一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法及装置，将喷射成形的铝合金坯料切割成长方体形状的铝合金锭坯；对切割后的铝合金锭坯进行包套处理，用钢板将整个铝合金锭坯紧密包裹起来；将包套后的铝合金锭坯沿长方体高度Z向进行锻造，同时对铝合金锭坯通以脉冲电流；翻转铝合金锭坯，沿Y向对其进行锻造的同时辅以脉冲电流；继续翻转铝合金锭坯，沿X向对其进行锻造的同时辅以脉冲电流，完成一道次的电塑性多向锻造；重复步骤(3)完成多道次的电塑性多向锻造；去除包套后获得喷射成形铝合金坯。适用于喷射成形铝合金锭坯致密化，可获得具有细小晶粒组织、第二相均匀弥散分布、致密化程度高和力学性能良好的喷射成形铝合金坯。

A Spray Forming Method and Device for Electroplastic Multidirectional Forging of Aluminum Alloy

The invention discloses an electroplastic multi-direction forging method and device for spray forming aluminium alloy, which cuts spray forming aluminium alloy billet into cuboid-shaped aluminium alloy ingot, wraps the cut aluminium alloy ingot with steel plate, wraps the whole aluminium alloy ingot tightly, forges the wrapped aluminium alloy ingot along Z-direction of cuboid height, and combines aluminium at the same time. Gold ingot is forged with pulse current; aluminum ingot is reversed with pulse current along Y direction; aluminum ingot is continued to be reversed with pulse current along X direction, and electroplastic multi-direction forging is completed once; repeated steps (3) are completed with multi-pass electroplastic multi-direction forging; spray forming aluminum alloy billet is obtained after removing the cover. It is suitable for densification of Spray-Formed aluminium alloy ingots, and can obtain Spray-Formed aluminium alloy billets with fine grain structure, uniform distribution of the second phase, high densification degree and good mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法及装置
本专利技术涉及一种铝合金冷加工成形技术，尤其涉及的是一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法及装置。
技术介绍
