航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造方法与流程

1.本发明属于金属材料技术领域，具体涉及航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造方法。


背景技术：

2.随着航空航天事业的迅猛发展，对超高强铝合金结构件提出的性能要求越来越高。结构件在向着高性能、精密化和复杂化的方向发展。舰载机中一些受力结构件，受使用环境的影响，需要设计为半圆形，不仅要求性能好，还需要表面无缺陷，使用时不变形，对这种异形结构件提出了更高的使用需求。
3.现有此类模锻件结构为半圆形，如制坯尺寸不合格，会导致模压后模锻件不成形废品；淬火后半圆形应力较大，经常导致变形后无法加工，圆弧上有许多加强筋，模压后存在折叠缺陷，如修伤不净，在使用过程中，沿折叠处极易断裂，导致飞机安全隐患。通过本发明，解决了模压不成形和折叠废品，通过优化工艺，解决了应力变形，力学性能达标，可实现稳定供货。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有航空用半圆形结构件的制备中存在模压不成形、折叠缺陷和力学性能不达标的问题，而提供航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造方法。
5.航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造方法，它按以下步骤进行：
6.一、铸造铝合金铸锭：铝合金铸锭的尺寸为φ405
×
900mm的圆柱形铸锭；所述铝合金铸锭中元素的质量百分比为si为≤0.10％～0.25％，fe为≤0.9％～1.4％，cu为2.0％～2.6％，mn为≤0.10％，mg为1.2％～1.8％，cr为0.10％，ni为0.9％～1.4％，zn为0.10％，ti为≤0.05％～0.10％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为al；
7.二、上述铝合金铸锭装炉后加热至320℃～350℃，然后进行挤压棒材，挤压后的棒材经切头、切尾和取低倍后，切取长度1650mm的棒材为毛坯；
8.三、上述毛坯加热至420～450℃，毛坯的开锻温度为430℃，然后在5000吨立式自由锻造水压机上进行打弯，模具温度为350℃～400℃，毛坯按打弯工艺，打弯至与样板相同的毛坯；
9.四、毛坯加热予压成型：将步骤三中所得毛坯加热至420℃～450℃，首件开锻温度为430℃～440℃，首件终锻温度400℃～430℃，末件开锻温度为430℃～450℃，末件终锻温度400℃～430℃，模具温度为360℃～380℃，得到予压锻件；
10.五、步骤四中所得予压锻件进行蚀洗修伤，然后进行一次模锻成型，予压锻件加热温度为420℃～450℃，首件开锻温度为420℃～440℃，首件终锻温度400℃～430℃，末件开锻温度为410℃～430℃，末件终锻温度400℃～420℃，模具温度为360℃～380℃，得到模锻件；
11.六、步骤五中所得模锻件进行蚀洗修伤，然后进行两次模锻成型，再依次进行蚀洗
修伤、火前检查、淬火处理和时效处理，即完成航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造。
12.进一步的，步骤二中所述铝合金铸锭装炉前将表面的灰尘、铝屑和毛刺清理干净；装炉时要将铝合金铸锭在料盘上摆放整齐平稳。
13.进一步的，步骤二中所述挤压：用5000吨卧式水压机ф420mm的挤压筒挤压直径φ95mm的棒材，挤压筒温320℃～380℃，挤压速度≤0.6mm/s，采用反向挤压方法进行挤压，挤压残料要求小于25mm。
14.进一步的，步骤五和六中所述蚀洗修伤的过程相同：将待洗件侧立摆放在不锈钢蚀洗专用料筐内，在50℃～70℃的15％～20wt％naoh的碱槽液中蚀洗脱脂10～20min，然后于室温的冷水槽中洗净碱液，再于室温的30～40wt％hno3的酸槽中中和洗白5～8min，再于室温的冷水槽中洗净酸液，最后在50～70℃的热水槽中进行冲洗件，取出后摆放在地面铺有铝垫盘的修伤场地进行修伤，检查并清除锻件存在缺陷。
15.进一步的，步骤六中所述两次模锻成型：模锻前用压缩空气把模具模膛内的赃物清除掉，安装上、下模具并用沙锭油进行润滑，模锻件出炉时使每横排料盘的第一件和最后一件的开锻温度和终锻温度为400℃～450℃，模压成型在5000吨立式自由锻造水压机进行，模锻件进行两次模压，终压时进行两次润滑上压，然后抬车放气后再上压，再进行首件检查，印记打印到规定位置，然后进行毛边切除，切后毛边的残留量小于或等于8mm，不允许咬肉。
