高性能、小残余应力铝合金环件生产方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能、小残余应力铝合金环件生产方法，包括 如下工艺步骤：1)根据环形锻件尺寸和金属富余量计算出锻件毛坯重量； 2)根据体积不变原理，计算出铝合金圆铸锭直径φ和长度L；3)利用上、 下内凹砧完成镦粗开坯工艺，随后压凹冲孔制备环坯；4)将环坯采用自 由锻马架扩孔方式制备轧环环坯；5)采用轧环机轧出大直径、厚壁铝合 金环形锻件；6)进行固熔热处理和高水温淬火，随后进行轴向冷压缩变 形，最后完成人工时效热处理；7)环件按标准要求进行超声波探伤，符 合标准要求的环件在本体上进行取样、力学性能检测。该方法不仅金属利 用率高，而且环件从表面到芯部都充分、均匀变形，具有高性能、小残余 应力等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铝合金环形锻件的生产工艺，属铝合金加工领域。
技术介绍
目前，要获得高性能、小残余应力铝合金环件，特别是壁厚〉150mm 的铝合金环件，必须从变形和热处理两方面入手解决。从变形来讲，传统的马架扩孔方法，变形虽然能深入锻件芯部，但存 在变形不均和金属利用率低的不足，轧环机扩孔方法虽然变形均匀、金属 利用率高，但存在表面累积变形问题。从热处理来讲，相关标准和规程可以提供的热处理制度仅适用于壁厚〈150mm的锻件，对于M50mm厚的锻件，考虑到残余应力的不利影响，总是以牺牲强度为代价换取尽量小的残余应力的热处理，实质上这一问题一直没有得到解决。
技术实现思路
针对上述两方面问题，本专利技术旨在提供一种高性能、小残余应力铝合 金环件生产方法。本专利技术采用的技术方案是一种，包括如下工艺步骤1) 根据环形锻件尺寸和金属富余量计算出锻件毛坯重量；2) 根据体积不变原理，计算出铝合金圆铸锭直径0和长度L，并设 L/ 0=3.0—3, 3;43) 利用上、下内凹砧完成镦粗开坯工艺，随后压凹冲孔制备环坯；4) 将环坯采用自由锻马架扩孔方式制备轧环环坯；5) 采用轧环机轧出大直径、厚壁铝合金环形锻件；6) 对铝合金环形锻件进行固熔热处理和高水温淬火，随后进行轴向 冷压縮变形，最后完成人工时效热处理；7) 环件按标准要求进行超声波探伤，符合标准要求的环件，在本体 上进行取样、力学性能检测。所述步骤(3)中，首先将上、下内凹砧定位，确保上、下内凹砧中心 线重合；再将长度与直径比大于3的圆铸锭吊放在下内凹砧上，调整位置确 保铝合金圆铸锭中心线与上、下内凹砧中心线重合；调整完毕后，由动力 机构驱动上内凹砧下移，缓慢给铝合金圆铸锭施压开始铝合金圆铸锭上 下端面的外沿发生变形，随着上内凹砧不断下降，圆铸锭两端面与内凹砧 之间的空腔逐步填满，内凹砧对圆铸锭端面的作用力方向也逐渐与其轴心 线重合；随着上内凹砧的进一步下降，圆铸锭长度与直径比也随镦粗过程 的进行，其比值不断变小；然后将已经被镦粗到一定程度的圆铸锭用锻造 夹具定位，下工作台移动，将下内凹砧更换成平砧并将该锭吊放在下平砧 上，上内凹砧进一步下降，使圆铸锭形成的弧形下端被镦平；将完成上述 工步的铸锭，吊往另一台安装有上下平砧的更大压机上，然后进一步下降， 使圆铸锭形成的弧形上端被镦平至所要求的锻胚高度尺寸，最终完成长度 与直径比大于3的铝合金圆铸锭镦粗。所述上、下内凹砧分别开设有键槽，并通过上、下键锁紧，确保上下 内凹砧中心线重合。所述动力机构采用锻锤、压机，通过活动横梁驱动上内凹砧下降。所述上、下内凹砧的内凹面呈弧形或锥形。所述上、下内凹砧的内凹面具有多种不同半径的弧度且弧面之间平滑 过渡。所述步骤(6)中，将铝合金环件加热到该合金的固溶温度530-540 °C，按金属温度240分钟保温，使可溶解组份进入固熔体，此固熔体在 60-7(TC的水中冷却，以保持过饱和状态，完成淬火，随后按2-4%冷变形 率进行环件轴向冷压縮变形，减少和消除这种大截面环件的残余应力，最 后在炉内空气温度170-18(TC下保温19小时，达到这种大截面铝合金环 件的合金元素能均匀地在固熔体中沉淀，实现性能均匀且提高。该方法的核心是从变形上既能达到高金属利用率，又能使环件从表面 到芯部都充分、均匀变形，为获得均匀、高性能环形件创造条件，在热处 理上，根据不同环件壁厚，提出不同固熔保温时间和淬火水温，突破了环 件壁厚〉150mm时只能以牺牲强度为代价换取尽量小的残余应力的热处理的 弊端，并通过冷变形等一系列措施达到获得高性能、小残余应力铝合金环 件的目的，通过上述方法生产的大直径、厚壁铝合金环件，其力学性能超 过美国宇航材料标准，且残余应力相对较小，为机械加工厂能加工出尺寸、 公差均满足设计要求的超大直径、薄壁、异形回转体零件创造了宽松的环 境0附图说明图l为本专利技术的工艺流程图2为本专利技术步骤(3)中镦粗法及镦粗砧的示意图； 图3为本专利技术步骤(3)中镦粗砧的背面示意图； 图4为本专利技术步骤(3)中镦粗砧的正面示意图；图5为本专利技术步骤(3)中下镦粗砧的第二种结构示意图6为本专利技术步骤(3)的镦粗过程示意图。 