專利名稱：一種鋁合金模鍛件的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁合金模鍛件的制造方法。
背景技術：
Al-8.5ai-2.5Mg_2.2Cu合金(屬于7xxx系合金)具有比強度高、加工性能好、抗腐蝕性能、高韌性、抗蠕變、耐腐蝕等優良的綜合性能較好等優點，被廣泛應用于各種飛機的機身、蒙皮、機翼梁、桁條以及飛機和火箭中的高強度結構零件等的制造，是航空航天領域中不可缺少的重要結構材料。對于7系高強高韌鋁合金，其鑄造難度較其它鋁合金來說要高，DC (Direct Chilling Casting)鑄造的發明大大推動了鋁合金加工技術的發展。此后，除了采用鑄軋和帶式連鑄生產薄板坯之外，幾乎所有用于壓力加工的鋁合金錠坯，都采用DC鑄造技術制備。鋁合金的錠坯通常都采用立式DC鑄造，為提高生產率，均采用多根連鑄。但是立式連鑄圓鑄錠通常的直徑都在FlOOmm以上[周家榮，鋁合金熔鑄問答[M]，北京，冶金工業出版社，1987，177]，小于這個尺寸的鑄錠，鑄造起來極其困難，所以大多企業都鑄成直徑較大的鑄錠，擠壓后再加工[王原庫；李長寶，二次擠壓管坯料生產的改進，輕合金加工技術， 1987，No. 10，11-15]。這樣無疑增加了加工工序和加工成本，更為重要的是對于力學性能要求較高的制品，很難達到性能指標的要求。采用水平連鑄也可以生產直徑較小的鑄錠，如直徑為50-100mm。但是水平連鑄的鑄造速度低，一次只能生產幾根，不可能實現多根(如6根以上)同時生產，同時需要隨動鋸等機構，因此生產率不高[小田島康秀；藤井理史；柳本茂，水平連續鑄造鋁合金桿以及用于制造該桿的方法和設備，中國專利申請號200480014480]。現有技術的7系鋁合金還存在抗拉強度低、屈服強度低、延伸率小的問題。
發明內容
針對現在的7系鋁合金存在抗拉強度低、屈服強度低、延伸率小的問題，本發明提供一種鋁合金模鍛件的制造方法，可較好地解決上述問題。所述目的是通過如下方案實現的
一種鋁合金模鍛件的制造方法，依次按以下步驟進行
一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模鍛件中元素質量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 0-2. 6%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 3-3. 0%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 0-9. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 10-0. 20%,Be :0. 0002-0. 002%，單個雜質;^ 0. 05%，合計雜質;^ 0. 1%，其余為 Al，且 Fe 的質量百分比>Si的質量百分比進行配料，將原材料加入到干燥的熔煉爐中，并加熱；
二、加熱溫度在700°C 750°C的條件下熔煉5 6h，然后按熔煉爐中金屬質量的0. 5% 0. 6%加入覆蓋劑，在700°C 750°C的條件下繼續熔煉使熔煉爐內的材料在IOh 14h的時間內全部熔化，開啟攪拌，然后用氬氣與氯氣的體積比為31 33. 5 IWAr-Cl2 混合氣體精煉，靜置30min，得到鋁合金熔液；
三、將鋁鈦硼晶粒細化劑置于流槽上端，將經步驟二得到的鋁合金熔液依次經過 30ppi和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注至結晶器中，澆注的同時將鋁鈦硼晶粒細化劑以 830-860mm/min的速度插入流槽中，使鋁鈦硼晶粒細化劑中的元素均勻熔入合金熔液中； 鋁鈦硼細化劑與鋁合金溶液重量比為1:80—90 ；
四、在溫度為690°C 720°C、水壓為0.03 0. lOMPa、速度為140 200mm/min的條件下將步驟三所得的合金熔液鑄造成鋁合金圓鑄錠；
五、將步驟四得到的圓鑄錠車皮、鋸切成鍛造坯料；
六、將步驟五得到的鋁合金圓鑄錠加熱到465°C 475°C、保溫20h 25h，再空冷；
七、將步驟六得到的鋁合金圓鑄錠加熱至350°C 380°C并保溫2h，然后將鋁合金圓鑄錠放置在模鍛機上鍛造成模鍛件半成品；
八、將步驟七得到的模鍛件在溫度為465°C 475°C、保溫時間為0.5h 1. 5h、轉移時間< 30s、冷卻液的溫度為< 35°C的條件下淬火；