16.进一步的，所述两次润滑：采用沙锭油和石墨的混合物作为润滑油；所述沙锭油和石墨的质量比为7：(2～3)。
17.进一步的，步骤六中所述淬火处理：完成火前检查的模锻件及试料平放于淬火料筐内，于529℃～535℃下淬火，保温时间按空气保温为150～180min，淬火所用水的温度是40℃～60℃；淬火转移时间小于等于15s，且淬火料筐在水中往复升降5次以上，然后在水中停留15min后吊出水面，打淬火炉号时要打到规定位置。
18.进一步的，所述试料：从完成火前检查的同批次模锻件中任取一件，进行切割取样，得试料。
19.进一步的，步骤六中所述时效处理：于191℃～198℃下进行时效处理，保温时间按金属保温12h，总加热时间为12h～18h。
20.本发明制造的航空用半圆形结构梁铝合金模锻件不仅尺寸满足标准要求，而且提高了半圆形锻件的整体使用性能，改善了用户在机加过程及使用过程中应力变形的特点，减少了低倍组织不合格的缺陷，提高了模锻件承载能力、提高了半圆形结构梁铝合金模锻件的使用寿命，满足航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的要求。
21.本发明中航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造方法，以提高异形模锻件承载能力为特点，制造模锻件的成型容易，材料利用率高，不易产生折叠的缺陷，增加了模锻件使用寿命，满足航空发动机的性能要求。本发明实现了异形结构件的稳定生产，可以降低舰载机的制造成本，该技术在航空领域有着广泛的推广应用价值，可以在类似于这种异形模锻件的实际生产应用，来提高模锻件的承载能力和使用寿命；对加强国防现代化建设具有重要的社会意义，同时也具有良好的经济利益。
22.本发明适用于制造航空用半圆形结构梁铝合金模锻件。
具体实施方式
23.本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
24.具体实施方式一：本实施方式航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造方法，它按以下步骤进行：
25.一、铸造铝合金铸锭：铝合金铸锭的尺寸为φ405
×
900mm的圆柱形铸锭；所述铝合金铸锭中元素的质量百分比为si为≤0.10％～0.25％，fe为≤0.9％～1.4％，cu为2.0％～2.6％，mn为≤0.10％，mg为1.2％～1.8％，cr为0.10％，ni为0.9％～1.4％，zn为0.10％，ti为≤0.05％～0.10％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为al；
26.二、上述铝合金铸锭装炉后加热至320℃～350℃，然后进行挤压棒材，挤压后的棒材经切头、切尾和取低倍后，切取长度1650mm的棒材为毛坯；
27.三、上述毛坯加热至420～450℃，毛坯的开锻温度为430℃，然后在5000吨立式自由锻造水压机上进行打弯，模具温度为350℃～400℃，毛坯按打弯工艺，打弯至与样板相同的毛坯；
28.四、毛坯加热予压成型：将步骤三中所得毛坯加热至420℃～450℃，首件开锻温度为430℃～440℃，首件终锻温度400℃～430℃，末件开锻温度为430℃～450℃，末件终锻温度400℃～430℃，模具温度为360℃～380℃，得到予压锻件；
29.五、步骤四中所得予压锻件进行蚀洗修伤，然后进行一次模锻成型，予压锻件加热温度为420℃～450℃，首件开锻温度为420℃～440℃，首件终锻温度400℃～430℃，末件开锻温度为410℃～430℃，末件终锻温度400℃～420℃，模具温度为360℃～380℃，得到模锻件；
30.六、步骤五中所得模锻件进行蚀洗修伤，然后进行两次模锻成型，再依次进行蚀洗修伤、火前检查、淬火处理和时效处理，即完成航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造。
31.本实施方式步骤一中铸造铝合金铸锭，采用常规方法。
32.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述铝合金铸锭中元素的质量百分比为si为0.10％，fe为0.8％，cu为2.2％，mn为0.10％，mg为1.5％，cr为0.10％，ni为1.0％，zn为0.10％，ti为0.05％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为al。其它与具体实施方式一相同。
