技术领域
[0001] 本
发明属于
铝合金的制造技术,涉及一种高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法。
背景技术
[0002] 高强韧铝合金是以大飞机为代表的航空
航天器的主要结构材料,主体是以Zn为主要
合金元素的7XXX系(Al-Zn-Mg-Cu)铝合金,具有比强度高、塑性好、
密度小等优点,又称为超高强铝合金。
[0003] 7055铝合金是由美国开发的超高锌含量铝合金,是当前实际中使用的最高强度铝合金,属于典型的7XXX铝合金。国内外现有7055铝合金是通过传统
铸造生产的,铸造工艺存在晶粒粗大、偏析严重、合金元素固溶度低等缺点,而且锭坯规格小、性能低(
抗拉强度610MPa,延伸率6%)、
可锻性差,难以满足高性能锻件的使用要求,制约了7055铝合金在航空、航天等重要领域的进一步应用。
[0004] 高强韧铝合金对于
铸锭缓慢
凝固组织中的初生合金相形态、宏观偏析、晶粒度要求严格,采用铸造工艺进一步提高合金元素含量举步维艰。多年来我国先后启动了7050、7475、7055等高强韧铝合金的研究,但目前受限于熔铸技术,难以工程化生产工业规格的铸锭和产品。
[0005] 现有的喷射成形设备通常采用
附图1所示结构,它包括有沉积室1、位于沉积室内的传动机构2、可随传动机构旋转并升降的接收基底3、位于沉积室顶部的包括了漏包和
雾化器的
喷嘴4,其运行过程中,用高压惰性气体将合金熔体雾化后高速喷射到旋转的接收基底,通过自动控制手段实现沉积,并快速凝固形成沉积坯5。该设备及方法可制备大规格致密毛坯,其晶粒精细、组织均匀、无宏观偏析。喷射成形结合快速凝固和大规格的技术优势,既突破了铸造工艺凝固缓慢、宏观偏析和疏松的技术
瓶颈,又解决了粉末
冶金工艺难以致密化、构件规格小的难题,是制备现有和进一步发展高合金含量铝合金的先进工艺。
[0006] 但对于7055合金,目前尚无利用喷射成形工艺对其进行加工成形的记载,具体的基于喷射成形的7055合金加工成形工艺,在公知技术中尚属空白。
发明内容
[0007] 本发明所要解决的技术问题是,提供一种能够获得大规格、高性能7055合金产品,并且适于工业化生产的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法。
[0008] 本发明的高强度喷射成形7055铝合金锻件的制造方法依次包括以下步骤:
[0009] a.将7055合金的组成成份在中频炉中
熔化,熔化
温度700~750℃;
[0010] b.添加清渣剂,对铝合金熔体进行除气、除渣处理,并将熔体转移至
中间包,采用粉状精炼剂精炼,然后静置10~30min,再进行过滤;
[0011] c.使用喷射成形设备,将过滤后的熔体进行喷射成形;喷射沉积工艺参数为:喷射
角10~30°,雾化压
力0.5~1.2MPa,雾化温度700~900℃,接收盘旋转速度30~50rpm,接收盘下降速度2~8mm/s,接收距离300~700mm;最终得到Φ350~600mm的柱状铝
合金锭坯;
[0012] e.将喷射成形铝合金锭坯进行热
挤压,得到Φ200~300mm的挤压棒,挤压比为4~12,挤压温度为420~460℃;
[0013] f.将挤压锭按需要定切,然后进行自由锻,自由锻的始锻温度430~460℃,终锻温度400~420℃;
[0014] g.将自由锻后的毛坯进行胎
模锻和/或模锻,始锻温度为430~460℃,终锻温度400~420℃,获得模锻件;
[0016] 在上述方法
基础上,在步骤e之前可加入以下步骤:d.对喷射成形合金锭进行均匀化处理,保温温度在440~470℃,保温时间为2~24h;
[0017] 上述步骤a中,优选的7055合金组成成份配比为:按重量百分比Si:0.1%、Fe:0.15%、Cu:2~2.6%、Mn:0.05%、Mg:1.8~2.3%、Cr:0.04%、Ti:0.06%、Zr:0.08~
