专利名称：一种铝合金模锻件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金模锻件的制造方法。
背景技术：
Al-8.5ai-2.5Mg_2.2Cu合金(属于7xxx系合金)具有比强度高、加工性能好、抗腐蚀性能、高韧性、抗蠕变、耐腐蚀等优良的综合性能较好等优点，被广泛应用于各种飞机的机身、蒙皮、机翼梁、桁条以及飞机和火箭中的高强度结构零件等的制造，是航空航天领域中不可缺少的重要结构材料。对于7系高强高韧铝合金，其铸造难度较其它铝合金来说要高，DC (Direct Chilling Casting)铸造的发明大大推动了铝合金加工技术的发展。此后，除了采用铸轧和带式连铸生产薄板坯之外，几乎所有用于压力加工的铝合金锭坯，都采用DC铸造技术制备。铝合金的锭坯通常都采用立式DC铸造，为提高生产率，均采用多根连铸。但是立式连铸圆铸锭通常的直径都在FlOOmm以上[周家荣，铝合金熔铸问答[M]，北京，冶金工业出版社，1987，177]，小于这个尺寸的铸锭，铸造起来极其困难，所以大多企业都铸成直径较大的铸锭，挤压后再加工[王原库；李长宝，二次挤压管坯料生产的改进，轻合金加工技术， 1987，No. 10，11-15]。这样无疑增加了加工工序和加工成本，更为重要的是对于力学性能要求较高的制品，很难达到性能指标的要求。采用水平连铸也可以生产直径较小的铸锭，如直径为50-100mm。但是水平连铸的铸造速度低，一次只能生产几根，不可能实现多根(如6根以上)同时生产，同时需要随动锯等机构，因此生产率不高[小田岛康秀；藤井理史；柳本茂，水平连续铸造铝合金杆以及用于制造该杆的方法和设备，中国专利申请号200480014480]。现有技术的7系铝合金还存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率小的问题。
发明内容
针对现在的7系铝合金存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率小的问题，本发明提供一种铝合金模锻件的制造方法，可较好地解决上述问题。所述目的是通过如下方案实现的
一种铝合金模锻件的制造方法，依次按以下步骤进行
一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 0-2. 6%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 3-3. 0%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 0-9. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 10-0. 20%,Be :0. 0002-0. 002%，单个杂质;^ 0. 05%，合计杂质;^ 0. 1%，其余为 Al，且 Fe 的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700°C 750°C的条件下熔炼5 6h，然后按熔炼炉中金属质量的0. 5% 0. 6%加入覆盖剂，在700°C 750°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31 33. 5 IWAr-Cl2 混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过 30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以 830-860mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中； 铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80—90 ；
四、在温度为690°C 720°C、水压为0.03 0. lOMPa、速度为140 200mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金圆铸锭；
五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成锻造坯料；
六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到465°C 475°C、保温20h 25h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至350°C 380°C并保温2h，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；
八、将步骤七得到的模锻件在温度为465°C 475°C、保温时间为0.5h 1. 5h、转移时间< 30s、冷却液的温度为< 35°C的条件下淬火；
九、将步骤八得到的模锻件在温度为125°C 135°C、保温时间为14h 18h条件下时效。步骤二中所述的覆盖剂是2号熔剂，按质量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。步骤四所述铝合金圆铸锭的直径为65— 75mm。步骤五中的锻造坯料规格为Φ 58 62_Χ78 82_。步骤八中模锻件在温度为470°C、保温时间为lh、转移时间< 30s、冷却液的温度为< 35°C的条件下淬火。冷却液的配制为聚乙二醇水=1-2 :5。步骤九中模锻件在温度为130°C、保温时间为16h的条件下时效。优选方案为，按元素的质量百分比由Si彡0. 12%，Fe ( 0. 25%，Cu 2. 1%， Mn ( 0. 10%, Mg 2. 9%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 15%, Be 0. 0018%,单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。优选方案为，按元素的质量百分比由Si彡0. 12%，Fe ( 0. 25%，Cu 2. 5%， Mn ( 0. 10%, Mg 2. 4%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 2%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 18%, Be 0. 0003%,单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。优选方案为，按元素的质量百分比由Si彡0. 12%，Fe彡0. 25%, Cu 2. 3%, Mn 彡 0. 10%, Mg 2. 6%, Cr 彡 0. 05%, Zn 8. 8%, Ti 彡 0. 03%, Zr 0. 11%, Be 0. 001%,单个杂质 ^ 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。本发明所述方法制造的铝合金模锻件，通过铝合金中元素含量比的严格控制和合理的热处理工艺制定，使铝合金模锻件的抗拉强度大于640MPa、屈服强度大于600MPa、延伸率大于5%，本发明的方法使铝合金微观组织均勻、细化，并获得了良好的综合性能。
具体实施例方式
下面详细阐述本发明优选的实施方式。实施例一一种铝合金模锻件的制造方法，依次按以下步骤进行
一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 0%, Mn ( 0. 10%, Mg :3. 0%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 20%, Be 0. 0002%，单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，其余为々1，且!^的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700°C的条件下熔炼5.5h，然后按熔炼炉中金属质量的0. 5%加入2号熔剂，所述2号熔剂按质量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。在720°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31 : 1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi 和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以830mm/ min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80 90 ；