喷射成形技术因其制坯过程中材料的冷却凝固速度大幅度提高，相比于传统铸造成形制备的材料可具有更高的合金成分、更细小的晶粒和较低的偏析倾向，喷射成形铝合金凭借其高强度、耐腐蚀、韧性好等优异的综合力学性能，在我国航空航天及军事工业领域得到了日益广泛的应用。然而，喷射成形技术制备的铝合金坯料由于含有一定量孔隙造成组织密度低，同时氧化膜的存在使得颗粒之间达不到良好的冶金结合，需要采用合理的后续致密化加工提高其致密度，以充分提高制品的各项性能。而传统的喷射成形铝合金致密化手段，如锻造、挤压、轧制、热等静压等热机械加工工艺存在较大局限。一方面因其变形量有限，对锭坯致密化及组织改性能力有限；另一方面铝合金晶粒在热机械加工过程中由于受到热作用，晶粒不可避免地发生一定程度长大，会弱化机械加工的晶粒细化效果，同时加热会形成氧化皮造成材料烧损且降低表面质量。包套锻造技术是通过在坯料外包覆一层可变形包套，增大变形过程静水压力，可显著提升材料的变形性。多向锻造技术通过在材料的三个轴向不断进行压缩和拉长，从而引入大的应变量，可显著提升材料组织均匀性和力学性能。哈工大王凌芳对喷射成形7075铝合金采用单向包套锻造(王凌芳.喷射成形超高强铝合金包套锻造工艺研究[D].哈尔滨工业大学,2015)，结果发现变形开裂行为得到有效控制，拉伸强度获得一定提升，但提升幅度不明显，而且锻后组织仍存在较多微观孔隙，致密化程度不够。中国专利技术专利申请：201810068960.X，专利技术名称为：一种含Cr和Mo的β凝固TiAl合金多向包套锻造方法，将TiAl合金进行包套多向锻造，解决现有TiAl合金在单向锻造时变形不均匀、组织和性能各向异性强等问题。但该方法锻造前后热处理制度复杂，且需将坯料加热至1150℃以上，对锻造设备要求较高，该方法无法直接应用且不适宜应用于喷射成形铝合金材料，而且工序复杂、成本较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：如何高效提升喷射成形铝合金组织致密度及其性能，提供了一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法及装置。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术的一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法，包括以下步骤：(1)将喷射成形的铝合金坯料切割成长方体形状的铝合金锭坯；(2)对切割后的铝合金锭坯进行包套处理，用钢板将整个铝合金锭坯紧密包裹起来；(3)将包套后的铝合金锭坯沿长方体高度Z向进行锻造，同时对铝合金锭坯通以脉冲电流；翻转铝合金锭坯，沿Y向对其进行锻造的同时辅以脉冲电流；继续翻转铝合金锭坯，沿X向对其进行锻造的同时辅以脉冲电流，完成一道次的电塑性多向锻造；(4)重复步骤(3)完成多道次的电塑性多向锻造；(5)去除包套后获得喷射成形铝合金坯。所述步骤(1)中，切割之前除去喷射成形铸锭表面氧化皮和缺陷部分，获得的长方体铝合金锭坯的高度与底部边长之比在1.5～2.0。长方体铝合金锭坯为底部正方形的结构，便于锻造的过程中控制尺寸。所述步骤(2)中，利用钨极氩弧焊工艺对钢板进行连接，将锭坯紧密包裹起来。实现包套处理。所述步骤(2)中，包套厚度为锭坯底部边长的1/7～1/6。可以保证包套与坯料保持良好的变形协调性同时不明显增大载荷。所述包套使用的钢材为45号钢板。采用45号钢板，保证包套具备足够的强度不至于变形中产生开裂。所述步骤(3)中，脉冲电流的幅值为1500～3000A、脉冲电流频率为100～300Hz、占空比为5～10％。所述步骤(3)中，每个方向的锻造下压速度为0.1～0.3mm/s，变形量为35～45％。能够累积足够大的应变水平同时确保每个方向的锻造变形量基本一致，最后成形的仍然是较规整长方体结构。一种利用所述的喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法进行锻造的装置，所述装置包括上冲头、下冲头、上导电板、下导电板和脉冲电源；所述上导电板、下导电板分别设置在上冲头和下冲头上，所述上导电板和下导电板之间形成用于夹持待锻造锭坯的空间，所述脉冲电源的正负极分别连接于上导电板和下导电板上。所述上冲头与上导电板之间分别设有绝缘层，下导电板和下冲头之间分别设有绝缘层。上导电板、下导电板可以从主机拆除，保证了设备主机绝缘，工装结构简单、操作简便。本专利技术利用脉冲电流的电致塑性效应提高产品的性能，电致塑性效应是指对变形金属施加高能脉冲电流，利用脉冲电流的瞬时高能促进原子扩散、位错运动，从而降低材料的变形抗力，提高材料的塑性变形能力。电塑性加工不仅可以有效降低变形抗力，提高材料塑性变形能力，而且由于电流的焦耳热效应，脉冲电流可以对材料起到瞬时高效加热的作用，避免了传统热加工工艺中晶粒长时间处于热作用下发生长大过程。