九、將步驟八得到的模鍛件在溫度為125°C 135°C、保溫時間為14h 18h條件下時效。步驟二中所述的覆蓋劑是2號熔劑，按質量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。步驟四所述鋁合金圓鑄錠的直徑為65— 75mm。步驟五中的鍛造坯料規格為Φ 58 62_Χ78 82_。步驟八中模鍛件在溫度為470°C、保溫時間為lh、轉移時間< 30s、冷卻液的溫度為< 35°C的條件下淬火。冷卻液的配制為聚乙二醇水=1-2 :5。步驟九中模鍛件在溫度為130°C、保溫時間為16h的條件下時效。優選方案為，按元素的質量百分比由Si彡0. 12%，Fe ( 0. 25%，Cu 2. 1%， Mn ( 0. 10%, Mg 2. 9%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 15%, Be 0. 0018%,單個雜質< 0. 05%，合計雜質< 0. 1%，余量為Al制成，且Fe的質量百分比>Si的質量百分比。優選方案為，按元素的質量百分比由Si彡0. 12%，Fe ( 0. 25%，Cu 2. 5%， Mn ( 0. 10%, Mg 2. 4%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 2%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 18%, Be 0. 0003%,單個雜質< 0. 05%，合計雜質< 0. 1%，余量為Al制成，且Fe的質量百分比>Si的質量百分比。優選方案為，按元素的質量百分比由Si彡0. 12%，Fe彡0. 25%, Cu 2. 3%, Mn 彡 0. 10%, Mg 2. 6%, Cr 彡 0. 05%, Zn 8. 8%, Ti 彡 0. 03%, Zr 0. 11%, Be 0. 001%,單個雜質 ^ 0. 05%，合計雜質< 0. 1%，余量為Al制成，且Fe的質量百分比>Si的質量百分比。本發明所述方法制造的鋁合金模鍛件，通過鋁合金中元素含量比的嚴格控制和合理的熱處理工藝制定，使鋁合金模鍛件的抗拉強度大于640MPa、屈服強度大于600MPa、延伸率大于5%，本發明的方法使鋁合金微觀組織均勻、細化，并獲得了良好的綜合性能。
具體實施例方式
下面詳細闡述本發明優選的實施方式。實施例一一種鋁合金模鍛件的制造方法，依次按以下步驟進行
一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模鍛件中元素質量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 0%, Mn ( 0. 10%, Mg :3. 0%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 20%, Be 0. 0002%，單個雜質< 0. 05%，合計雜質< 0. 1%，其余為々1，且!^的質量百分比>Si的質量百分比進行配料，將原材料加入到干燥的熔煉爐中，并加熱；
二、加熱溫度在700°C的條件下熔煉5.5h，然后按熔煉爐中金屬質量的0. 5%加入2號熔劑，所述2號熔劑按質量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。在720°C的條件下繼續熔煉使熔煉爐內的材料在IOh 14h的時間內全部熔化，開啟攪拌，然后用氬氣與氯氣的體積比為31 : 1的Ar-Cl2混合氣體精煉，靜置30min，得到鋁合金熔液；
三、將鋁鈦硼晶粒細化劑置于流槽上端，將經步驟二得到的鋁合金熔液依次經過30ppi 和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注至結晶器中，澆注的同時將鋁鈦硼晶粒細化劑以830mm/ min的速度插入流槽中，使鋁鈦硼晶粒細化劑中的元素均勻熔入合金熔液中，鋁鈦硼細化劑與鋁合金溶液重量比為1:80 90 ；
四、在溫度為710°C、水壓為0.03MPa、速度為130— 150mm/min的條件下將步驟三所得的合金熔液鑄造成直徑為65—75mm的鋁合金圓鑄錠；
五、將步驟四得到的圓鑄錠車皮、鋸切成Φ58 62mmX78 82mm的鍛造坯料；
六、將步驟五得到的鋁合金圓鑄錠加熱到465°C、保溫20h，再空冷；
七、將步驟六得到的鋁合金圓鑄錠加熱至375°C并保溫池，然后將鋁合金圓鑄錠放置在模鍛機上鍛造成模鍛件半成品；
八、將步驟七得到的模鍛件在溫度為470°C、保溫時間為0.證、轉移時間<30s、冷卻液的溫度為< 35°C的條件下淬火；冷卻液的配制為，以體積比計，聚乙二醇冰=1-2 :5。九、將步驟八得到的模鍛件在溫度為130°C、保溫時間為16h條件下時效。實驗證明，本實施例所述鋁合金模鍛件的抗拉強度為650MPa、屈服強度為 620MPa、延伸率為8%。實施例二
