專利名稱：2a70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有復(fù)雜截面的大直徑金屬環(huán)件的短流程加工成形方法，具體的涉及一種2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法。
背景技術(shù)：
隨著我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展，大推力運(yùn)載火箭急需直徑5米以上級(jí)的大型復(fù)雜 截面鋁合金環(huán)件。所謂復(fù)雜截面環(huán)件，是指環(huán)件軸向方向截面積尺寸差異較大、環(huán)件截面方向形狀和尺寸變化較大、以及內(nèi)表面和外表面形狀均較為復(fù)雜的金屬環(huán)件，它是大推力運(yùn)載火箭項(xiàng)目能否成功的重要環(huán)節(jié)，是運(yùn)載火箭的關(guān)鍵連接件。特殊的使用環(huán)境對(duì)環(huán)件的尺寸精度和綜合力學(xué)性能提出了近乎苛刻的要求一方面要求零件具有高精度的外形尺寸，避免后續(xù)機(jī)加成形，浪費(fèi)大量人力物力的同時(shí)嚴(yán)重降低環(huán)件使用性能；另一方面要求零件具有優(yōu)異的組織狀態(tài)以達(dá)到綜合力學(xué)性能的要求。目前，復(fù)雜截面環(huán)件的制備通常采用熱軋制(也稱作熱輾擴(kuò))與機(jī)械切削加工聯(lián)合完成。該工藝基于成形錠坯軋制出矩形截面的環(huán)坯，再通過機(jī)械切削將矩形截面加工成所需要的復(fù)雜截面。主要加工工藝流程為冶煉一開坯一下料一鐓粗一沖孔一熱軋制一熱處理一機(jī)械加工。該工藝存在以下幾個(gè)方面的問題
1)流程冗長，工序繁多，生產(chǎn)效率低；
2)輾擴(kuò)環(huán)坯需沖孔制備，且最終截面形狀需通過切削多余敷料保證，材料利用率低；
3)機(jī)械加工過程切斷金屬流線，導(dǎo)致環(huán)件綜合力學(xué)性能下降；
4)制備過程需反復(fù)加熱，導(dǎo)致晶粒粗大，表面氧化嚴(yán)重，能源損耗大。公開號(hào)為CN 101817134A的中國專利公開了一種金屬環(huán)件短流程鑄輾復(fù)合成形的方法，該金屬環(huán)件短流程鑄輾復(fù)合成形的方法雖然在一定程度上滿足生產(chǎn)流程短，節(jié)省能源、材料和人力的有益效果，但是該方法采用離心鑄造環(huán)坯，無法滿足復(fù)雜截面環(huán)件的加工要求，且生產(chǎn)得到的金屬環(huán)件的綜合力學(xué)性能還達(dá)不到如運(yùn)載火箭的使用要求。鑒于此，本發(fā)明旨在探索一種2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，該2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法不僅能夠簡(jiǎn)化鋁合金環(huán)件的制坯工藝流程、降低成本和提高生產(chǎn)效率，而且還能夠有效改善鋁合金環(huán)件的微觀組織狀態(tài)，提高綜合力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，該2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法不僅能夠簡(jiǎn)化鋁合金環(huán)件的制坯工藝流程、降低成本和提高生產(chǎn)效率，而且還能夠有效改善鋁合金環(huán)件的微觀組織狀態(tài)，提高綜合力學(xué)性能。要實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，包括如下步驟
1)熔煉將2A70鋁合金在熔化爐中按成分配比熔煉；
2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將第I)步驟中得到的鋁合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為700-720 °C，加壓速度為35-40 mm/s，充型時(shí)間1-5 S，比壓為180-200 MPa，并在該壓力下保壓40-60 S，得到近終截面環(huán)坯；
3)均勻化近終截面環(huán)坯冷卻至495°C保溫16 h ；
4)余熱等溫軋制均勻化后的近終截面環(huán)坯溫度降低至430-4501時(shí)，在徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行等溫軋制；
5)熱處理經(jīng)余熱等溫軋制得到的環(huán)坯升溫至535°C，保溫3 h后水淬，然后升溫至190 °C 保溫 12 h ； 6)精整。進(jìn)一步，所述第2)步驟中，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，預(yù)熱至150-200 1時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層脫模劑，涂層厚度10-20微米，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至250-300 V ；
進(jìn)一步，所述第4)步驟中，余熱等溫軋制包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段，所述快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度^_與徑向進(jìn)給速度V彳μ滿足V$_=0. 5-0. 6V彳所述減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差30-50 mm時(shí)，軸向軋棍抬起；
進(jìn)一步，軋制模具與坯料溫差為±10°c ；
進(jìn)一步，所述第4)步驟中，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值；
進(jìn)一步，所述第I)步驟中，熔煉鋁合金的原材料選用原鋁錠、電解銅、純鎂及中間合金。進(jìn)一步，純鋁錠、電解銅和純鎂在使用前均需除去表面的氧化皮和污物，清洗后放入電爐中烘烤，去除所含水汽；
進(jìn)一步，所述液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱等溫軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，且液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸；