33.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤二中所述铝合金铸锭装炉前将表面的灰尘、铝屑和毛刺清理干净；装炉时要将铝合金铸锭在料盘上摆放整齐平稳。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
34.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤二中所述挤压：用5000吨卧式水压机ф420mm的挤压筒挤压直径φ95mm的棒材，挤压筒温320℃～380℃，挤压速度≤0.6mm/s，采用反向挤压方法进行挤压，挤压残料要求小于25mm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
35.本实施方式中挤压速度≤0.6mm/s，目的是控制粗晶环的形成。
36.本实施方式步骤三中打弯的弧度要达到规定尺寸，以利于锻件的成型和性能。
37.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤五和六中所述蚀洗修伤的过程相同：将待洗件侧立摆放在不锈钢蚀洗专用料筐内，在50℃～70℃的15％～
20wt％naoh的碱槽液中蚀洗脱脂10～20min，然后于室温的冷水槽中洗净碱液，再于室温的30～40wt％hno3的酸槽中中和洗白5～8min，再于室温的冷水槽中洗净酸液，最后在50～70℃的热水槽中进行冲洗件，取出后摆放在地面铺有铝垫盘的修伤场地进行修伤，检查并清除锻件存在缺陷。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
38.本实施方式所述侧立摆放，目的是以防止蚀洗液体不能在锻件内腔流进流出，以至蚀洗不干净。
39.本实施方式所述锻件存在缺陷，是指折叠、磕碰等缺陷。
40.本实施方式中侧立摆放在不锈钢蚀洗专用料筐内，过程中要防止锻件磕碰伤。
41.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤六中所述两次模锻成型：模锻前用压缩空气把模具模膛内的赃物清除掉，安装上、下模具并用沙锭油进行润滑，模锻件出炉时使每横排料盘的第一件和最后一件的开锻温度和终锻温度为400℃～450℃，模压成型在5000吨立式自由锻造水压机进行，模锻件进行两次模压，终压时进行两次润滑上压，然后抬车放气后再上压，再进行首件检查，印记打印到规定位置，然后进行毛边切除，切后毛边的残留量小于或等于8mm，不允许咬肉。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
42.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是，所述两次润滑：采用沙锭油和石墨的混合物作为润滑油；所述沙锭油和石墨的质量比为7：(2～3)。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。
43.本实施方式中印记打印到规定位置，要求字迹要整齐清晰。
44.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤六中所述淬火处理：完成火前检查的模锻件及试料平放于淬火料筐内，于529℃～535℃下淬火，保温时间按空气保温为150～180min，淬火所用水的温度是40℃～60℃；淬火转移时间小于等于15s，且淬火料筐在水中往复升降5次以上，然后在水中停留15min后吊出水面，打淬火炉号时要打到规定位置。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
45.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是，所述试料：从完成火前检查的同批次模锻件中任取一件，进行切割取样，得试料。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。
46.本实施方式中件平放于方形淬火料筐内，目的是利于水流在锻件内腔流通。
47.本实施方式中打淬火炉号时要求字迹整齐清晰。
48.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤六中所述时效处理：于191℃～198℃下进行时效处理，保温时间按金属保温12h，总加热时间为12h～18h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
49.本实施方式时效处理在装入时效炉时，料架摆放一定要有利循环风的畅通，使之加热均匀快速。
50.本实施方式中时效处理后，对试料进行取样分析，性能检测。