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术操作简单，实用性好，易于实现工业化应用，适用于喷射成形铝合金锭坯致密化，可获得具有细小晶粒组织、第二相均匀弥散分布、致密化程度高和力学性能良好的的喷射成形铝合金坯；本专利技术避免了喷射成形铝合金锭坯致密化传统热加工工艺所需加热过程，实现了冷加工致密化工艺，既强化了晶粒细化效果，也简化了生产工序、节省了成本；本专利技术采用包套进行包覆锻造，有利于增大静水压力，提升喷射成形铝合金锭坯的变形性，可实现多工步多道次加工而不产生裂纹造成失效；本专利技术将瞬时高能脉冲电流引入喷射成形铝合金锭坯锻造过程，瞬时高能可促进原子扩散、位错运动，不仅降低了材料变形抗力、减小了加工难度，同时有利于实现孔隙冶金愈合以及颗粒界面结合状态的改善，从而提高致密化程度、提升力学性能。附图说明图1是本专利技术成形装置的结构示意图；图2是本专利技术的待加工带包套喷射成形铝合金坯的结构示意图；图3是本专利技术一道次多向锻造过程锻造方向示意图；图4是喷射成形Al-20Si铝合金初始组织金相图；图5是经一道次电塑性多向锻造得到的Al-20Si铝合金变形组织金相图。图中标号：1-上冲头，2-上导电板，3-待锻造锭坯，4-下导电板，5-下冲头，6-脉冲电源，7-包套。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本实施例的铝合金为：Al-20Si铝合金。具体电塑性锻造成形过程如下：(1)工装准备：如图1所示，本实施例的锻造装置包括上冲头1、下冲头5、上导电板2、下导电板4和脉冲电源6；所述上导电板2、下导电板4分别设置在上冲头1和下冲头5上，所述上导电板2和下导电板4之间形成用于夹持待锻造锭坯3的空间，所述脉冲电源6的正负极分别连接于上导电板2和下导电板4上。通过在导电板和冲头端面之间放置绝缘材料保证上下冲头5及与冲头所连接压力机设备主机整体绝缘，再分别将上导电板2和下导电板4连接于脉冲电源6的负电极和正电极。(2)切取锭坯：去除喷射成形铸锭表面氧化皮和缺陷部分，切取长方体喷射成形高强铝合金锭坯，长方体锭坯高度与底部边长之比在1.5：1。(3)包套处理：利用钨极氩弧焊工艺对喷射成形铝合金锭坯进行包套7处理。包套7材料采用45号钢。如图2所示，包套7厚度取喷射成形铝合金坯底部边长约1/6；包套7工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将喷射成形的铝合金坯料切割成长方体形状的铝合金锭坯；(2)对切割后的铝合金锭坯进行包套处理，用钢板将整个铝合金锭坯紧密包裹起来；(3)将包套后的铝合金锭坯沿长方体高度Z向进行锻造，同时对铝合金锭坯通以脉冲电流；翻转铝合金锭坯，沿Y向对其进行锻造的同时辅以脉冲电流；继续翻转铝合金锭坯，沿X向对其进行锻造的同时辅以脉冲电流，完成一道次的电塑性多向锻造；(4)重复步骤(3)完成多道次的电塑性多向锻造；(5)去除包套后获得喷射成形铝合金坯。

【技术特征摘要】
1.一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将喷射成形的铝合金坯料切割成长方体形状的铝合金锭坯；(2)对切割后的铝合金锭坯进行包套处理，用钢板将整个铝合金锭坯紧密包裹起来；(3)将包套后的铝合金锭坯沿长方体高度Z向进行锻造，同时对铝合金锭坯通以脉冲电流；翻转铝合金锭坯，沿Y向对其进行锻造的同时辅以脉冲电流；继续翻转铝合金锭坯，沿X向对其进行锻造的同时辅以脉冲电流，完成一道次的电塑性多向锻造；(4)重复步骤(3)完成多道次的电塑性多向锻造；(5)去除包套后获得喷射成形铝合金坯。2.根据权利要求1所述的一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法，其特征在于，所述步骤(1)中，切割之前除去喷射成形铸锭表面氧化皮和缺陷部分，获得的长方体铝合金锭坯的高度与底部边长之比在1.5～2.0。3.根据权利要求1所述的一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法，其特征在于，所述步骤(2)中，利用钨极氩弧焊工艺对钢板进行连接，将锭坯紧密包裹起来。4.根据权利要求1所述的一种喷射成形铝合金电塑性多向锻造方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛克敏，胡勇，李萍，严思梁，石文超，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34