°，雾化压力0.5～1.2MPa，雾化温度700～900℃，接收盘旋转速度30～50rpm，接收盘下降速度2～8mm/s，接收距离300～700mm；最终得到Φ350～600mm的柱状铝合金锭坯；e.将喷射成形铝合金锭坯进行热挤压，得到Φ200～300mm的挤压棒，挤压比为4～12，挤压温度为420～460℃；f.将挤压锭按需要定切，然后进行自由锻，自由锻的始锻温度430～460℃，终锻温度400～420℃；g.将自由锻后的毛坯进行胎模锻和/或模锻，始锻温度为430～460℃，终锻温度400～420℃，获得模锻件；h.将模锻件采用T6热处理。
2. 根据权利要求1所述的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法，其特征是在 步骤e之前加入以下步骤d. 对喷射成形合金锭进行均匀化处理，保温温度在440 470°C ，保温时间为2 24h ;
3. 根据权利要求1或2所述的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法，其特征 是所述步骤a中，优选的7055合金组成成份配比为，按重量百分比Si :0. l%、Fe :0. 15%、 Cu :2 2. 6%、Mn :0. 05%、Mg、l. 8 2. 3%、Cr :0. 04%、Ti :0. 06%、Zr :0. 08 0. 25%、 Zn :7. 6 8. 4%和余量的Al。
4. 根据权利要求1或2所述的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法，其特征 是所述步骤h中T6热处理的具体工艺为从室温升温到450 46(TC，保温3 5小时； 然后升温到470 490。C，保温3 5小时，在40 90。C的热水中淬火，在110 130。C保 温24小时，进行时效处理。
全文摘要
本发明属于铝合金的制造技术，涉及一种高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法。本发明方法依次包括以下步骤a.将7055合金的组成成份在中频炉中熔化；b.对铝合金熔体进行除气、除渣处理，并精炼、过滤；c.将过滤后的熔体进行喷射成形得到柱状铝合金锭坯；e.将喷射成形铝合金锭坯进行热挤压；f.将挤压锭按需要定切，然后进行自由锻；g.将自由锻后的毛坯进行胎模锻和/或模锻，获得模锻件；h.将模锻件采用T6热处理。本发明方法能够获得大规格、高性能7055合金产品，并且适于工业化生产。
文档编号C22C1/00GK101695753SQ200910233870
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者卢曰杨, 张捷, 张豪, 杨杰, 瞿民锋 申请人:江苏豪然喷射成形合金有限公司;