本實施例與實施例一的區別點在于，它依次按以下步驟進行
一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模鍛件中元素質量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 6%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 3%, Cr ( 0. 05%, Zn :9. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 10%, Be 0. 001%，單個雜質< 0. 05%，合計雜質< 0. 1%，其余為々1，且!^的質量百分比>Si的質量百分比進行配料，將原材料加入到干燥的熔煉爐中，并加熱；
二、加熱溫度在750°C的條件下熔煉他，然后按熔煉爐中金屬質量的0.6%加入覆蓋劑， 在750°C的條件下繼續熔煉使熔煉爐內的材料在IOh 14h的時間內全部熔化，開啟攪拌， 然后用氬氣與氯氣的體積比為33. 5 1的Ar-Cl2混合氣體精煉，靜置30min，得到鋁合金熔液；
三、將鋁鈦硼晶粒細化劑置于流槽上端，將經步驟二得到的鋁合金熔液依次經過30ppi 和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注至結晶器中，澆注的同時將鋁鈦硼晶粒細化劑以860mm/ min的速度插入流槽中，使鋁鈦硼晶粒細化劑中的元素均勻熔入合金熔液中，鋁鈦硼細化劑與鋁合金溶液重量比為1:80 90 ；
四、在溫度為720°C、水壓為0.05MPa、速度為170— 190mm/min的條件下將步驟三所得的合金熔液鑄造成鋁合金圓鑄錠；
五、將步驟四得到的圓鑄錠車皮、鋸切成鍛造坯料，坯料規格為Φ58 62mmX78 82mm ；
六、將步驟五得到的鋁合金圓鑄錠加熱到470°C、保溫25h，再空冷；
七、將步驟六得到的鋁合金圓鑄錠加熱至350°C并保溫2h，然后將鋁合金圓鑄錠放置在模鍛機上鍛造成模鍛件半成品；
八、將步驟七得到的模鍛件在溫度為465°C、保溫時間為lh、轉移時間<30s、冷卻液的溫度為<35°C的條件下淬火；
九、將步驟八得到的模鍛件在溫度為125°C、保溫時間為18h條件下時效。實驗證明，本實施例所述鋁合金模鍛件的抗拉強度為660MPa、屈服強度為 630MPa、延伸率為5. 5%。實施例三
本實施例與實施例一的區別點在于，它依次按以下步驟進行
一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模鍛件中元素質量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 2%, Mn ( 0. 10%, Mg 2. 6%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 15%, Be 0. 002%，單個雜質彡0. 05%，合計雜質彡0. 1%，其余為Al，且Fe的質量百分比>Si的質量百分比進行配料，將原材料加入到干燥的熔煉爐中，并加熱；
二、加熱溫度在725°C的條件下熔煉5h，然后按熔煉爐中金屬質量的0.55%加入覆蓋劑，在700°C的條件下繼續熔煉使熔煉爐內的材料在IOh 14h的時間內全部熔化，開啟攪拌，然后用氬氣與氯氣的體積比為32 1的Ar-Cl2混合氣體精煉，靜置30min，得到鋁合金熔液；
三、將鋁鈦硼晶粒細化劑置于流槽上端，將經步驟二得到的鋁合金熔液依次經過30ppi 和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注至結晶器中，澆注的同時將鋁鈦硼晶粒細化劑以840mm/ min的速度插入流槽中，使鋁鈦硼晶粒細化劑中的元素均勻熔入合金熔液中，鋁鈦硼細化劑與鋁合金溶液重量比為1:80 90 ；
四、在溫度為690°C、水壓為0.lOMPa、速度為200mm/min的條件下將步驟三所得的合金熔液鑄造成鋁合金圓鑄錠；
五、將步驟四得到的圓鑄錠車皮、鋸切成鍛造坯料；坯料規格為Φ58 62mmX78 82mm。六、將步驟五得到的鋁合金圓鑄錠加熱到475°C、保溫23h，再空冷；
七、將步驟六得到的鋁合金圓鑄錠加熱至380°C并保溫2h，然后將鋁合金圓鑄錠放置在模鍛機上鍛造成模鍛件半成品；
八、將步驟七得到的模鍛件在溫度為475°C、保溫時間為1.5h、轉移時間< 30s、冷卻液的溫度為< 35°C的條件下淬火；
九、將步驟八得到的模鍛件在溫度為135°C、保溫時間為14h條件下時效。實驗證明，本實施例所述鋁合金模鍛件的抗拉強度為670MPa、屈服強度為 640MPa、延伸率為8. 3%。實施例四