進(jìn)一步，所述余熱等溫軋制的輾擴(kuò)比> I. 4，控制軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度(3°，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330_。本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法采用熔煉一液態(tài)模鍛一均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉鋁合金溶液，隨后采用液態(tài)模鍛工藝得到近終截面環(huán)坯，并利用環(huán)坯凝固的余熱直接輾擴(kuò)成形，與傳統(tǒng)工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1)短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔工序，鋁合金環(huán)件的復(fù)雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)近終成形；
3)液鍛環(huán)坯組織狀態(tài)顯著優(yōu)于普通鑄造環(huán)坯，輔以后續(xù)的熱軋制成形可充分保證環(huán)坯材料的鍛態(tài)改性，獲得細(xì)密且均勻化的組織。4)精整工序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機(jī)加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學(xué)性能；
5)坯料無須反復(fù)加熱，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造。因此，本發(fā)明的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法有效簡(jiǎn)化制坯工藝，縮短工藝流程，降低成本，提高生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的推廣應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法進(jìn)行詳細(xì)說明。第一實(shí)施例
本實(shí)施例的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法包括如下步
驟
O熔煉將2A70鋁合金在熔化爐中按成分配比熔煉，熔煉完成后靜置25分鐘；具體的，本實(shí)施例熔煉鋁合金的原材料選用原鋁錠、電解銅、純鎂及中間合金，且純鋁錠、電解銅和純鎂在使用前均需除去表面的氧化皮和污物，清洗后放入電爐中烘烤，去除所含水汽。2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將第I)步驟中得到的鋁合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為700 °C，加壓速度為35 mm/s，充型時(shí)間5 S，比壓為180 MPa，并在該壓力下保壓60 S，得到近終截面環(huán)坯，比壓是指液態(tài)金屬在壓力下冷卻承受的單位壓力，本文所述的定量即為液態(tài)模鍛軋制異截面大型環(huán)件所需的鋁合金溶液的量。優(yōu)選的，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，預(yù)熱至150°C時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層脫模劑，涂層厚度18微米，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至250 0C，噴涂脫模劑能夠方便液態(tài)模鍛模具脫模。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使鋁合金在壓力下結(jié)晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下工藝特點(diǎn)1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；2)液態(tài)金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級(jí)別能達(dá)到壓鑄件的水平；3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于鑄件的補(bǔ)縮和防止鑄造裂紋的產(chǎn)生；4)液態(tài)模鍛工藝非常適合制備截面復(fù)雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術(shù)還具有工藝簡(jiǎn)單、鑄件機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。3)均勻化近終截面環(huán)坯冷卻至495 °C保溫16 h。4)余熱等溫軋制采用均勻化后的余熱降溫到軋制溫度直接實(shí)施熱軋制過程，而不需要二次加熱，當(dāng)近終截面環(huán)坯降溫至450°C時(shí)，采用徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行等溫軋制，軋制模具溫度為450°C，本實(shí)施例的軋制模具與坯料溫差為0°C。所述余熱等溫軋制包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段，所述快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度與徑向進(jìn)給速度V彳M滿足V$_=0. 6V彳所述減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)近終截面環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差50 mm時(shí)，軸向軋輥抬起；優(yōu)選的，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值。5)熱處理環(huán)坯升溫至535 °C保溫3 h后水淬，然后升溫至190 °C保溫12 h ；