四、在温度为710°C、水压为0.03MPa、速度为130— 150mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成直径为65—75mm的铝合金圆铸锭；
五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成Φ58 62mmX78 82mm的锻造坯料；
六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到465°C、保温20h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至375°C并保温池，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；
八、将步骤七得到的模锻件在温度为470°C、保温时间为0.证、转移时间<30s、冷却液的温度为< 35°C的条件下淬火；冷却液的配制为，以体积比计，聚乙二醇冰=1-2 :5。九、将步骤八得到的模锻件在温度为130°C、保温时间为16h条件下时效。实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为650MPa、屈服强度为 620MPa、延伸率为8%。实施例二
本实施例与实施例一的区别点在于，它依次按以下步骤进行
一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 6%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 3%, Cr ( 0. 05%, Zn :9. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 10%, Be 0. 001%，单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，其余为々1，且!^的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在750°C的条件下熔炼他，然后按熔炼炉中金属质量的0.6%加入覆盖剂， 在750°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌， 然后用氩气与氯气的体积比为33. 5 1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi 和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以860mm/ min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80 90 ；
四、在温度为720°C、水压为0.05MPa、速度为170— 190mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金圆铸锭；
五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成锻造坯料，坯料规格为Φ58 62mmX78 82mm ；
六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到470°C、保温25h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至350°C并保温2h，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；
八、将步骤七得到的模锻件在温度为465°C、保温时间为lh、转移时间<30s、冷却液的温度为<35°C的条件下淬火；
九、将步骤八得到的模锻件在温度为125°C、保温时间为18h条件下时效。实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为660MPa、屈服强度为 630MPa、延伸率为5. 5%。实施例三
本实施例与实施例一的区别点在于，它依次按以下步骤进行
一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 2%, Mn ( 0. 10%, Mg 2. 6%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 15%, Be 0. 002%，单个杂质彡0. 05%，合计杂质彡0. 1%，其余为Al，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在725°C的条件下熔炼5h，然后按熔炼炉中金属质量的0.55%加入覆盖剂，在700°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为32 1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi 和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以840mm/ min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80 90 ；
四、在温度为690°C、水压为0.lOMPa、速度为200mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金圆铸锭；
五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成锻造坯料；坯料规格为Φ58 62mmX78 82mm。六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到475°C、保温23h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至380°C并保温2h，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；
八、将步骤七得到的模锻件在温度为475°C、保温时间为1.5h、转移时间< 30s、冷却液的温度为< 35°C的条件下淬火；
九、将步骤八得到的模锻件在温度为135°C、保温时间为14h条件下时效。实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为670MPa、屈服强度为 640MPa、延伸率为8. 3%。实施例四
本实施例与实施例一的区别点仅在于，按元素的质量百分比由Si ^ 0. 12%，Fe ^ 0.25%, Cu 2. 1%，Mn ( 0. 10%, Mg :2. 9%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 15%, Be 0. 0018%，单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且!^e的质量百分比>Si的
质量百分比。实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为655MPa、屈服强度为 635MPa、延伸率为7. 6%。实施例五
本实施例与实施例一的区别点仅在于，按元素的质量百分比由Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 5%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 4%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 2%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 18%, Be 0. 0003%，单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且!^e的质量百分比>Si的
