一种高强铝合金环件的细晶强化成形方法与流程

1.本发明涉及一种环件成形方法，特别是涉及了一种al-cu系高强铝合金环件晶粒细化成形方法。


背景技术：

2.al-cu系高强铝合金是一种热处理强化型铝合金。该合金具有比强度高、低温高温力学性能好和焊接性能好等特点，在航天航空领域得到了广泛的应用。以2219铝合金为代表的al-cu系高强铝合金，铜含量为5.8％～6.8％，超出铜原子在铝基体中的最大溶解度，会形成al2cu粒子。大型环件所需铸锭尺寸大，冷却速度慢，会出现大量粗大al2cu粒子团聚。常规环件制造过程为热变形，由于铝基体在高温下较软，粗大al2cu粒子在变形过程中受应力较小，难以分散及破碎，后续的热处理过程，聚集的粗大al2cu粒子比表面积小，难以得到充分溶解。因此，常规工艺制造的2219铝合金环件，存在大量粗大al2cu粒子。al2cu粒子是硬而脆的金属间化合物，粗大al2cu粒子易成为应力集中和裂纹萌生之处，拉伸时会因应力集中而导致材料过早失效，降低合金塑性。粗大al2cu粒子会消耗大量cu原子，使得铝基体中铜原子浓度降低，时效析出动力减小，导致材料强度降低，难以满足航天航空环形件高性能需求。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：将提供一种高强铝合金环件的细晶强化成形方法，将粗大al2cu粒子的充分破碎溶解，达到细化晶粒的目的，使其综合力学性能提高、各向异性降低。
4.为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：高强铝合金环件的细晶强化成形方法，其步骤如下：
5.将al-cu系高强铝合金铸锭加热至490～510℃，采用七镦六拔多向锻造工艺多向锻造工艺开坯，单次镦粗变形量为50～65％，终锻温度不低于400℃；然后，将坯料进行滚圆和冲孔，得到al-cu系高强铝合金初坯；
6.将冲孔后的al-cu系高强铝合金初坯，加热至220～260℃，保温一段时间后进行扩孔制坯，变形量为50～70％，终锻温度不低于160℃得到al-cu系高强铝合金环坯；
7.将al-cu系高强铝合金环坯放入炉中，加热至535～542℃，保温时间为2.5～3.5小时，进行高温退火；
8.将高温退火后的al-cu系高强铝合金降温至200～240℃，并移至环轧机上进行轧制，变形量为30～50％，终轧温度不低于180℃，得到al-cu系高强铝合金环件；
9.将轧制后的al-cu系高强铝合金环件放入炉中加热至535～542℃，保温4～6小时，进行固溶处理；将固溶处理后的al-cu系高强铝合金环件冷却至室温，再进行冷变形处理，变形量为2～5％；最后进行时效处理。
10.进一步地，所述时效处理的温度为150～180℃，时效处理保温时间为20～30小时。
11.进一步地，所述al-cu系高强铝合金为2219铝合金。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
13.本发明所述的一种高强铝合金环件的细晶强化成形方法，所述方法采用多重“低温大变形 高温退火”的工艺方法，包括“低温制坯 高温退火”和“低温环轧 高温固溶”，通过低温变形强剪切作用充分破碎粗大al2cu粒子，利用低温条件抑制动态回复，产生高密度的元素扩散位错通道，在后续高温退火过程，实现破碎后al2cu粒子的充分溶解，进而提高环件力学性能。al2cu粒子脆而硬，在低温条件下，铝基体较硬，流动过程中，al2cu粒子受到的应力较大，容易破碎；破碎后的al2cu粒子，比表面积大，且低温条件下，大量位错累积，可以作为铜元素的扩散通道，提高al2cu粒子高温下的溶解效率；al2cu粒子得到充分分散及溶解，可以减小粗大al2cu粒子聚集引起的提前断裂，提升环件塑性。此外，溶解效率的提高，可提高固溶后基体的过饱和度，增强时效析出动力，使析出相分布更密集，更均匀，有效提升环件综合强度。针对大规格铸锭所带来的al2cu粒子富集问题，采用多重“低温大变形 高温退火”，即“低温制坯 高温退火”和“低温环轧 高温固溶”，以充分破碎溶解尺寸较大的al2cu粒子，降低粗大al2cu粒子对铝合金晶粒度的影响，达到细化al-cu系高强铝合金环件晶粒的目的。
附图说明
14.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
15.图1是2219铝合金环件晶粒细化成形工艺流程图；
具体实施方式
16.实施本发明所述的一种高强铝合金环件的细晶强化成形方法，以2219铝合金为例，其步骤如下：
17.将2219铝合金铸锭加热至490～510℃，采用七镦六拔多向锻造工艺多向锻造工艺开坯，单次镦粗变形量为50～65％，终锻温度不低于400℃；然后，将坯料进行滚圆和冲孔，得到2219铝合金初坯；
18.将冲孔后的2219铝合金初坯，加热至220～260℃，保温一段时间后进行扩孔制坯，变形量为50～70％，终锻温度不低于160℃得到2219铝合金环坯；
19.将2219铝合金环坯放入炉中，加热至535～542℃，保温时间为2.5～3.5小时，进行高温退火；
20.将高温退火后的2219铝合金降温至200～240℃，并移至环轧机上进行轧制，变形量为30～50％，终轧温度不低于180℃，得到2219铝合金环件；
21.将轧制后的2219铝合金环件放入炉中加热至535～542℃，保温4～6小时，进行固溶处理；将固溶处理后的2219铝合金环件冷却至室温，再进行冷变形处理，变形量为2～5％；最后将2219铝合金环件加热到150～180℃保温20～30小时，进行时效处理。


