一種提高變截面鋁合金模鍛件組織和性能的熱加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及變截面鋁合金模鍛件的熱加工技術領域。
【背景技術】
[0002]所研制的變截面鋁合金模鍛件截面變化比較大，等效截面最大變化量為3.12倍，等效高度最大變化量為13倍，如此大的截面變化將導致在鍛造過程中變形量有很大的不同，所形成的組織也會有很大不同，以致于同一模鍛件不同部位機械性能也難于相同，故此，需要對變截面鋁合金模鍛件鍛造過程中合理設計制坯結構，優化變形量，并在變截面鋁合金模鍛件隨后熱處理的過程中對變截面鋁合金模鍛件的組織進行調整以盡量縮小變截面鋁合金模鍛件不同截面的組織和性能差異。
[0003]通常變截面鋁合金模鍛件是采用鑄錠、棒材或板材，直接經過自由鍛造的方法來制造成坯料，再經終鍛模模鍛成型，接著對變截面鋁合金模鍛件進行熱處理，再對變截面鋁合金模鍛件進行機械加工。原有的熱加工方法中主要存在以下問題:
[0004](I)原有的變截面鋁合金模鍛件熱加工成型方法中，利用自由鍛造直接制坯，一方面制坯難度大，工作效率低下，批量供應受到制約，而且生產出來的坯料之間尺寸偏差大，變形量不一致，導致最終生產的變截面鋁合金模鍛件組織性能一致性差。
[0005](2)原有的變截面鋁合金模鍛件熱加工成型方法中，制坯之后直接進行最終模鍛，由于變截面鋁合金模鍛件截面厚度變化比較大，導致變截面鋁合金模鍛件局部變形過大或過小，容易產生粗晶或出現渦流、穿筋等鍛造缺陷；有時會導致變截面鋁合金模鍛件局部充不滿。
[0006](3)原有的變截面鋁合金模鍛件熱加工成型方法中，鍛造之后直接進行熱處理，由于變截面鋁合金模鍛件截面厚度變化大，對于厚截面處淬透性差，易導致組織性能不均勻，無法滿足變截面鋁合金模鍛件使用要求。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是:優化變截面鋁合金模鍛件制坯結構，提高制坯效率，保證尺寸一致性；合理分配變截面鋁合金模鍛件鍛造過程中各個截面的變形量，保證變形均勻一致，變截面鋁合金模鍛件充滿狀況良好；變截面鋁合金模鍛件采取熱處理之前機械加工的方法減小厚大部位截面尺寸，使熱處理過程中各個部位淬透性保持一致，確保變截面鋁合金模鍛件組織均勻，性能一致。
[0008]本發明的技術方案是:
[0009]一種提高變截面鋁合金模鍛件組織和性能的熱加工方法，包括制坯、預鍛、終鍛以及熱處理，其中鍛造步驟、熱處理之前的加工步驟如下:
[0010]1.鍛造步驟
[0011]步驟1.1:采用經過預制拉伸的板料作為鍛造坯料，然后按照鋁合金模鍛件變截面的結構來設計和制造胎模，用胎模對坯料進行分料和整形，按照等效容積法將坯料分為頭部和尾部兩部分，并按照鋁合金模鍛件變截面的結構進行局部整形，以給后續預鍛及模鍛留夠足夠的變形量。
[0012]步驟1.2:按照鋁合金模鍛件變截面的輪廓來設計和制造預鍛模，預鍛模的尺寸要為下步鍛造留有一定的變形余量，利用預鍛模對坯料進行預鍛，實現用預鍛模將坯料進行定位和局部成型，并使各變截面變形均勻；
[0013]步驟1.3:按照鋁合金模鍛件變截面的最終尺寸來設計和制造終鍛模，用終鍛模對坯料進行成型鍛造。
[0014]2.熱處理之前的加工步驟
