一种铝合金超大型环锻件的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铝合金超大型环锻件的制备方法。该方法包括：控制铝合金在一定温度下熔化，经精炼、真空除气、过滤、半连续铸造、铣切、锻前均匀化处理、锻前预变形、锻前再结晶处理、锻造、快速模切、环轧成形、热处理等步骤。所述铝合金经成分优化，锻造成形包括铸锭直接镦粗至圆饼状；在圆饼上采用模具快速冲切成孔；二次回炉进行消除内应力的保温均匀化处理；在数控辗环机上锻造成环状锻件。本发明专利技术中铝合金经成分优化、锻造之前进行预变形后的再结晶等处理，目的是利用再结晶将Fe、Si等杂质相从晶界聚集转变为晶内分布，同时细化锻造组织。该方法制备的铝合金超大型环锻件具有应力分布均匀、对称，环锻件三向力学性能各向异性小等优势。优势。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金超大型环锻件的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料塑性加工
，特别地，涉及一种铝合金超大型环锻件的制备方法。

技术介绍

[0002]超大型锻件制造是重大装备制造的关键技术之一，其质量直接影响到重大装备的整体水平和运行可靠性，是发展电力、船舶、冶金、石化、重型机械和国防等工业的基础，是先进装备制造业的前提。
[0003]超大型锻件的特点时大吨位，大尺寸，包括环件、轴类、饼类等锻件，其一般的制备流程包括：熔炼、铸造、均匀化退火、坯料、自由锻/模锻、固溶、冷变形、时效，其中坯料可以采用铸锭，也可以通过轧制、挤压、自由锻的方法制备成轧制板材、挤压材或自由锻件。坯料的组织性能对锻件最终性能起决定性作用。
[0004]已公开的专利文献采用铸锭或挤压材作为坯料，经加热保温后再进行自由锻和模锻，再经过热处理后制备成最终的自由锻件和模锻件。而对于超大规格铝合金锻件需要选用大型铸锭为坯料，该状态的坯料中含铁、硅、锰杂质相沿晶界聚集分布，使晶界变“脆”，并且均匀化处理难以改变其分布状态。后续加热塑性加工成形过程中，坯料经过较强烈的变形，其合金内部组织结构及析出相等发生变化，而晶界聚集杂质相的组织形貌则“遗传”给锻件，使得最终产品抗拉强度、屈服强度、延伸率与硬度等力学性能指标随取样方向的不同表现出一定的差异，产生平面力学各向异性。
[0005]上述材料各向异性严重限制了大型锻件在航空航天、军事工业、交通运输以及核工业等关键领域作为主承力结构的应用。特别的，对于一些急需超大型锻件产品应用领域，必须通过改进现有锻件成形工艺才能满足对应领域的用途需要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提出一种铝合金超大型环锻件的制备方法，以克服现有技术的不足，制备的环锻件力学性能各向异性小，解决了环件各向异性的问题。
[0007]本专利技术涉及一种铝合金超大型锻件的制备技术，具体的来说是一种铝合金超大型环锻件的成形工艺。该方法包括：控制上述铝合金在一定温度下熔化，经精炼、真空除气、过滤、半连续铸造(DC铸造)、铣切、锻前均匀化处理、锻前预变形、锻前再结晶处理、锻造、快速模切、环轧成形、热处理等步骤。所述铝合金经成分优化后锻造成形，包括铝合金铸锭直接锻压至圆饼状；采用液压冲切机在圆饼上冲孔；二次回炉进行消除内应力的保温均匀化处理；在数控辗环机上锻造成环形锻件。本专利技术中在锻造之前进行预变形后的再结晶处理，目的是利用再结晶将Fe、Si等杂质相从晶界聚集转变为晶内分布；合金成分优化的目的是改善和细化材料组织。该方法制备的铝合金超大型锻件应力分布均匀、对称，并有效地防止裂纹，减少内部冶炼缺陷。整个制备过程，工艺可行，可实现规模化生产。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下方案来实现：
[0009]本专利技术提供了一种铝合金超大型环锻件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0010]S1、将铝合金进行熔炼；
[0011]S2、将熔炼后的熔体加入精炼剂进行精炼；
[0012]S3、将精炼后的熔体在真空状态下精炼除气，再进行半连续铸造，冷却后获得铝合金铸锭；
[0013]S4、将铝合金铸锭进行均匀化处理得铝合金坯料；
[0014]S5、将铝合金坯料进行中低温保温，保温后出炉进行中低温预变形，预变形后进行再结晶退火；
[0015]S6、将退火后的坯料加热保温，再进行锻造镦粗，得到锻饼；
[0016]S7、将锻饼冲切成孔，然后二次回炉进行去应力退火处理；
[0017]S8、将退火后的带孔锻饼进行环轧成形，得目标尺寸环锻件；
[0018]S9、将目标尺寸环锻件进行热处理，即得所述铝合金超大型环锻件。
[0019]作为本专利技术的一个实施方案，所述铝合金中包括如下质量分数的各组分：铜0.1～0.5％，镁0.2～5％，锌0.1～5％，钛0.05～0.1％，其余为纯铝。具体地，本专利技术提出了一种新的铝合金超大型锻件的制备方法，包括对坯料本身进行优化。
[0020]作为本专利技术的一个实施方案，所述铝合金中包括如下质量分数的各组分：铜0.1～0.5％，镁0.2～5％，锌0.1～5％，钛0.05～0.1％；以及包括0.05
