[发明专利]一种三向近同性高性能铝合金筒形锻件制造工艺

摘要

本发明提供一种三向近同性高性能铝合金筒形锻件制造工艺，具体步骤如下：原料尺寸设计；铸锭质量检测；铸锭锻前加热；多向锻造；回炉加热；Z向镦粗、冲孔；回炉加热；芯轴拔长；回炉加热；马架扩孔；机加工；轧前加热；环轧；固溶处理；时效处理；质量检测。本发明对铝合金筒形锻件三个方向实现近均等变形，使产品三向性能近同性。本发明充分破碎铸态组织中粗大的残余结晶相，为热处理过程中第二相均匀弥散分布提供组织准备。本发明使组织中的第二相充分溶解，提高过饱和程度，最大程度挖掘材料潜能，发挥材料的性能极限。本发明采用小压下速率，提高淬火水温减小产品制造过程中的应力，使锻件的残余应力控制在一定范围内。

主权项

1.一种三向近同性高性能铝合金筒形锻件制造工艺，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：原料尺寸设计：原材料采用半连续铸造法生产的铝合金圆铸锭，考虑零件结构尺寸、锻造工艺消耗、机加工余量因素，要求铸锭高径比L/D＝2‑3；步骤二：铸锭质量检测：铸锭状态为退火态，对铸锭在进行质量控制；步骤三：铸锭锻前加热：铸锭室温装炉，加热过程分为两个阶段，第一阶段：从室温经2h升温至430‑450℃，并保温1h；第二阶段，再用1h升温至480℃，在475‑485℃保温18‑25h；步骤四：多向锻造：对铸锭三个相互垂直的方向，即右手定责中的X、Y、Z轴，分别进行一次镦粗、拔长变形，共进行三镦、三拔，制得坯料终锻温度≥420℃；设原始铸锭的轴向为Z向，则变形顺序为：Z向镦粗‑X向拔长‑X向镦粗‑Y向拔长‑Y向镦粗‑Z向拔长，其中镦粗变形量为55‑65％，拔长变形量为40‑50％；步骤五：回炉加热：将坯料在475‑485℃保温3‑5h；上、下锤砧之间用热钢锭预热；步骤六：Z向镦粗、冲孔：坯料出炉后再次进行Z向镦粗，压机压下速率控制在10‑12mm/s，并调整坯料轴线方向，保证坯料的垂直度，镦粗至H＝900‑1200mm后，进行倒棱、滚圆，再镦粗至圆饼状，准备冲孔；冲孔前对冲头进行接触预热，采用压机对中装置将圆饼放置在下砧面的中心位置，用预冲冲头冲盲孔，分4‑6次压下，每次下压80‑100mm，且在冲头每次下压前均涂抹石墨润滑剂，最终连皮厚度100‑150mm，预冲后对坯料端面进行压下平整，再用终冲冲头冲下连皮，从而获得带中心孔的环坯，环坯终锻温度≥420℃；步骤七：回炉加热：将环坯在475‑485℃保温3‑5h；步骤八：芯轴拔长：环坯出炉前对芯棒和V形砧进行加热，在400℃保温10‑12h，环坯在V形砧上进行芯轴拔长，锻前在上锤砧和V形砧上涂抹石墨润滑剂，拔长至要求尺寸后，夹持坯料至下平砧上，进行平整端面，环坯终锻温度≥420℃；步骤九：回炉加热：将环坯在475‑485℃保温3‑5h；步骤十：马架扩孔：扩孔前对马杠进行加热，在400℃保温10‑12h，马架扩孔分若干圈进行，单次压下量控制在60‑80mm，根据坯料内径尺寸更换合适尺寸的马杠，直到扩孔至环坯要求尺寸，扩孔后夹持坯料至下平砧，平整端面，环坯终锻温度≥420℃；步骤十一：机加工：对环坯内、外表面和上、下端面进行机加工，要求表面无肉眼可见的缺陷，表面粗糙度Ra12.5；步骤十二：轧前加热：采用电炉加热环坯，环坯室温装炉，升温至445‑455℃后保温3‑8h；步骤十三：环轧：轧前对轧辊进行预热，预热至250‑300℃，在径‑轴向数控环轧机上对环坯进行轧制，主轧辊线速度900‑1300mm/s，将轧制过程分为四个阶段，各阶段环坯的直径长大速率不同：初轧阶段直径增长速率设定为3mm/s；过渡轧制阶段，提高直径长大速率，由3mm/s提高至5mm/s，再过渡至8mm/s；主轧制阶段，是环件直径长大的主要阶段，材料变形较剧烈，将直径增长速率设定为8mm/s；减速轧制阶段，在轧制的后半程需对前期环件表面温度升高进行调整，降低直径增长率至1mm/s；轧制变形量20‑40％，一火次完成轧制，终轧温度≥400℃，轧后空冷器冷却，制得筒形锻件；步骤十四：固溶处理：将铝合金立式淬火炉炉温升至502℃，筒形锻件室温装炉，在499‑505℃保温4‑6h，淬火前将水温加热至30℃，入水前开启水循环系统，淬火转移时间＜10s，在水中的冷却时间不少于20min，并上下运动淬火工装，以保证内孔位置的冷却效果，出水后3min之内转移至时效炉中；步骤十五：时效处理：筒形锻件随炉升温至160‑165℃，保温10‑15h，时效后出炉空冷，制得三向近同性高性能铝合金筒形锻件；步骤十六：质量检测：按照GJB1580A‑2004标准中的A级要求进行超声波探伤，在一端切取取样环，均分为4个象限，每个象限切取切向、轴向、径向试样各一根，进行室温拉伸性能检测，在取样环的任意位置切取一个高倍试样检测有无过烧和一个低倍试样检测有无缺陷。