一种铝合金球冠的制备方法、耐腐蚀铝合金球冠及支座技术

本发明专利技术提供了一种铝合金球冠的制备方法、耐腐蚀铝合金球冠及支座，所述铝合金球冠的制备方法包括：S1、下料；S2、热成型；S3、固溶处理；S4、冷变形将S3得到的坯料放入第二模具中，使胚料完全充满第二模具进行冷压成型，其中冷变形量为2

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金球冠的制备方法、耐腐蚀铝合金球冠及支座


[0001]本专利技术涉及桥梁建筑
，具体而言，涉及一种耐腐蚀铝合金球冠的制备方法、铝合金球冠及支座。

技术介绍

[0002]桥梁支座通常设置在桥梁的桥墩与梁体之间以起到承压和水平承载的作用，是桥梁建设中的关键部件。而球型支座具有优良传力性能和耐久性能，已被广泛应用于各类桥梁工程中，受到了行业内的普遍认可。
[0003]球型支座通常由上座板、下座板、球冠衬板、非金属滑板等组成，支座的位移通过上支座板的不锈钢板和球冠衬板上镶嵌的非金属滑板组成的平面摩擦副来实现，支座的转动通过下座板上镶嵌的非金属滑板与球冠衬板的圆弧面组成的球面摩擦副来实现。为了实现球形支座与桥梁主体同寿命设计，球冠衬板的长期可靠性显得尤为重要。
[0004]现有技术通常采用轧板材来制造铝合金球冠，但其中的晶粒沿轧制方向易发生严重变形并被拉长，导致板材的组织均匀性差，最终成品的力学性能和耐腐蚀性能存在各向异性，同时受设备能力限制，难以轧制性能满足要求的大厚度板材，难以满足在苛刻工况的使用需求。或采用自由锻造工艺制作而成，先锻造成圆饼后加工成球型，材料利用率(约50％)较低，成本高；此技术能够有效消除各向异性，组织均匀性好，但由于经高温锻造处理，球冠组织中存在残余应力，长期使用后会导致球冠局部尺寸不稳定并使摩擦副的摩擦系数增大，影响支座的平移和转动；同时由于硅、镁、铜元素含量比例不合理，在酸性环境下的耐腐蚀性不佳。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的问题是现有铝合金球冠存在残余应力而影响使用寿命，且不耐酸性介质腐蚀导致应用场景受限。
[0007]为解决上述问题，本专利技术提供一种铝合金球冠的制备方法，包括：
[0008]S1、下料将铝合金棒料锯切成直径为d，长度为L的段料，确保所述段料与球冠毛坯的重量一致；
[0009]S2、热成型将步骤S1得到的段料加热至470℃
‑
510℃并保温，将第一模具预热至200
‑
300℃后在其表面均匀涂抹润滑油；将所述段料转移至所述第一模具中进行热压使其充满模具进行成型，镦粗比R≥2.4，之后将其快速水冷至室温；
[0010]热压成型时严格控制模压的变形速度和单次变形量，保证金属流动平缓并充满第一模具，变形均匀且毛坯的内部组织均匀，总变形量达到设计要求，并留出冷变形终成型的变形量，制成墩粗毛坯。优选的，所述所润滑油由70
‑
80％汽缸油+20
‑
30％石墨组成。优选的，步骤S2中的变形速率为0.02
‑
0.05s
‑1。
[0011]作为本专利技术的一个示例，所述第一模具的直径D1为448mm，高度H1为72mm，球心半径
SR1为630mm，斜度W为3
°
，既易于锻造，又能保证锻件不会出现错移、折叠等缺陷。
[0012]S3、固溶处理将步骤S2得到的坯料在450℃
‑
560℃下保温150
‑
350min，之后将其快速水冷至室温；具体保温时间按照坯料的最大厚度进行设计，如为3
‑
5min/mm；该步操作可使坯料温度均匀化，析出相充分溶解。
[0013]S4、冷变形将S3得到的坯料放入第二模具中，使胚料完全充满第二模具进行冷压成型，其中冷变形量为2
‑
4％；
[0014]通常固溶处理会产生很大的热应力和残余应力，不但影响锻件的耐蚀性，而且在使用过程中，随着时间的延长，残余应力逐渐释放，造成零件局部尺寸不稳定；本专利技术采用挤压棒经热模预锻成型、冷模终锻成型工艺，不仅消除固溶处理产生的热应力和残余应力，实现球冠尺寸的精密稳定；同时可提高材料的利用率，降低制造成本且具有良好的耐腐蚀性能和力学性能。
[0015]S5、时效将步骤S4得到的坯料在160℃
‑
190℃下保温至少480min。通过该步时效操作可使Mg、Si原子从过饱和固溶体中析出，形成原子富集区，使强化相形核长大，使球冠获得最佳的强化效果，具有良好的综合力学性能和耐腐蚀性能。
[0016]优选的，步骤S1中所述铝合金棒料的元素组成的质量百分比为：0.4/％
‑
1.1％Si、0
‑
0.5％Fe、0
‑
0.1％Cu、0.5％