6)精整。進(jìn)一步，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱等溫軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復(fù)雜導(dǎo)致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點(diǎn)/線接觸，導(dǎo)致打滑或咬合不良的問題。 液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸，具體尺寸根據(jù)輾擴(kuò)比確定。進(jìn)一步，余熱等溫軋制的輾擴(kuò)比彡I. 4，本實(shí)施例的輾擴(kuò)比=1. 4，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維?？刂栖堉坪蟮慕K截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度<3°本實(shí)施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為1°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330mm。本實(shí)施例的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法采用熔煉—液態(tài)模鍛一均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉鋁合金溶液，隨后采用液態(tài)模鍛工藝得到近終截面環(huán)坯，并利用環(huán)坯凝固的余熱直接輾擴(kuò)成形，與傳統(tǒng)工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
O短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔工序，鋁合金環(huán)件的復(fù)雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)近終成形；
3)精整工序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機(jī)加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學(xué)性能；
4)還料無須反復(fù)加熱，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造。第二實(shí)施例
本實(shí)施例的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法包括如下步
驟
O熔煉將2A70鋁合金在熔化爐中按成分配比熔煉，熔煉完成后靜置30分鐘；具體的，本實(shí)施例熔煉鋁合金的原材料選用原鋁錠、電解銅、純鎂及中間合金，且純鋁錠、電解銅和純鎂在使用前均需除去表面的氧化皮和污物，清洗后放入電爐中烘烤，去除所含水汽。2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將第I)步驟中得到的鋁合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為720 °C，加壓速度為40 mm/s，充型時(shí)間I S，比壓為200 MPa，并在該壓力下保壓40 S，得到近終截面環(huán)坯。優(yōu)選的，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，預(yù)熱至200 1時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層脫模劑，涂層厚度10微米，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至300 °C，噴涂脫模劑能夠方便液態(tài)模鍛模具脫模。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使鋁合金在壓力下結(jié)晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下工藝特點(diǎn)1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；2)液態(tài)金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級(jí)別能達(dá)到壓鑄件的水平；3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于鑄件的補(bǔ)縮和防止鑄造裂紋的產(chǎn)生；4)液態(tài)模鍛工藝非常適合制備截面復(fù)雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術(shù)還具有工藝簡(jiǎn)單、鑄件機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。3)均勻化近終截面環(huán)坯冷卻至495 °C保溫16 h。4)余熱等溫軋制采用均勻化后的余熱降溫到軋制溫度直接實(shí)施熱軋制過程，而不需要二次加熱，當(dāng)近終截面環(huán)坯降溫至430°C時(shí)，采用徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行等溫軋制，軋制模具溫度為420°C，本實(shí)施例的軋制模具與坯料溫差為-10°C。所述余熱等溫軋制包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段，所述快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度與徑向進(jìn)給速度V彳μ滿足V$_=0. 55V彳所述減速輾擴(kuò)階段 和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)近終截面環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差30 mm時(shí)，軸向軋輥抬起；優(yōu)選的，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值。5)熱處理環(huán)坯升溫至535 °C，保溫3 h后水淬，然后升溫至190 °C保溫12 h。6)精整。進(jìn)一步，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱等溫軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復(fù)雜導(dǎo)致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點(diǎn)/線接觸，導(dǎo)致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸。進(jìn)一步，余熱等溫軋制的輾擴(kuò)比> I. 4，本實(shí)施例的輾擴(kuò)比=3，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維?？