0.25%、Zn:7.6~8.4%和余量的Al。
[0018] 上述步骤h中T6热处理的具体工艺为:从室温升温到450~460℃,保温3~5小时;然后升温到470~490℃,保温3~5小时,在40~90℃的热
水中淬火,在110~130℃保温24小时,进行时效处理。
[0019] 本发明具有以下有益效果:
[0020] 1)将合金原料锭进行熔化、精炼、静置,再进行过滤。避免合金内部夹渣、气孔、
氧化膜等
缺陷。
[0021] 2)采用喷射成形设备和工艺,将经过上述熔化、精炼并过滤后的合金熔液进行喷射成形,制成的铝合金圆锭组织均匀、晶粒精细,无成分偏析,致密度高,规格大,冷热加工性能优良,生产效率高。
[0022] 3)将进行或不进行均匀化处理的圆锭直接进行
热挤压,改善圆锭的热加工性能,利于后续热加工,同时进一步提高力学性能。工艺流程短、材料利用率高。
[0023] 4)将经过挤压后的锭坯进行自由锻、胎模锻和模锻,制备具有优异力学性能和尺寸
精度的铝合金锻件。
[0024] 5)对锻件进行T6热处理,可以获得很高的强度和优越的塑性,锻件室温抗拉强度Rm达到680MPa,
屈服强度Rp0.2达到630MPa,断后伸长率A达到8.5%,适用于有高强度要求的场合。
[0025] 6)采用本发明方法制造的铝合金锻件致密度高,比强度高,工艺性能好,各项力学性能指标明显优于传统工艺,更突出的特点是能够制造传统工艺难以生产的高合金化、超高强度铝合金锻件。
[0026] 7)采用喷射成形可以显著提高合金化程度,突破传统熔铸工艺的局限,丰富了现有合金体系,通过提高合金主强化元素Zn及其他合金元素的含量,进一步提高合金的性能。
[0027] 8)本发明方法工艺流程和生产周期短,自动化程度高,锻件性能好,冷热加工性能优良,
质量稳定,既适合大规模生产,也可小批量试制。
附图说明
[0028] 图1是本发明方法所应用的喷射成形设备的结构示意图。
具体实施方式
[0029]
实施例1:利用本发明方法制备7055铝合金飞机
轮毂毛坯。
[0030] 1)各合金成分重量百分比:Si:0.06%,Fe:0.1%,Cu:2.41%,Mn:0.03%,Mg:2.18%,Zn:8.0%,Ti:0.006%,Zr:0.12%,Ni:0.009%,Al余量。将合金在中频炉中熔化,熔化温度750℃。
[0031] 2)添加清渣剂,对铝合金熔体进行除气、除渣处理,并将熔体转移至中间包,采用粉状精炼剂精炼,然后静置15min,再进行过滤。
[0032] 3)采用喷射成形设备和工艺,将过滤后的熔体进行喷射成形。喷射沉积工艺参数为:喷射角20°,雾化压力0.8MPa,雾化温度750℃,接收盘旋转速度35rpm,接收盘下降速度2.8mm/s,接收距离530mm。最终得到Φ370×1200mm的柱状铝合金锭坯。
[0033] 4)将喷射成形铝合金锭坯在2500吨卧式挤压机上进行热挤压,得到直径250mm的挤压棒,挤压比为4,挤压温度为430℃。
[0034] 5)将定切好的合金锭在6000吨水压机上进行自由锻,自由
锻造的始锻温度为460℃,终锻温度420℃。
[0035] 6)将自由锻后的锻件进行胎模锻和模锻,始锻温度为460℃,终锻温度420℃,获得接近最终产品形状的锻件。
[0036] 7)为了得到最高强度,采用T6热处理。具体工艺为:从室温升温到450℃,保温3小时;然后升温到470℃,保温3小时,然后在60℃的温水中淬火。在120℃保温24小时。
[0037] 经过上述流程,制备的飞机前轮毛坯锻件的最大直径达到650mm,合金致密,组织均为均匀等轴晶,晶粒度为10~15μm。7055铝合金锻造毛坯抗拉强度Rm≥680MPa,断后伸长率A≥8.5%,用该锻件毛坯制成的飞机轮毂,可通过航空产品力学性能检测和轮胎静压试验,提高了飞机
刹车系统中轮毂的力学性能,并有效减轻了重量。