‑
0.9％Mn、0.5％
‑
1.1％Mg、0
‑
0.25％Cr、0
‑
0.2％Zn、0.02％
‑
0.05％Ti、0
‑
0.01％B，余量为Al。
[0017]优选的，步骤S2中所述第一模具向下凹陷形成相连的圆柱形内腔和球缺内腔，所述圆柱形内腔的内壁面与所述第一模具的中心线形成夹角W为3
°‑5°
，所述圆柱形内腔与所述球缺内腔之间倒圆角设置，且圆角的半径为3
‑
8mm。通过设置圆柱形内腔逐渐向球却内腔侧收缩可方便锻造时毛坯脱模，同时二者之间倒圆角可有效防止成型时折叠。
[0018]优选的，所述圆柱形内腔所在圆的外径为D1，所述球缺内腔对应的球心半径为SR1，所述耐腐蚀铝合金球冠的高度为H，球心半径为SR，步骤S2中的变形量X＝L/H，Y＝D1/d，其中2.4≤X≤3.0，1.5≤Y≤2.3。该设置可在热成型时控制均匀变形量，保证形成的球冠的内部组织均匀。
[0019]优选的，步骤S4中所述第二模具向下凹陷形成相连的圆柱形内腔和球缺内腔，所述圆柱形内腔与所述球缺内腔之间倒圆角设置，且圆角的半径为2
‑
4mm。优选的，所述第二模具的内腔体积与第一模具的内腔体积相同。
[0020]优选的，所述圆柱形内腔所在圆的外径为D1，所述球缺内腔对应的球心半径为SR1，步骤S4中所述冷变形量Z＝[1
‑
(D1/D2)2]×
100％。
[0021]优选的，所述冷变形量Z的取值为2％
‑
4％。当冷变形量超过4％时，会产生相反方向的残余应力积累，同时会引起冷作硬化或裂纹；而冷变形量小于2％，则使应力消除效果不佳。通过对第一模具、第二模具的内腔之间存在对应关系，可确保锻造过程中所需要的球冠毛坯整体具有一样的变形量。
[0022]优选的，所述制备方法还包括：步骤S6、机加工及表面处理将球冠毛坯机加工成制定尺寸，采用金刚石专用刀具滚压表面，零件转速1500
‑
2000rpm，加工量为0.05
‑
0.08mm，表面粗糙度以及轮廓度≤0.2μm，然后再进行硬质阳极氧化处理，以提高表面耐磨性。
[0023]本专利技术还提供了一种耐腐蚀铝合金球冠，采用上述方法进行制备得到。本专利技术还提供了一种支座，包含由上述耐腐蚀铝合金球冠制备的球冠衬板。所述耐腐蚀铝合金球冠
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金球冠的制备方法，其特征在于，包括：S1、下料将铝合金棒料锯切成直径为d，长度为L的段料，确保所述段料与球冠毛坯的重量一致；S2、热成型将步骤S1得到的段料加热至470℃
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510℃并保温，将第一模具预热至200
‑
300℃后在其表面均匀涂抹润滑油；将所述段料转移至所述第一模具中进行热压使其充满模具进行成型，镦粗比R≥2.4，之后将其快速水冷至室温；S3、固溶处理将步骤S2得到的坯料在450℃
‑
560℃下保温150
‑
350min，之后将其快速水冷至室温；S4、冷变形将S3得到的坯料放入第二模具中，使胚料完全充满第二模具进行冷压成型，其中冷变形量为2
‑
4％；S5、时效将步骤S4得到的坯料在160℃
‑
190℃下保温至少480min。2.根据权利要求1所述耐腐蚀铝合金球冠的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述铝合金棒料的元素组成的质量百分比为：0.4/％
‑
1.1％Si、0
‑
0.5％Fe、0
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0.1％Cu、0.5％
‑
0.9％Mn、0.5％
‑
1.1％Mg、0
‑
0.25％Cr、0
‑
0.2％Zn、0.02％
‑
0.05％Ti、0
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0.01％B，余量为Al。3.根据权利要求1所述耐腐蚀铝合金球冠的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述第一模具向下凹陷形成相连的圆柱形内腔和球缺内腔，所述圆柱形内腔的内壁面与所述第一模具的中心线形成夹角W...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾立志，王新鹏，姜文英，符展鹏，曹翁恺，
申请(专利权)人：中船双瑞洛阳特种装备股份有限公司厦门分公司，
类型：发明
国别省市：