刂栖堉坪蟮慕K截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度<3°本實(shí)施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為2°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330mm。本實(shí)施例的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法采用熔煉—液態(tài)模鍛一均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉鋁合金溶液，隨后采用液態(tài)模鍛工藝得到近終截面環(huán)坯，并利用環(huán)坯凝固的余熱直接輾擴(kuò)成形，與傳統(tǒng)工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
O短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔工序，鋁合金環(huán)件的復(fù)雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)近終成形；
3)精整工序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機(jī)加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學(xué)性能；
4)還料無須反復(fù)加熱，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造。第三實(shí)施例本實(shí)施例的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法包括如下步
驟
O熔煉將2A70鋁合金在熔化爐中按成分配比熔煉，熔煉完成后靜置25分鐘；具體的，本實(shí)施例熔煉鋁合金的原材料選用原鋁錠、電解銅、純鎂及中間合金，且純鋁錠、電解銅和純鎂在使用前均需除去表面的氧化皮和污物，清洗后放入電爐中烘烤，去除所含水汽。2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將第I)步驟中得到的鋁合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為710 °C，加壓速度為38 mm/s，充型時(shí)間3 S，比壓為190MPa，并在該壓力下保壓50 S，得到近終截面環(huán)坯；優(yōu)選的，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，預(yù)熱至180°C時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層脫模齊IJ，涂層厚度20微米，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至270 °C，噴涂脫模劑能夠方便液態(tài)模鍛模具脫模。采用液態(tài)模鍛制成近終截面環(huán)坯，使鋁合金在壓力下結(jié)晶、成形并產(chǎn)生少量塑性變形，獲得內(nèi)部組織致密，晶粒細(xì)小，表面光潔的優(yōu)質(zhì)液態(tài)模鍛件。液態(tài)模鍛具有以下工藝特點(diǎn)1)液態(tài)模鍛可以消除鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔和疏松等缺陷，產(chǎn)生局部的塑性變形，使鑄件組織致密；2)液態(tài)金屬在壓力下成形和凝固，使鑄件與型腔壁貼合緊密，因而液態(tài)模鍛件有較高的表面光潔度和尺寸精度，其級(jí)別能達(dá)到壓鑄件的水平；3)液態(tài)模鍛件在凝固過程中，各部位處于壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于鑄件的補(bǔ)縮和防止鑄造裂紋的產(chǎn)生；4)液態(tài)模鍛工藝非常適合制備截面復(fù)雜的環(huán)坯，可有效降低成本，提高環(huán)件的材料利用率。液態(tài)模鍛技術(shù)還具有工藝簡(jiǎn)單、鑄件機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。3)均勻化近終截面環(huán)坯冷卻至495 °C保溫16 h。4)余熱等溫軋制采用均勻化后的余熱降溫到軋制溫度直接實(shí)施熱軋制過程，而不需要二次加熱，當(dāng)近終截面環(huán)坯降溫至440 1時(shí)，采用徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行等溫軋制，軋制模具溫度為450 °C，本實(shí)施例的軋制模具與坯料溫差為10°C。所述余熱等溫軋制包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段，所述快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度與徑向進(jìn)給速度滿足V$_=0. 6V彳所述減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)近終截面環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差40 mm時(shí)，軸向軋輥抬起；優(yōu)選的，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值。5)熱處理環(huán)坯升溫至535 °C，保溫3 h后水淬，然后升溫至190 °C保溫12 h ；
6)精整。進(jìn)一步，液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱等溫軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，有效避免毛坯截面形狀復(fù)雜導(dǎo)致軋制初期環(huán)坯與軋輥之間的點(diǎn)/線接觸，導(dǎo)致打滑或咬合不良的問題。液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸。進(jìn)一步，余熱等溫軋制的輾擴(kuò)比> I. 4，本實(shí)施例的輾擴(kuò)比=2，以保證最終環(huán)件具有明顯的周向纖維?？刂栖堉坪蟮慕K截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度<3°，本實(shí)施例的近終截面環(huán)坯內(nèi)孔偏心度為3°，保證最終環(huán)坯幾何精度和重量精度，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯、的芯孔直徑彡330mm。本實(shí)施例的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法采用熔煉—液態(tài)模鍛一均勻化一余熱等溫軋制一熱處理一精整的工藝流程，該方法首先熔煉鋁合金溶液，隨后采用液態(tài)模鍛工藝得到近終截面環(huán)坯，并利用環(huán)坯凝固的余熱直接輾擴(kuò)成形，與傳統(tǒng)工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