本實施例與實施例一的區別點僅在于，按元素的質量百分比由Si ^ 0. 12%，Fe ^ 0.25%, Cu 2. 1%，Mn ( 0. 10%, Mg :2. 9%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 15%, Be 0. 0018%，單個雜質< 0. 05%，合計雜質< 0. 1%，余量為Al制成，且!^e的質量百分比>Si的
質量百分比。實驗證明，本實施例所述鋁合金模鍛件的抗拉強度為655MPa、屈服強度為 635MPa、延伸率為7. 6%。實施例五
本實施例與實施例一的區別點僅在于，按元素的質量百分比由Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 5%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 4%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 2%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 18%, Be 0. 0003%，單個雜質< 0. 05%，合計雜質< 0. 1%，余量為Al制成，且!^e的質量百分比>Si的
質量百分比。實驗證明，本實施例所述鋁合金模鍛件的抗拉強度為667MPa、屈服強度為 642MPa、延伸率為6. 8%。實施例六
本實施例與實施例一的區別點僅在于，按元素的質量百分比由Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 3%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 6%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 8%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 11%, Be 0. 001%，單個雜質< 0. 05%，合計雜質< 0. 1%，余量為Al制成，且!^e的質量百分比>Si的質
量百分比。實驗證明，本實施例所述鋁合金模鍛件的抗拉強度為648MPa、屈服強度為 629MPa、延伸率為6. 2%。上述實施方式只是對本專利的示例性說明而并不限定它的保護范圍，本領域人員還可以對其進行局部改變，只要是沒有超出本專利的精神實質，都示為對本專利的等同替換，都在本專利的保護范圍之內。
權利要求
1.一種鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于依次按以下步驟進行一、按照Al-8.5Zn-2. 5Mg-2. 2Cu合金模鍛件中元素質量百分比Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%, Cu 2. 0-2. 6%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 3-3. 0%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 0-9. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 10-0. 20%,Be :0. 0002-0. 002%，單個雜質;^ 0. 05%，合計雜質;^ 0. 1%，其余為 Al，且 Fe 的質量百分比>Si的質量百分比進行配料，將原材料加入到干燥的熔煉爐中，并加熱；二、加熱溫度在700°C 750°C的條件下熔煉5 6h，然后按熔煉爐中金屬質量的 0. 5% 0. 6%加入覆蓋劑，在700°C 750°C的條件下繼續熔煉使熔煉爐內的材料在IOh 14h的時間內全部熔化，開啟攪拌，然后用氬氣與氯氣的體積比為31 33. 5 IWAr-Cl2 混合氣體精煉，靜置30min，得到鋁合金熔液；三、將鋁鈦硼晶粒細化劑置于流槽上端，將經步驟二得到的鋁合金熔液依次經過30ppi 和50ppi的陶瓷過濾片過濾后澆注至結晶器中，澆注的同時將鋁鈦硼晶粒細化劑以830— 860mm/min的速度插入流槽中，使鋁鈦硼晶粒細化劑中的元素均勻熔入合金熔液中，鋁鈦硼細化劑與鋁合金溶液重量比為1:80 90 ；四、在溫度為690°C 720°C、水壓為0.03 0. lOMPa、速度為140 200mm/min的條件下將步驟三所得的合金熔液鑄造成鋁合金圓鑄錠；五、將步驟四得到的圓鑄錠車皮、鋸切成鍛造坯料；六、將步驟五得到的鋁合金圓鑄錠加熱到465°C 475°C、保溫20h 25h，再空冷；七、將步驟六得到的鋁合金圓鑄錠加熱至350°C 380°C并保溫池，然后將鋁合金圓鑄錠放置在模鍛機上鍛造成模鍛件半成品；八、將步驟七得到的模鍛件在溫度為465°C 475°C、保溫時間為0.5h 1.證、轉移時間< 30s、冷卻液的溫度為< 35°C的條件下淬火；九、將步驟八得到的模鍛件在溫度為125°C 135°C、保溫時間為14h 1 條件下時效。