51.通过以下实施例验证本发明的有益效果：
52.实施例：
53.航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造方法，它按以下步骤进行：
54.一、铸造铝合金铸锭：铝合金铸锭的尺寸为φ405
×
900mm的圆柱形铸锭；所述铝合
金铸锭中元素的质量百分比为si为0.10％，fe为0.8％，cu为2.2％，mn为0.10％，mg为1.5％，cr为0.10％，ni为1.0％，zn为0.10％，ti为0.05％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为al；
55.二、上述铝合金铸锭装炉后加热至350℃，然后进行挤压棒材，挤压后的棒材经切头、切尾和取低倍后，切取长度1650mm的棒材为毛坯；
56.三、上述毛坯加热至440℃，毛坯的开锻温度为430℃，然后在5000吨立式自由锻造水压机上进行打弯，模具温度为400℃，毛坯按打弯工艺，打弯至与样板相同的毛坯；
57.四、毛坯加热予压成型：将步骤三中所得毛坯加热至430℃，首件开锻温度为440℃，首件终锻温度410℃，末件开锻温度为440℃，末件终锻温度410℃，模具温度为380℃，得到予压锻件；
58.五、步骤四中所得予压锻件进行蚀洗修伤，然后进行一次模锻成型，予压锻件加热温度为440℃，首件开锻温度为430℃，首件终锻温度420℃，末件开锻温度为410℃，末件终锻温度400℃，模具温度为360℃，得到模锻件；
59.六、步骤五中所得模锻件进行蚀洗修伤，然后进行两次模锻成型，再依次进行蚀洗修伤、火前检查、淬火处理和时效处理，即完成航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的制造。
60.本实施例步骤二中所述铝合金铸锭装炉前将表面的灰尘、铝屑和毛刺清理干净；装炉时要将铝合金铸锭在料盘上摆放整齐平稳。
61.本实施例步骤二中所述挤压：用5000吨卧式水压机ф420mm的挤压筒挤压直径φ95mm的棒材，挤压筒温350℃，挤压速度≤0.6mm/s，采用反向挤压方法进行挤压，挤压残料要求小于25mm。
62.本实施例步骤五和六中所述蚀洗修伤的过程相同：将待洗件侧立摆放在不锈钢蚀洗专用料筐内，在60℃的15wt％naoh的碱槽液中蚀洗脱脂20min，然后于室温的冷水槽中洗净碱液，再于室温的30wt％hno3的酸槽中中和洗白5min，再于室温的冷水槽中洗净酸液，最后在60℃的热水槽中进行冲洗件，取出后摆放在地面铺有铝垫盘的修伤场地进行修伤，检查并清除锻件存在缺陷。
63.本实施例步骤六中所述两次模锻成型：模锻前用压缩空气把模具模膛内的赃物清除掉，安装上、下模具并用沙锭油进行润滑，模锻件出炉时使每横排料盘的第一件和最后一件的开锻温度和终锻温度为430℃，模压成型在5000吨立式自由锻造水压机进行，模锻件进行两次模压，终压时进行两次润滑上压，然后抬车放气后再上压，再进行首件检查，印记打印到规定位置，然后进行毛边切除，切后毛边的残留量等于8mm，不允许咬肉。
64.本实施例所述两次润滑：采用沙锭油和石墨的混合物作为润滑油；所述沙锭油和石墨的质量比为7：3。
65.本实施例步骤六中所述淬火处理：完成火前检查的模锻件及试料平放于淬火料筐内，于530℃下淬火，保温时间按空气保温为150min，淬火所用水的温度是50℃；淬火转移时间小于等于15s，且淬火料筐在水中往复升降8次，然后在水中停留15min后吊出水面，打淬火炉号时要打到规定位置。
66.本实施例所述试料：从完成火前检查的同批次模锻件中任取一件，进行切割取样，得试料。
67.本实施例步骤六中所述时效处理：于195℃下进行时效处理，保温时间按金属保温
12h，总加热时间为16h。
68.本实施例中制造的航空用半圆形结构梁铝合金模锻件，取同一熔次、同一合金牌号、同一锻造条件的试料进行取样分析，性能检测。
69.布氏硬度：试料高度24.99mm，压痕直径3.55mm，硬度值147。
70.金相试验：符合gb/t3246.2-2012检验标准。
71.拉伸试验：以gb/t228.1-2010为检验标准，其规定非比例伸长力6929.75n，规定非比例长应力352.22mpa，最大力8499.28n，抗拉强度432.00mpa，断后绝对伸长率2.66％，断后相对伸长率10.64％。
72.本实施例中制造的航空用半圆形结构梁铝合金模锻件，其尺寸满足标准要求，而且提高了半圆形锻件的整体使用性能，改善了用户在机加过程及使用过程中应力变形的特点，减少了低倍组织不合格的缺陷，提高了模锻件承载能力、提高了半圆形结构梁铝合金模锻件的使用寿命，满足航空用半圆形结构梁铝合金模锻件的要求。