用于大尺寸锻造的铝合金半固态坯料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于大尺寸锻造的铝合金半固态坯料的制备方法，将市售锻造铝合金挤压棒材，加工到长度为１５０～２２５ｍｍ的坯料；置于４００℃～４２０℃的环境中，保温１ｈ～３ｈ，以小于３０℃／ｈ的速度，随炉冷却；采用动载窄砧小变形技术锻造坯料，锤砧的预热温度为１００℃～２５０℃，坯料与锤砧的接触面积小于３０％，遵循轻－重－轻的锻打原则，坯料总变形程度为２０％～４０％，应用锻造工艺仿真软件的加热模块实现加热工艺的优化，采用三段式加热工艺实现坯料的快速均匀加热即制得球化良好、晶粒均匀、细小的大尺寸铝合金半固态坯料。本发明专利技术方法解决了坯料足够大的冷变形量下的变形不均匀，以及大尺寸坯料快速加热和坯料温度的均匀性不能很好控制的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料热成形
，涉及一种锻造用铝合金坯料的制 备，具体涉及一种。
技术介绍
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 metal compositeon"， 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①90mm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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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0)90mm O140mm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°C 42(TC的条件下保温lh 3h，完全退火，之后，以小于30°C/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①125mm O160mm、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。 本专利技术的特征还在于，,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10(TC 25(TC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) 遵循轻一重一轻的锻打原则，先轻打，使坯料端面与锤砧紧密接触， 然后重打，每次锤击，坯料的长度縮短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lmm，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。本专利技术方法与现有技术相比，具有如下优点-1.采用动载窄砧小变形技术，控制变形的相对均匀性。动载使材料储存 的变形能比静压时储存的冷变形能大；窄砧使变形体中，较难变形的区域变 小，实施再次打击时，可使较难变形的区域变形；小变形使摩擦锥变得非常 小，变形体变形相对均匀；2. 采用三段式加热工艺设置加热曲线；利用商用传热计算机软件，对加 热工艺曲线进行优化；大大縮短了总的加热时间，特别是縮短了再结晶温度 以上的加热时间。实现了快速加热与温度均匀性的统一，使SIMA法制备大 尺寸半固态坯料成为可能，从而使工程应用较为实际，用该方法制备的大尺 寸半固态坯料的晶粒组织边部、心部、端部晶粒平均直径以及圆整度相差不 大，均符合半固态坯料的组织要求。3. 本专利技术方法得到的半固态坯料与现有方法制得的合金相比，室温下屈 服强度的强度极限降低了 0% 5%，最大断面縮减率提高了大约20%，成形 时的变形力降低了30% 40%，其综合力学性能高，组织细小、均匀且呈近 球状。附图说明图1是本专利技术方法的工艺流程图2是本专利技术方法中计算机模拟优化得到的炉温控制曲线图； 图3是本专利技术方法的加热过程中测试到的坯料边部和心部的温度变化曲 线图4是本专利技术方法一种实施例的炉温控制曲线与坯料心部测温曲线图； 图5是本专利技术方法一种实施例制得的半固态坯料的金相组织显微照片； 其中，a是心部的显微照片，b是边部的显微照片，c是端部的显微照片； 图6是本专利技术方法另一种实施例的炉温控制曲线与坯料心部测温曲线图7是本专利技术方法另一种实施例制得的半固态坯料的金相组织显微照 片；其中，a是心部的显微照片，b是边部的显微照片，c是端部的显微照片； 图8是本专利技术方法第三种实施例的炉温控制曲线与坯料心部测温曲线图9是本专利技术方法第三种实施例制得的半固态坯料的金相组织显微照 片；其中，a是心部的显微照片，b是边部的显微照片，c是端部的显微照片。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术方法的流程如图1所示。按以下步骤进行步骤1:将市售的直径为①90mm O140mm的锻造铝合金挤压棒材下 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，保证两端面相互平行；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°C 42(TC的条件下，保温lh 3h，完全退火，之后，以小于3(TC/h的冷却速度，步骤3:采用动载窄砧小变形技术，对上歩完全退火后的圆棒坯料进行锻 造，使之预冷变形，锻造过程中控制(1) 锤砧置于温度为10(TC 25(rC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) 遵循轻一重一轻的锻打原则，先轻打，使坯料端面与锤砧紧密接触， 然后重打，每次锤击，坯料的长度縮短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lmm，坯料调头锻造，(4) 圆棒坯料的总变形程度为20% 40%，得到直径为①125mm ①本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大尺寸锻造的铝合金半固态坯料的制备方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵孟舟，雍艺龙，陈鹏波，马敏团，黄引平，何源，郝炜，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第十二研究所，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]