2.根據權利要求1所述的鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于步驟二中所述的覆蓋劑是2號熔劑，按質量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。
3.根據權利要求1所述的鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于步驟四所述鋁合金圓鑄錠的直徑為65— 75mm。
4.根據權利要求3所述的鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于步驟五中的鍛造坯料規格為 Φ58—62ι πιΧ78—82ΠΙΠΙ。
5.根據權利要求1所述的鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于步驟八中冷卻液的配制為聚乙二醇水=1-2 :5。
6.根據權利要求1所述的鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于步驟八中模鍛件在溫度為470°C、保溫時間為lh、轉移時間< 30s、冷卻液的溫度為< 35°C的條件下淬火。
7.根據權利要求1所述的鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于步驟九中模鍛件在溫度為130°C、保溫時間為16h的條件下時效。
8.根據權利要求1-7任意一項所述的鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于按元素的質量百分比由 Si ( 0. 12%,Fe ( 0. 25%, Cu :2. 1%，Mn ( 0. 10%,Mg :2. 9%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 15%, Be :0. 0018%，單個雜質;^ 0. 05%，合計雜質;^ 0. 1%，余量為 Al 制成，且狗的質量百分比>Si的質量百分比。
9.根據權利要求1-7任意一項所述的鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于按元素的質量百分比由 Si ( 0. 12%,Fe ( 0. 25%, Cu 2. 5%, Mn ( 0. 10%,Mg 2. 4%, Cr ( 0. 05%, Zn 8. 2%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 18%, Be 0. 0003%，單個雜質;^ 0. 05%，合計雜質;^ 0. 1%，余量為 Al 制成，且Fe的質量百分比>Si的質量百分比。
10.根據權利要求1-7任意一項所述的鋁合金模鍛件的制造方法，其特征在于按元素的質量百分比由 Si 彡 0. 12%, Fe 彡 0. 25%, Cu 2. 3%, Mn 彡 0. 10%, Mg 2. 6%, Cr 彡 0. 05%, Zn 8. 8%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 11%, Be 0. 001%，單個雜質；^ 0. 05%，合計雜質;^ 0. 1%，余量為 Al制成，且Fe的質量百分比>Si的質量百分比。
全文摘要
針對現在的7系鋁合金存在抗拉強度低、屈服強度低、延伸率小的問題，本發明提供一種鋁合金模鍛件的制造方法，依次按以下步驟進行本發明的制造方法依次包括一、原材料配比、熔煉、鑄造；二、均勻化退火；三、模鍛；四、淬火；五、時效步驟。所述方法制造的鋁合金模鍛件，通過鋁合金中元素含量比的嚴格控制和合理的熱處理工藝制定，使鋁合金模鍛件的抗拉強度大于640MPa、屈服強度大于600MPa、延伸率大于5%，本發明的方法使鋁合金微觀組織均勻、細化，并獲得了良好的綜合性能。
文檔編號C22C1/02GK102330004SQ201110336499
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者李念奎, 范長龍 申請人:哈爾濱中飛新技術股份有限公司