O短流程，有效提高生產(chǎn)效率；
2)無沖孔工序，鋁合金環(huán)件的復(fù)雜截面依靠液態(tài)模鍛模具與軋輥孔型共同保證，顯著提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)近終成形；
3)精整工序有效保證環(huán)件截面尺寸和表面精度，避免機(jī)加工造成環(huán)件流線切斷的問題，顯著提高綜合力學(xué)性能；
4)還料無須反復(fù)加熱，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綠色制造。 最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于包括如下步驟 1)熔煉將2A70鋁合金在熔化爐中按成分配比熔煉； 2)液態(tài)模鍛將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，將第I)步驟中得到的鋁合金溶液定量澆注到液態(tài)模鍛模具內(nèi)，澆注溫度為700-720 °C，加壓速度為35-40 mm/s，充型時(shí)間1-5 S，比壓為180-200 MPa，并在該壓力下保壓40-60 S，得到近終截面環(huán)坯； 3)均勻化近終截面環(huán)坯冷卻至495°C保溫16 h ； 4)余熱等溫軋制均勻化后的近終截面環(huán)坯溫度降低至430-4501時(shí)，在徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行等溫軋制； 5)熱處理經(jīng)余熱等溫軋制得到的環(huán)坯升溫至535°C，保溫3 h后水淬，然后升溫至190 °C 保溫 12 h ； 6)精整。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于所述第2)步驟中，將液態(tài)模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，預(yù)熱至150-200 1時(shí)，在液態(tài)模鍛模具型腔內(nèi)均勻噴上一層脫模劑，涂層厚度10-20微米，繼續(xù)預(yù)熱液態(tài)模鍛模具至250-300 °C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于所述第4)步驟中，余熱等溫軋制包括快速輾擴(kuò)階段、穩(wěn)定輾擴(kuò)階段、減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段，所述快速輾擴(kuò)階段和穩(wěn)定輾擴(kuò)階段時(shí)的軸向進(jìn)給速度^_與徑向進(jìn)給速度V彳μ滿足V$_=0. 5-0. 6V彳所述減速輾擴(kuò)階段和成圓整形階段時(shí)，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的錐輥不進(jìn)給，僅軋制由于徑向軋制引起的寬展，當(dāng)環(huán)坯的外徑與成品環(huán)相差30-50 mm時(shí)，軸向軋棍抬起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于軋制模具與坯料溫差為±10°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于所述第4)步驟中，徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)的徑向進(jìn)給量選擇鍛透所要求的最小進(jìn)給量和咬入孔型所允許的最大進(jìn)給量之間的較小值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于所述第I)步驟中，熔煉鋁合金的原材料選用原鋁錠、電解銅、純鎂及中間合金，且純鋁錠、電解銅和純鎂在使用前均需除去表面的氧化皮和污物，清洗后放入電爐中烘烤，去除所含水汽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于所述液態(tài)模鍛模具的型腔形狀與環(huán)件的形狀相似，在液態(tài)模鍛模具的設(shè)計(jì)時(shí)，選取內(nèi)/外截面上形狀簡(jiǎn)單的一側(cè)作為定位基準(zhǔn)面，并根據(jù)余熱等溫軋制時(shí)軋輥與近終截面環(huán)坯接觸的形狀設(shè)置液態(tài)模鍛模具的型腔，且液態(tài)模鍛模具型腔的閉合尺寸與環(huán)件最終截面尺寸相比液態(tài)模鍛模具的徑向尺寸大于環(huán)件的徑向尺寸，液態(tài)模鍛模具的軸向尺寸小于環(huán)件的徑向尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，其特征在于所述余熱等溫軋制的輾擴(kuò)比> I. 4，軋制后的近終截面環(huán)坯的內(nèi)孔偏心度(3°，液態(tài)模鍛得到的近終截面環(huán)坯的芯孔直徑彡330_。全文摘要
本發(fā)明公開了一種2A70鋁合金異截面大型環(huán)件的液態(tài)模鍛軋制復(fù)合成形方法，包括如下步驟1)熔煉；2)液態(tài)模鍛將模鍛模具固定于間接擠壓鑄造機(jī)上后，合金溶液澆注到模鍛模具內(nèi)，澆注溫度700-720℃，加壓速度35-40mm/s，充型時(shí)間1-5s，比壓180-200MPa，并在該壓力下保壓40-60s，得到近終截面環(huán)坯；3)均勻化近終截面環(huán)坯冷卻至495℃保溫16h；4)余熱等溫軋制均勻化后的近終截面環(huán)坯溫度降低至430-450℃時(shí)，在徑軸復(fù)合軋環(huán)機(jī)上進(jìn)行等溫軋制；5)熱處理環(huán)坯升溫至535℃保溫3h后水淬，然后升溫至190℃保溫12h；6)精整。
文檔編號(hào)B21H1/06GK102689160SQ201210200498
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者李路, 王放 申請(qǐng)人:西南大學(xué)