质量百分比。实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为667MPa、屈服强度为 642MPa、延伸率为6. 8%。实施例六
本实施例与实施例一的区别点仅在于，按元素的质量百分比由Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 3%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 6%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 8%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 11%, Be 0. 001%，单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且!^e的质量百分比>Si的质
量百分比。实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为648MPa、屈服强度为 629MPa、延伸率为6. 2%。上述实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要是没有超出本专利的精神实质，都示为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
权利要求
1.一种铝合金模锻件的制造方法，其特征在于依次按以下步骤进行一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 0-2. 6%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 3-3. 0%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 0-9. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 10-0. 20%,Be :0. 0002-0. 002%，单个杂质;^ 0. 05%，合计杂质;^ 0. 1%，其余为 Al，且 Fe 的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；二、加热温度在700°C 750°C的条件下熔炼5 6h，然后按熔炼炉中金属质量的 0. 5% 0. 6%加入覆盖剂，在700°C 750°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31 33. 5 IWAr-Cl2 混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi 和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以830— 860mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80 90 ；四、在温度为690°C 720°C、水压为0.03 0. lOMPa、速度为140 200mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金圆铸锭；五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成锻造坯料；六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到465°C 475°C、保温20h 25h，再空冷；七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至350°C 380°C并保温池，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；八、将步骤七得到的模锻件在温度为465°C 475°C、保温时间为0.5h 1.证、转移时间< 30s、冷却液的温度为< 35°C的条件下淬火；九、将步骤八得到的模锻件在温度为125°C 135°C、保温时间为14h 1 条件下时效。
2.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤二中所述的覆盖剂是2号熔剂，按质量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。
3.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤四所述铝合金圆铸锭的直径为65— 75mm。
4.根据权利要求3所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤五中的锻造坯料规格为 Φ58—62ι πιΧ78—82ΠΙΠΙ。
5.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤八中冷却液的配制为聚乙二醇水=1-2 :5。
6.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤八中模锻件在温度为470°C、保温时间为lh、转移时间< 30s、冷却液的温度为< 35°C的条件下淬火。
7.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤九中模锻件在温度为130°C、保温时间为16h的条件下时效。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于按元素的质量百分比由 Si ( 0. 12%,Fe ( 0. 25%, Cu :2. 1%，Mn ( 0. 10%,Mg :2. 9%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 15%, Be :0. 0018%，单个杂质;^ 0. 05%，合计杂质;^ 0. 1%，余量为 Al 制成，且狗的质量百分比>Si的质量百分比。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于按元素的质量百分比由 Si ( 0. 12%,Fe ( 0. 25%, Cu 2. 5%, Mn ( 0. 10%,Mg 2. 4%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 2%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 18%, Be 0. 0003%，单个杂质;^ 0. 05%，合计杂质;^ 0. 1%，余量为 Al 制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
10.根据权利要求1-7任意一项所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于按元素的质量百分比由 Si 彡 0. 12%, Fe 彡 0. 25%, Cu 2. 3%, Mn 彡 0. 10%, Mg 2. 6%, Cr 彡 0. 05%, Zn 8. 8%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 11%, Be 0. 001%，单个杂质；^ 0. 05%，合计杂质;^ 0. 1%，余量为 Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
全文摘要
针对现在的7系铝合金存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率小的问题，本发明提供一种铝合金模锻件的制造方法，依次按以下步骤进行本发明的制造方法依次包括一、原材料配比、熔炼、铸造；二、均匀化退火；三、模锻；四、淬火；五、时效步骤。所述方法制造的铝合金模锻件，通过铝合金中元素含量比的严格控制和合理的热处理工艺制定，使铝合金模锻件的抗拉强度大于640MPa、屈服强度大于600MPa、延伸率大于5%，本发明的方法使铝合金微观组织均匀、细化，并获得了良好的综合性能。
文档编号C22C1/02GK102330004SQ201110336499
公开日2012年1月25日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者李念奎, 范长龙 申请人:哈尔滨中飞新技术股份有限公司