具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的说明。附图标记说明如下1——上弧形砧2——下弧形砧3——铝合金锭坯4——键槽5——起重孔如图1所示，该方法的第一步根据环形锻件尺寸和金属富余量计 算出锻件毛坯重量，锻件毛坯重量G毛gpAXG锻，其中A为金属富余量，各个企业、各种生产方式不同其值也不一样，但必须大于l。第二步根据体积不变原理，计算出铝合金圆铸锭直径0和长度L， 并设L/ 0=3.0-3.3，锻件毛坯重量G毛坯-铸锭重量G锭， G徒= ~^"x0 xH (或L)xy其中0——圆锭直径、H (或L)——圆锭长度、Y——比重，通过 多次计算，确定圆铸锭直径0，长度L，且要满足G徒重量要求，和L/ 0=3. 0-3. 3。第三步利用上、下内凹砧完成镦粗开坯工艺，随后压凹冲孔制备环 坯，内凹砧能减少变形死区，达到镦粗过程中均匀变形，使环坯不存在残 留铸造组织，对提高最终环件性能大有益处，环坯压凹冲孔制备环坯主要是提高金属利用率，而传统的方法是钻孔、车孔，金属利用率低。如图2-6所示，对圆铸锭进行镦粗时，要求上弧形砧l、下弧形砧2必须 用上下键锁紧，上、下弧形砧的四边均设有向里延伸的键槽4，确保上下弧 形砧中心线重合，弧形砧两侧开设有起重孔5。生产时把铝合金锭坯3吊放 在下弧形砧l上，调整位置确保铝合金锭坯3的中心线与上下弧形砧中心线 重合(见图6a)，此时，上、下砧间距为2325mm，待调整完毕后，再将水 压机活动横梁下移，缓慢给铝合金锭坯3施压，开始铝合金锭坯3上下端面 的外沿发生变形，随着上弧形砧l不断下降，铝合金锭坯3两端面与弧形砧 之间的空腔逐步填满，弧形砧对铝合金锭坯端面的作用力也逐渐与铝合金 锭坯的轴心线重合，即弧形砧对铝合金锭坯端面作用力方向与轴心线o-o 的夹角从e度不断地、逐渐地减小为0，最终弧形砧作用力方向与铝合金锭 坯轴心线重合，没有形成扭矩的条件，避免了铝合金锭坯镦粗时失稳现象 发生，与此同时，铝合金锭坯长度与直径比也随镦粗过程的进行，其比值 不断变小，这就更有利于防止被镦粗铝合金锭坯失稳(见图6b)，此时上、 下砧间距为900mm，将下内凹砧更换为平砧，已经被镦粗到一定程度的铝合 金锭坯吊放在下平砧上(见图6c)，此时上、下砧间距为1220mm，上内凹 砧进一步下降，使铝合金锭坯在上述步骤中形成的弧形下端被镦平(见图 6d)，此时上、下砧间距为1100mm，将上内凹砧更换为平砧(见图6e)， 此时上、下砧间距为1420mm，然后上内凹砧进一步下降，使铝合金锭坯在 步骤(3) 、 (4)中形成的弧形上端被镦平，上内凹砧持续下降至上、下 砧间距为570mm (见图6f)，完成长度与直径比大于3的铝合金锭坯镦粗。 根据生产近三吨重的铝合金环形锻件的金属富余量需要，采用082OX 2700mm的铝合金圆铸锭就足够了，即082Omm圆铸锭从30-246O讓增至3. 30=2700咖，重量增加360kg，试验证明，采用此方法，选用082OX2700^的铝合金圆铸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能、小残余应力铝合金环件生产方法，包括如下工艺步骤：　１）根据环形锻件尺寸和金属富余量计算出锻件毛坯重量；　２）根据体积不变原理，计算出铝合金圆铸锭直径φ和长度Ｌ，并设Ｌ／φ＝３．０－３．３　３）利用上、下内凹砧完成镦粗开坯工艺，随后压凹冲孔制备环坯；　４）将环坯采用自由锻马架扩孔方式制备轧环环坯；　５）采用轧环机轧出大直径、厚壁铝合金环形锻件；　６）对铝合金环形锻件进行固熔热处理和高水温淬火，随后进行轴向冷压缩变形，最后完成人工时效热处理；　７）环件按标准要求进行超声波探伤，符合标准要求的环件在本体上进行取样、力学性能检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟诚道，王献文，曹贤跃，林海涛，钟彬，罗顺成，吴锡伟，王华，
申请(专利权)人：钟诚道，王献文，曹贤跃，林海涛，钟彬，罗顺成，吴锡伟，王华，
类型：发明
国别省市：85