[0015]在變截面鋁合金模鍛件熱處理之前，去除變截面鋁合金模鍛件局部厚大的部分，使變截面鋁合金模鍛件各部位截面趨于一致。
[0016]本發明的有益效果是:
[0017](I)采用胎模對變截面鋁合金模鍛件的坯料進行分料和整形，既保證了該坯料分料的準確性，又對分好的坯料進行了尺寸控制，提高了制坯效率，保證了變截面鋁合金模鍛件坯料尺寸的一致性；
[0018](2)利用預鍛模對變截面鋁合金模鍛件進行預先成型，既對變截面鋁合金模鍛件坯料進行了定位，又對變截面鋁合金模鍛件進行局部成型，并給變截面鋁合金模鍛件后續最終模鍛留有均勻的變形量，保證最終得到流線合理、組織均勻、晶粒細小、各部位充滿情況良好的變截面鋁合金模鍛件；
[0019](3)在變截面鋁合金模鍛件熱處理之前，利用機械加工方法去除變截面鋁合金模鍛件局部厚大部分，使變截面鋁合金模鍛件各部位截面趨于一致，既保證了熱處理的淬透性和組織性能的均勻性，又使變截面鋁合金模鍛件整體性能得到極大提高。
【具體實施方式】
[0020]下面通過具體實施例對本發明進行進一步的詳細說明。
[0021]一種提高變截面鋁合金模鍛件組織和性能的熱加工方法，首先采用經過拉伸預制的板坯作為原材料投入生產，用按照鋁合金模鍛件變截面的結構來設計和制造的胎模進行分料和整形。利用按照鋁合金模鍛件變截面的輪廓來設計和制造的預鍛模將分好的坯料進行定位和局部成型，最后用按照鋁合金模鍛件變截面的最終尺寸來設計和制造的終鍛模完全成型，并在變截面鋁合金模鍛件熱處理之前進行機械加工去除變截面鋁合金模鍛件厚大部分，提高了變截面鋁合金模鍛件的組織均勻性及綜合性能。
[0022]實施例:
[0023]該變截面鋁合金模鍛件材料為7050-T74，屬于超高強度鋁合金，變截面鋁合金模鍛件輪廓尺寸為765mmX380mmX 240mm，其最大截面厚度為392mm，其最小截面尺寸為30mm,截面尺寸變化大，屬于關鍵承力結構件，承受交變疲勞載荷，要求組織均勻，綜合性能指標優異，特別是變截面鋁合金模鍛件的抗疲勞性能要求高以適應長期服役的使用要求。試驗用上述變截面鋁合金模鍛件共3件。
[0024](I)用線切割方法切取尺寸為177X280X718，重量為99.6kg的拉伸預制板坯料，在1600T壓力機上用按照鋁合金模鍛件變截面的結構來設計和制造的胎模進行分料和整形。分料和整形的過程中，加熱溫度為420°C，共5火次完成分料和整形，每火次變形量控制在17%，終鍛溫度控制在> 360°C，胎模、鍛造錘砧以及其它鍛造所用工具預熱溫度為300。。?350。。。
[0025](2)在8000T螺旋壓力機上用按照鋁合金模鍛件變截面的輪廓來設計和制造的預鍛模進行預鍛和用按照鋁合金模鍛件變截面的最終尺寸來設計和制造的終鍛模進行終鍛成型。預鍛和終鍛的過程中加熱溫度仍然是420°C，預鍛模具和終鍛模具預熱溫度為250 0C，終鍛溫度控制在> 3600C。預鍛變形量控制在20%左右，I火次完成預鍛；終鍛變形量控制在25%左右，2火次完成終鍛成型。
[0026]上述(I) (2)所有加熱都在電阻爐內進行。
