本發(fā)明屬于金屬材料加工領(lǐng)域，涉及一種履帶板的制備方法，尤其涉及一種鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板鍛件的制備方法。

背景技術(shù)：

目前，我國步兵戰(zhàn)車履帶板主要采用鑄鋼制造。鋼制履帶板重量過大，導(dǎo)致戰(zhàn)車作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)性低，嚴(yán)重影響我國步兵戰(zhàn)車的戰(zhàn)斗力。目前，某輕型步戰(zhàn)車已采用鋁合金履帶板，而噸位更大的輕型裝甲戰(zhàn)車仍然采用的是鋼制履帶板。為適應(yīng)部隊(duì)快速集結(jié)轉(zhuǎn)換，輕型步兵戰(zhàn)車迫切需求采用鋁制履帶板。因此亟需研制一種高強(qiáng)度鋁合金履帶板來代替鋼制履帶板。采用高強(qiáng)鋁合金履帶，步兵戰(zhàn)車履帶板整體減重將達(dá)30％以上，將大幅提高戰(zhàn)車的投送能力和戰(zhàn)車作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)性。

履帶板工作時(shí)直接與地面接觸，對(duì)板體的耐磨性要求很高。變形鋁合金雖然強(qiáng)度高，但耐磨性差，采用鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的履帶板可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)減重與耐磨的要求。目前北京有色金屬研究總院已經(jīng)采用液態(tài)模鍛工藝成功實(shí)現(xiàn)鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板，但液態(tài)模鍛合金的本質(zhì)是大量鑄造組織與少數(shù)變形組織共同組成，其組織疏松不致密，內(nèi)部冶金質(zhì)量難控制，疲勞性能差，鋁-鋼結(jié)合強(qiáng)度低，不滿足特種車輛靜力拉斷的力學(xué)性能指標(biāo)，不適用于噸位較大的特種車輛使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對(duì)上述制備方法存在的問題提供了一種鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板鍛件的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板的制備方法包括以下工藝步驟：

(1)以2XXX系或7XXX系變形鋁合金為原材料，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的不同合金成分進(jìn)行配料，先將純鋁在坩堝爐中800～850℃熔化，再依次加入其他主強(qiáng)化合金元素與微合金元素，再通過六氯乙烷精煉、除氣、扒渣后靜置，再將靜置的鋁熔體轉(zhuǎn)移至澆鑄前槽，采用半連續(xù)鑄造方法制備鑄錠；

(2)將鑄錠扒皮，采用正向擠壓機(jī)或者反向擠壓機(jī)將鑄錠按照設(shè)計(jì)要求擠壓成矩形帶板或棒材；

(3)將鍛造模具加熱至400～420℃，將加工完好的矩形帶板或棒材置于加熱爐中加熱保溫，加熱溫度400～480℃，保溫時(shí)間2～10h，將擠壓完成的矩形帶板或棒材在50s內(nèi)轉(zhuǎn)移至模具中，采用等溫模鍛制備出預(yù)鍛件；

(4)將等溫模鍛的預(yù)鍛件進(jìn)行二次加熱，加熱溫度400～480℃，保溫時(shí)間2～10h，將鑄鋼加熱至400～420℃,保溫2～4h，將鑄鋼轉(zhuǎn)移至鍛造模具的凹模中，再將預(yù)鍛造的預(yù)鍛件轉(zhuǎn)移至鍛造模具的凹模腔，采用等溫模鍛將鑄鋼與鋁合金履帶板預(yù)鍛件鍛造成一體；

(5)將鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)鍛件完成去飛邊機(jī)加工后，進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理，得到高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板鍛件。

所述鍛造工藝采用等溫模鍛方法，鍛造共分為兩火次，第一火次為預(yù)鍛，基本完成履帶板鍛件的成形，第二火次為終鍛，終鍛前將預(yù)鍛的鍛件按照400～480℃加熱，保溫2～10h，再用夾具將加熱的鑄鋼塊轉(zhuǎn)移至鍛造模具的凹模內(nèi)的預(yù)埋位置，接著將保溫的預(yù)鍛鍛件轉(zhuǎn)移至鍛造模具的凹模內(nèi)，鍛壓機(jī)開始鍛造、閉合保壓20s，完成履帶板鍛件的制備。

所述鍛造工藝參數(shù)為：鍛造模具加熱溫度410±10℃，鋁合金鍛造保溫溫度400～480℃，保溫時(shí)間2～10h，鍛造壓力1000～3000噸，鍛造速率2～10cm/s，鑄鋼塊的保溫溫度為410±10℃，保溫時(shí)間不超過6h。