技术特征：
1.一种高强铝合金环件的细晶强化成形方法，其特征在于：采用以下步骤:将al-cu系高强铝合金铸锭加热至490～510℃，采用七镦六拔多向锻造工艺多向锻造工艺开坯，单次镦粗变形量为50～65％，终锻温度不低于400℃；然后，将坯料进行滚圆和冲孔，得到al-cu系高强铝合金初坯；将冲孔后的al-cu系高强铝合金初坯，加热至220～260℃，保温一段时间后进行扩孔制坯，变形量为50～70％，终锻温度不低于160℃得到al-cu系高强铝合金环坯；将al-cu系高强铝合金环坯放入炉中，加热至535～542℃，保温时间为2.5～3.5小时，进行高温退火；将高温退火后的al-cu系高强铝合金降温至200～240℃，并移至环轧机上进行轧制，变形量为30～50％，终轧温度不低于180℃，得到al-cu系高强铝合金环件；将轧制后的al-cu系高强铝合金环件放入炉中加热至535～542℃，保温4～6小时，进行固溶处理；将固溶处理后的al-cu系高强铝合金环件冷却至室温，再进行冷变形处理，变形量为2～5％；最后进行时效处理。2.根据权利要求1所述的一种高强铝合金环件的细晶强化成形方法，其特征在于：所述时效处理的温度为150～180℃，时效处理保温时间为20～30小时。3.根据权利要求1所述的一种高强铝合金环件的细晶强化成形方法，其特征在于：所述al-cu系高强铝合金为2219铝合金。

技术总结
本发明公开了一种高强铝合金环件的细晶强化成形方法，其特征在于，采用“低温制坯 高温退火”和“低温环轧 高温固溶”的方法，通过低温变形强剪切作用充分破碎粗大Al2Cu粒子，利用低温条件抑制动态回复，产生高密度的元素扩散位错通道，在后续高温退火过程，实现破碎后Al2Cu粒子的充分溶解，进而提高环件力学性能。特别适用Al-Cu系高强铝合金环件成形。Cu系高强铝合金环件成形。Cu系高强铝合金环件成形。


技术研发人员：强超
受保护的技术使用者：贵州安大航空锻造有限责任公司
技术研发日：2020.09.29
技术公布日：2022/4/12