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0.15％镍，0.1
‑
0.3％铬，0.0001
‑
0.0005％铍中的一种或几种；其余为纯铝。本专利技术通过添加镍、铬、铍，可形成中间相，细化再结晶组织。
[0021]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中所述熔炼的温度为720～760℃。
[0022]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S2中精炼的温度为730～750℃，精炼时间为15～20min。通过精炼剂对熔体进行精炼处理，保温后去除残渣。
[0023]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S3中所述精炼除气的温度为730～750℃，时间10～20min。除气精炼目的是将杂质和气体从铝液中分离出来。因此，通过步骤S1
‑
S3后可获得高质量铸件。
[0024]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S4中均匀化处理的温度为460～475℃，时间为24～36小时。均匀化温度过低或时间短会导致均匀化不完全，成分不均匀；温度过高会使合金过烧；时间太长，经济性差，因此需要合适的均匀化温度。
[0025]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S5中所述中低温保温的温度为180℃～300℃；中低温预变形的变形量为10％～20％。中低温指低于铝合金的再结晶温度，保温时间根据坯料最大厚度2min/mm来计算，出炉后进行锻造变形。所述再结晶退火的温度为465～475℃，退火时间为18～30h。保温温度过低，变形抗力大；温度高，变形储能少，后续再结晶不完全。同样，再结晶温度低，再结晶不完全；温度高，晶粒会异长大。因此均需要合适的温度选择。
[0026]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S6中所述加热保温的温度为420～460℃，保温时间为10～12小时。
[0027]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S6中所述锻造的初锻温度为420℃～460℃，终锻温度380℃
‑
460℃。锻造过程中不断降温，保证锻造完成时的锻造温度≥380℃。
[0028]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S7中锻件快速模切冲孔后去应力退火处理的温度为450～460℃，退火时间为10～12小时。
[0029]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S8中所述环轧成型是将退火处理后带孔的锻坯进行环轧制，获得目标尺寸环锻件。具体地，环轧的初始温度为450～475℃，终锻温度为350℃
‑
475℃。环轧制是将锻坯在数控辗环机上进行环轧，保证环轧制完成时的锻造温度≥350℃。
[0030]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S9中所述热处理包括固溶处理和时效处理。固溶处理的温度为470
±
3℃；时效处理的温度为120
±
5℃，保温6
‑
20小时。本专利技术将最终形状规格的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金超大型环锻件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1、将铝合金进行熔炼；S2、将熔炼后的熔体加入精炼剂进行精炼；S3、将精炼后的熔体在真空状态下精炼除气，再进行半连续铸造，冷却后获得铝合金铸锭；S4、将铝合金铸锭进行均匀化处理得铝合金坯料；S5、将铝合金坯料进行中低温保温，保温后出炉进行中低温预变形，预变形后进行再结晶退火；S6、将退火后的坯料加热保温，再进行锻造镦粗，得到锻饼；S7、将锻饼冲切成孔，然后二次回炉进行去应力退火处理；S8、将退火后的带孔锻饼进行环轧成形，得目标尺寸环锻件；S9、将目标尺寸环锻件进行热处理，即得所述铝合金超大型环锻件。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金中包括如下质量分数的各组分：铜0.1～0.5％，镁0.2～5％，锌0.1～5％，钛0.05～0.1％，其余为纯铝。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金中包括如下质量分数的各组分：铜0.1～0.5％，镁0.2～5％，锌0.1～5％，钛0.05～0.1％；以及包括0.05
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0.15％镍、0.1
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【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，陈哲，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：