[0038] 实施例2:利用本发明方法制备7055铝合金飞机汽缸座毛坯。
[0039] 1)各合金成分重量百分比:Si:0.06%,Fe:0.13%,Cu:2.3%,Mn:0.03%,Mg:2.18%,Zn:7.9%,Ti:0.006%,Zr:0.12%,Ni:0.009%,Al余量。将合金置于中频炉中熔化,熔化温度750℃。
[0040] 2)添加清渣剂,对铝合金熔体进行除气、除渣处理,并将熔体转移至中间包,采用粉状精炼剂精炼,然后静置10min,再进行过滤。
[0041] 3)采用自主研发的喷射成形设备和工艺,将过滤后的熔体进行喷射成形。喷射沉积工艺参数为:喷射角25°,雾化压力1.0MPa,雾化温度800℃,接收盘旋转速度40rpm,接收盘下降速度3.2mm/s,接收距离580mm。最终得到Φ430×1200mm的柱状铝合金锭坯。
[0042] 4)将喷射成形铝合金锭坯在2500吨卧式挤压机上进行热挤压,得到直径260mm的挤压棒,挤压比为6,挤压温度为440℃。
[0043] 5)将定切好的合金锭在6000吨锻压机上进行自由锻,自由锻造的始锻温度为460℃,终锻温度420℃。
[0044] 6)将自由锻后的锻件进行胎模锻和模锻,始锻温度为460℃,终锻温度420℃,获得形状精度更接近最终产品的模锻件。
[0045] 7)为了得到最高强度,采用T6热处理。具体工艺为:从室温升温到450℃,保温3小时;然后升温到480℃,保温3小时,然后在70℃的温水中淬火。在120℃保温24小时。
[0046] 经过上述流程,制备的飞机汽缸座毛坯锻件最大直径达到600mm,合金致密度,组织均为均匀等轴晶,晶粒度为10~15μm。7055铝合金锻造毛坯抗拉强度Rm≥650MPa,断后伸长率A≥8.0%,用该锻件毛坯制成的飞机汽缸座,可通过航空产品的力学性能检测,大大提高了飞机刹车系统中汽缸座的力学性能,并显著减轻了重量。
[0047] 实施例3:利用本发明方法制备7055铝合金火箭
发动机喷管壳体锻件。
[0048] 1)各合金成分重量百分比:Si:0.06%,Fe:0.1%,Cu:2.41%,Mn:0.03%,Mg:2.3%,Zn:8.1%,Ti:0.006%,Zr:0.12%,Ni:0.009%,Al余量。熔化温度750℃。
[0049] 2)添加清渣剂,对铝合金熔体进行除气、除渣处理,并将熔体转移至中间包,采用粉状精炼剂精炼,然后静置20min,再进行过滤。
[0050] 3)采用自主研发的喷射成形设备和工艺,将过滤后的熔体进行喷射成形。喷射沉积工艺参数为:喷射角15°,雾化压力0.7MPa,雾化温度800℃,接收盘旋转速度30rpm,接收盘下降速度2.5mm/s,接收距离500mm。最终得到Φ370×1200mm的柱状铝合金锭坯。
[0051] 4)将喷射成形铝合金锭坯在2500吨卧式挤压机上进行热挤压,得到直径250mm的挤压棒,挤压比为4,挤压温度为430℃。
[0052] 5)将定切好的合金锭在6000吨水压机上进行自由锻,自由锻造的始锻温度为460℃,终锻温度420℃。
[0053] 6)将自由锻后的锻件进行胎模锻和模锻,始锻温度为460℃,终锻温度420℃,获得接近最终产品形状的锻件。
[0054] 7)为了得到最高强度,采用T6热处理。具体工艺为:室温升温到450℃,保温3小时;然后升温到480℃,保温3小时,然后在60℃的温水中淬火。在120℃保温24小时。
[0055] 采用上述工艺,制备的
火箭发动机喷管壳体锻件大端直径为Φ300mm,壁厚小于20mm。合金致密,组织均为均匀等轴晶,晶粒度为10~15μm。锻件室温抗拉强度Rm≥680MPa,屈服强度Rp0.2≥630MPa,断后伸长率A≥10%,实际密度为2.86g/cm3,用该锻件制成的火箭发动机喷管壳体产品已经通
过冷试和热试,可以代替20
钢,并实现减重69%,性能完全满足航天产品要求。