在進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理時(shí)，根據(jù)所選用的鋁合金材料不同，其工藝參數(shù)如下：當(dāng)選用2XXX系變形鋁合金時(shí)，按510±30℃/4～6h保溫加熱進(jìn)行淬火處理，淬火介質(zhì)采用室溫冷水即可，淬火完成后進(jìn)行165±10℃/8～15h的人工時(shí)效處理，再進(jìn)行-80℃/6h處理；當(dāng)選用7XXX系變形鋁合金時(shí)，按470±10℃/4～6h保溫加熱進(jìn)行淬火處理，淬火介質(zhì)采用室溫冷水，淬火完成后進(jìn)行130±10℃/14～24h，再進(jìn)行-80℃/6h處理，淬火與人工時(shí)效之間間隔不超過4h。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：本發(fā)明首先通過半連續(xù)鑄造制備鑄錠，接著采用正向或反向擠壓將鋁合金鑄錠制備成擠壓材，再將擠壓材按尺寸下料并通過等溫模鍛預(yù)鍛出鋁合金履帶板預(yù)鍛件，再通過終鍛將鑄鋼塊與預(yù)鍛鋁合金履帶板鍛造成一體，實(shí)現(xiàn)鋁-鋼結(jié)構(gòu)復(fù)合。

1)本發(fā)明制備的鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板比鋼制履帶板減重30％的同時(shí)，又能保證履帶板的耐磨性以及整體強(qiáng)度且結(jié)構(gòu)性能可靠。

2)利用變形鋁合金的鑄造-擠壓-模鍛-熱處理方案制備履帶板鍛件，可以制備出高強(qiáng)度的鋁合金履帶板模鍛件，顯著提高生產(chǎn)效率，更適合履帶板產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。

3)通過等溫模鍛將耐磨鋼與鋁合金履帶板鍛造成一體，實(shí)現(xiàn)了鋼與鋁的雙金屬復(fù)合結(jié)構(gòu)鍛造，不僅實(shí)現(xiàn)了輕量化目標(biāo)，也保證了耐磨性的需要。等溫模鍛鋁合金履帶板鍛件的合金組織經(jīng)過大變形量加工后，組織細(xì)化，纖維組織明顯，經(jīng)過穩(wěn)定化熱處理后，合金可以在不損失延伸率的前提下提高強(qiáng)度，并可以消除鍛件的內(nèi)應(yīng)力，提高鍛件疲勞壽命與使用壽命。通過試驗(yàn)測(cè)試顯示，其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)-靜力拉斷強(qiáng)度超過鑄鋼，遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)要求。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施采用的鋁合金鑄錠均為自制，下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋,一種鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板的制備方法工藝如下：

一種鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板的制備方法，具體如下：

1)以2XXX系或7XXX系變形鋁合金為原材料，例如7075鋁合金，按GB/T 3190規(guī)定的合金成分配料，先將純鋁在坩堝爐中800～850℃熔化，接著在740℃加入Cu，攪拌均勻后在720℃加入Zn，繼續(xù)攪拌均勻加入Mg，再加入Cr等微元素，再加入六氯乙烷精煉劑精煉3次，除氣、扒渣、靜置20min，將鋁熔體轉(zhuǎn)移至鑄造前槽中，升溫加熱至690～710℃，開始半連續(xù)鑄造，鑄錠尺寸Φ500mm，具體工藝參數(shù)如下：澆鑄溫度700℃，鑄造速度20～30mm/min，水壓0.04～0.08MPa。

2)將鑄錠扒皮至Φ450±2mm，長度不小于700mm，通過8200噸正向擠壓機(jī)將鑄錠擠壓成矩形擠壓帶板或棒材，按照尺寸要求切成所需長度。

3)模具溫度加熱至400～420℃，將加工完好的擠壓帶板或棒材置于加熱爐中加熱保溫，加熱溫度400～480℃，保溫時(shí)間2～10h，將擠壓帶板或棒材50s內(nèi)轉(zhuǎn)移至模具內(nèi)，采用等溫模鍛鍛造出履帶板的預(yù)鍛件。

4)將等溫模鍛中履帶板的預(yù)鍛件進(jìn)行二次加熱，加熱溫度400～480℃，保溫時(shí)間2～10h，將鑄鋼(如38CrSi鋼)塊加熱至400～420℃,保溫2～4h，將鑄鋼塊轉(zhuǎn)移至鍛造模具的凹模，再將履帶板預(yù)鍛件轉(zhuǎn)移至鍛造模具的凹模腔，采用等溫模鍛將鑄鋼塊與鋁合金履帶板的預(yù)鍛件鍛造成一體。

