[发明专利]用于大尺寸锻造的铝合金半固态坯料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料热成形技术领域，涉及一种锻造用铝合金坯料的制备，具体涉及一种用于大尺寸锻造的铝合金半固态坯料的制备方法。

背景技术

半固态成形加工是目前最具发展潜力的先进制造技术之一，具有模具寿命长、压力低、设备吨位小、生产率高、节约能源的优点，制得的制件具有较高的质量和优越的性能，并可实现制件的近、净成形。

半固态坯料成形方法，首先要制备出非枝晶结构的近球形组织的半固态坯料。文献【K.P.Young，C.P.Kyonka and J.a.Courtois，“Fine grained metalcompositeon”，U.S.Patent，4415374，1038(1983)】披露了应变诱导熔体激活法(Strain-Induced Melt Activation，简称SIMA)，利用常规铸造得到合金锭坯，在回复再结晶的温度范围内，对该合金锭坯进行足够的变形(一般为热挤压)，以破碎合金中的初生枝晶组织，然后对合金锭坯进行冷变形，使坯料的组织中储存部分变形能量，再进行加热，使其温度达到半固态区并保温一定时间，获得半固态坯料。

加热过程中，合金首先发生再结晶，形成亚晶粒和亚晶界，晶界处的低熔点溶质元素和低熔点相，随后熔化，导致近球形固相被低熔点液相包围，形成半固态非枝晶组织。将加热后的半固态坯料进行水淬，可观察半固态坯料的金相组织；将加热后的半固态坯料进行触变模锻，得到制件。应变诱发激活法工艺的效果，主要取决于冷变形和半固态加热两个阶段。目前，应变诱发激活法只能制备直径小于Φ90mm的小尺寸铝合金半固态坯料，而小尺寸半固态坯料成形的零件小，工程上实用意义不大。应变诱发激活法在制备变形合金大尺寸的半固态坯料中存在以下问题：坯料足够大的冷变形量下的变形不均匀，坯料快速加热以及坯料温度的均匀性不能很好控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大尺寸锻造的铝合金半固态坯料的制备方法，用于成形加工较大的铝合金零件，解决了坯料足够大的冷变形量下的变形不均匀，以及坯料快速加热和坯料温度的均匀性不能很好控制的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于大尺寸锻造的铝合金半固态坯料的制备方法，包括以下具体步骤：

步骤1：将直径为Φ90mm～Φ140mm的锻造铝合金挤压棒材截断下料，形成长度为150mm～225mm的圆棒坯料；并对该圆棒坯料的两端面进行加工，使两端面相互平行；

步骤2：将上步得到的圆棒坯料，置于加热设备中，在温度为400℃～420℃的条件下保温1h～3h，完全退火，之后，以小于30℃/h的冷却速度，随炉冷却；

步骤3：采用动载窄砧小变形技术，对上步完全退火后的圆棒坯料进行锻造，使之预冷变形，得到直径为Φ125mm～Φ160mm、长度为96mm～170mm的坯料；

步骤4：利用商用锻造工艺仿真优化计算机软件对上步预冷变形后的坯料的加热过程进行模拟，生成该坯料的优化的三段式加热工艺曲线，并得出坯料的加热工艺参数；

步骤5：将步骤3得到的坯料置于加热保温设备内，根据步骤4得出的加热工艺参数对该坯料进行加热，即制得大尺寸锻造铝合金半固态坯料。

本发明的特征还在于，

其中步骤3，坯料的预冷变形过程中采用的动载窄砧小变形技术是指具体控制：

1)锤砧置于温度为100℃～250℃的环境中预热，

2)圆棒坯料端面与锤砧的接触面积小于圆棒坯料端面面积的30％，

3)遵循轻-重-轻的锻打原则，先轻打，使坯料端面与锤砧紧密接触，然后重打，每次锤击，坯料的长度缩短1.5mm～2mm，坯料的上部直径超过下部直径4mm，即将坯料调头锻造，之后，上部直径分别超过下部直径3mm、2mm或1mm，坯料调头锻造，

4)圆棒坯料的总变形程度为20％～40％。

其中步骤4，对坯料的加热过程进行模拟的具体步骤：

利用商用锻造工艺仿真优化软件的加热模块，输入上述坯料的三维几何模型，将该三维几何模型划分为有限元网格，再输入铝合金坯料的材质、该材质的热物性参数，并输入设定的坯料的初始温度、加热炉内的初始温度、计算时间、步长和三段式加热预置曲线，得出优化的三段式加热曲线，并根据该曲线得出每段的加热工艺参数。

本发明方法与现有技术相比，具有如下优点：