[0027](3)完成變截面鋁合金模鍛件成型后，緊接著對變截面鋁合金模鍛件進行熱處理。變截面鋁合金模鍛件熱處理采用固溶+兩次時效的方法。變截面鋁合金模鍛件熱處理之前進行機械加工去除變截面鋁合金模鍛件厚大部分，減小了熱處理有效截面厚度，保證了熱處理淬透性。使用電阻爐對變截面鋁合金模鍛件進行熱處理，固溶溫度為480±10°C，保溫> 90min,出爐水冷；半小時后，對變截面鋁合金模鍛件進行一次時效，時效溫度為121±5°C，保溫時間6?12h，到溫后將變截面鋁合金模鍛件直接出爐空冷；再過半小時后，對變截面鋁合金模鍛件進行二次時效處理，時效溫度為175±5°C，保溫時間6?8h，到溫后將變截面鋁合金模鍛件直接出爐空冷。
[0028]本發明解決了變截面鋁合金模鍛件成型以及變截面鋁合金模鍛件熱處理過程中存在的截面厚度變化大、變形不均勻、熱處理淬透性差、組織不均勻、性能差異大且不夠高的難度問題，通過使用胎模及預鍛模，解決了變截面鋁合金模鍛件成型問題；通過在變截面鋁合金模鍛件熱處理之前用機械加工的方法去除變截面鋁合金模鍛件厚大部分材料，解決了變截面鋁合金模鍛件熱處理淬透性問題。總之，通過上述方法，最終得到充型良好、組織均勻、綜合性能優異的變截面鋁合金模鍛件。
【主權項】
1.一種提高變截面鋁合金模鍛件組織和性能的熱加工方法，包括制坯、預鍛、終鍛以及熱處理，其特征在于:鍛造步驟、熱處理之前的加工步驟具體如下: 1)鍛造步驟 步驟1.1:采用經過預制拉伸的板料作為鍛造坯料，然后按照鋁合金模鍛件變截面的結構來設計和制造胎模，用胎模對坯料進行分料和整形，按照等效容積法將坯料分為頭部和尾部兩部分，并按照鋁合金模鍛件變截面的結構進行局部整形，以給后續預鍛及模鍛留夠足夠的變形量； 步驟1.2:按照鋁合金模鍛件變截面的輪廓來設計和制造預鍛模，預鍛模的尺寸要為下步鍛造留有一定的變形余量，利用預鍛模對坯料進行預鍛，實現用預鍛模將坯料進行定位和局部成型，并使各變截面變形均勻； 步驟1.3:按照鋁合金模鍛件變截面的最終尺寸來設計和制造終鍛模，用終鍛模對坯料進行成型鍛造； 2)熱處理之前的加工步驟 在變截面鋁合金模鍛件熱處理之前，去除變截面鋁合金模鍛件局部厚大的部分，使變截面鋁合金模鍛件各部位截面趨于一致。
2.如權利要求1所述的熱加工方法，其特征在于:鍛造步驟中所述的胎模、預鍛模、終鍛模的預熱溫度為300°C?350°C。
3.如權利要求1所述的熱加工方法，其特征在于:鍛造步驟1.1-1.3坯料的變形量大于 15%。
【專利摘要】本發明屬于變截面鋁合金模鍛件的熱加工技術領域，尤其涉及一種提高變截面鋁合金模鍛件組織和性能的熱加工方法。本發明按照鋁合金模鍛件變截面的結構來設計和制造胎模，用胎模對坯料進行分料和整形；按照鋁合金模鍛件變截面的輪廓來設計和制造預鍛模，預鍛模的尺寸要為下步鍛造留有一定的變形余量，利用預鍛模對坯料進行預鍛，實現用預鍛模將坯料進行定位和局部成型，并使各變截面變形均勻；按照鋁合金模鍛件變截面的最終尺寸來設計和制造終鍛模，用終鍛模對坯料進行成型鍛造。本發明使變截面鋁合金模鍛件各部位截面趨于一致，既保證了熱處理的淬透性和組織性能的均勻性，又使變截面鋁合金模鍛件整體性能得到極大提高。
【IPC分類】B21J5-02, B21J1-04
【公開號】CN104707927
【申請號】CN201310681676
【發明人】代光華, 鄭良, 李增樂, 冀勝利, 薛強
【申請人】陜西宏遠航空鍛造有限責任公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月12日