5)將鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板鍛件進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理，得到高強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)可靠性高的的履帶板鍛件。

實(shí)施例1

1)以2A14鋁合金為原材料，按照GB/T 3190要求的化學(xué)成分進(jìn)行配料，先將純鋁在坩堝爐中820℃熔化，接著在740℃加入Cu，攪拌均勻后加入Mg，再加入Mn等微元素，合金元素徹底熔化并攪拌均勻后再加入六氯乙烷精煉劑精煉2次，除氣、扒渣、靜置20min，將鋁熔體轉(zhuǎn)移至鑄造前槽中，升溫加熱至705℃，開始半連續(xù)鑄造，鑄錠尺寸Φ640mm，具體工藝參數(shù)如下：澆鑄溫度705℃，鑄造速度35mm/min，水壓0.06MPa。

2)將鑄錠扒皮至Φ580mm，長度703mm，鑄錠加熱溫度460℃，擠壓筒加熱至450℃，擠壓速度0.4mm/min,通過5500噸反向擠壓機(jī)將鑄錠擠壓成Φ120mm的擠壓棒，按照尺寸要求切成長度128mm/塊。

3)將鍛造模具加熱至410℃，將加工完好的擠壓帶板轉(zhuǎn)移加熱爐中加熱保溫，加熱溫度460℃，保溫時(shí)間4h，將擠壓帶板50s內(nèi)轉(zhuǎn)移至模具內(nèi)，鍛造速度3cm/s，采用等溫模鍛制備出履帶板預(yù)鍛件。

4)將等溫模鍛中履帶板的預(yù)鍛件進(jìn)行二次加熱，加熱溫度460℃，保溫時(shí)間4h，將ZGMn13耐磨鋼加熱至400℃,保溫2h，將ZGMn13耐磨鋼轉(zhuǎn)移至鍛造模具的凹模預(yù)埋處，再將履帶板預(yù)鍛件轉(zhuǎn)移至凹模腔，鍛造速度3cm/s，采用等溫模鍛將ZGMn13耐磨鋼與鋁合金履帶板的預(yù)鍛件鍛造成一體。

5)將鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板鍛件進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理：503℃/保溫4h，冷水淬火，進(jìn)行160℃/8h人工時(shí)效，再進(jìn)行-80℃/6h處理，得到強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)可靠性高的履帶板鍛件。

實(shí)施例2

1)以7050鋁合金為原材料，按照要求的化學(xué)成分進(jìn)行配料，先將純鋁在坩堝爐中840℃熔化，接著在740℃加入Cu，攪拌均勻后在720℃加入Zn，繼續(xù)攪拌均勻加入Mg，再加入Zr等微元素，再加入六氯乙烷精煉劑精煉5次，除氣、扒渣、靜置20min，將鋁熔體轉(zhuǎn)移至鑄造前槽中，升溫加熱至695℃，開始半連續(xù)鑄造，鑄錠尺寸Φ480mm，具體工藝參數(shù)如下：澆鑄溫度695℃，鑄造速度27mm/min，水壓0.05MPa。

2)將鑄錠扒皮至Φ448mm，長度790mm，鑄錠加熱溫度400℃，擠壓筒加熱至450℃，擠壓速度0.2mm/min,通過8200噸正向擠壓機(jī)將鑄錠擠壓成280mm×60mm截面的擠壓帶板，按照尺寸要求切成長度110mm/塊。

3)將鍛造模具加熱至400℃，將加工完好的擠壓帶板轉(zhuǎn)移加熱爐中加熱保溫，加熱溫度410℃，保溫時(shí)間4h，將擠壓帶板40s內(nèi)轉(zhuǎn)移至模具內(nèi)，鍛造速度2cm/s，采用等溫模鍛制備出履帶板預(yù)鍛件。

4)將等溫模鍛中履帶板的預(yù)鍛件進(jìn)行二次加熱，加熱溫度410℃，保溫時(shí)間4h，將ZG35SiMn鋼塊加熱至400℃,保溫2h，將ZG35SiMn鋼塊轉(zhuǎn)移至鍛造模具的凹模，再將履帶板預(yù)鍛件轉(zhuǎn)移至鍛造模具的凹模腔，鍛造速度2cm/s，采用等溫模鍛將ZG35SiMn鋼塊與鋁合金履帶板的預(yù)鍛件鍛造成一體。

5)將鋁-鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)履帶板鍛件進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理：473℃/保溫4h，冷水淬火，進(jìn)行120℃/24h人工時(shí)效，再進(jìn)行-80℃/6h處理,得到強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)可靠性高的履帶板鍛件。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本方法所涉及技術(shù)領(lǐng)域，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。