直升機用AL‑Zn‑Mg‑Cu鋁合金圓盤模鍛件的製造方法與流程
2023-06-04 12:49:01
本發明涉及一種AL-Zn-Mg-Cu系熱處理強化新型鋁合金模鍛件的製造方法。
背景技術：
武器裝備的輕量化是一種發展趨勢，隨著鋁合金髮展的越來越成熟，鋁合金代替鋼鐵減重的需求也越來越多。由於某機型，為此，針對該結構件的需求，研製了一種AL-Zn-Mg-Cu系熱處理強化新型鋁合金模鍛件，來代替原鋼鐵件，來實現飛機減重的目的。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決對飛機進行減重的技術問題，提供了一種直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件的製造方法。
直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件的製造方法如下：
一、鑄造鋁合金鑄錠：
鑄造鋁合金鑄錠，鑄錠規格為260mm×260mm×410mm，鋁合金鑄錠中元素的質量百分含量為：Si為≤0.1％，Fe為≤0.12％，Cu為0.5％～1.0％，Mn為≤0.2～0.4％，Mg為2.0％～3.0％，Cr為0.20％，Zn為10.5％～12.5％，Zr為0.08％～0.30％，Sc為0.20％～0.50％，單個雜質≤0.05％，合計雜質≤0.10％，其餘為Al；其中鋁合金鑄錠進行雙級過濾、雙級除氣並進行鑄造；
二、將步驟一得到的鑄造鋁合金鑄錠放置在退火爐中，在380℃～415℃的溫度下保溫8h～12h進行第一級均勻化退火，然後在445℃～465℃的溫度下保溫15h～20h進行第二級均勻化退火，出爐空冷，得到毛坯；
三、將步驟二得到的毛坯加熱至溫度為420℃～450℃，保溫6～8小時，然後進行自由鍛造，控制自由鍛造時平砧溫度為350℃～420℃，採用3000噸水壓機，進行鍛造，得到直徑為480mm的圓餅；
四、將步驟三得到的直徑為480mm的圓餅在5000噸立式模鍛水壓機上進行模鍛成型兩次，每模壓成型一次並進行一次蝕洗切邊，得到模鍛件；
五、將步驟四得到的模鍛件進行蝕洗、修傷、切邊，切後毛邊的殘留量小於或等於2mm；
六、將步驟五修傷後的模鍛件進行熱處理，控制淬火溫度為460℃～470℃，保溫時間為120～180min，淬火時的用水溫度是60℃～80℃，一級時效的溫度為107℃，保溫6～8小時；二級時效的溫度為145℃，保溫10～14小時，即得直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件。
步驟四中進行模鍛成型兩次，圓餅第一次模鍛成型的欠壓量為15mm，第二次模鍛成型的欠壓量為5mm。
步驟五中所述蝕洗的過程如下：
將模鍛件在溫度為60℃，質量濃度為15％的NaOH的鹼槽液中蝕洗脫脂15分鐘，再在室溫、質量濃度為20％～40％的HNO3的酸槽中中和洗白5分鐘。
將本發明製造的直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件進行縱向拉力、高倍組織、低倍組織、斷口組織、硬度、應力腐蝕、電導率的檢測。檢測所得數值滿足：縱向：Rm＞810MPa；Rp0.2＞680MPa；A＞5％；HBS。
附圖說明
圖1是實驗一中所得直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件的結構示意圖；
圖2是實驗一中製備直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件的鍛壓流程工藝圖；
圖3是實驗一中製備直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件的鍛壓流程工藝圖；
圖4是實驗一中製備直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件的鍛壓流程工藝圖；
圖5是實驗一中製備直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件的鍛壓流程工藝圖；。
具體實施方式
本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。
具體實施方式一：本實施方式直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件的製造方法如下：
一、鑄造鋁合金鑄錠：
鑄造鋁合金鑄錠，鑄錠規格為260mm×260mm×410mm，鋁合金鑄錠中元素的質量百分含量為：Si為≤0.1％，Fe為≤0.12％，Cu為0.5％～1.0％，Mn為≤0.2～0.4％，Mg為2.0％～3.0％，Cr為0.20％，Zn為10.5％～12.5％，Zr為0.08％～0.30％，Sc為0.20％～0.50％，單個雜質≤0.05％，合計雜質≤0.10％，其餘為Al；其中鋁合金鑄錠進行雙級過濾、雙級除氣並進行鑄造；
二、將步驟一得到的鑄造鋁合金鑄錠放置在退火爐中，在380℃～415℃的溫度下保溫8h～12h進行第一級均勻化退火，然後在445℃～465℃的溫度下保溫15h～20h進行第二級均勻化退火，出爐空冷，得到毛坯；
三、將步驟二得到的毛坯加熱至溫度為420℃～450℃，保溫6～8小時，然後進行自由鍛造，控制自由鍛造時平砧溫度為350℃～420℃，採用3000噸水壓機，進行鍛造，得到直徑為480mm的圓餅；
四、將步驟三得到的直徑為480mm的圓餅在5000噸立式模鍛水壓機上進行模鍛成型兩次，每模壓成型一次並進行一次蝕洗切邊，得到模鍛件；
五、將步驟四得到的模鍛件進行蝕洗、修傷、切邊，切後毛邊的殘留量小於或等於2mm；
六、將步驟五修傷後的模鍛件進行熱處理，控制淬火溫度為460℃～470℃，保溫時間為120～180min，淬火時的用水溫度是60℃～80℃，一級時效的溫度為107℃，保溫6～8小時；二級時效的溫度為145℃，保溫10～14小時，即得直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是步驟二中在390℃～405℃的溫度下保溫9h～11h進行第一級均勻化退火，然後在450℃～460℃的溫度下保溫16h～19h進行第二級均勻化退火。其它與具體實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同的是步驟二中在400℃的溫度下保溫10h進行第一級均勻化退火，然後在455℃的溫度下保溫18h進行第二級均勻化退火。其它與具體實施方式一或二之一相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是步驟三中將步驟二得到的毛坯加熱至溫度為440℃，保溫7小時。其它與具體實施方式一至三之一相同。
具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是步驟三中自由鍛造時平砧溫度為360℃～400℃。其它與具體實施方式一至四之一相同。
具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是步驟三中自由鍛造時平砧溫度為380℃。其它與具體實施方式一至五之一相同。
具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是步驟四中進行模鍛成型兩次，圓餅第一次模鍛成型的欠壓量為15mm，第二次模鍛成型的欠壓量為5mm。其它與具體實施方式一至六之一相同。
具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是步驟五中所述蝕洗的過程如下：
將模鍛件在溫度為60℃，質量濃度為15％的NaOH的鹼槽液中蝕洗脫脂15分鐘，再在室溫、質量濃度為20％～40％的HNO3的酸槽中中和洗白5分鐘。其它與具體實施方式一至七之一相同。
具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是步驟六中控制淬火溫度為462℃～468℃，保溫時間為130～170min，淬火時的用水溫度是62℃～78℃，一級時效的溫度為107℃，保溫6.5～7.5小時；二級時效的溫度為145℃，保溫11～13小時。其它與具體實施方式一至八之一相同。
具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是步驟六中控制淬火溫度為465℃，保溫時間為140min，淬火時的用水溫度是70℃，一級時效的溫度為107℃，保溫7小時；二級時效的溫度為145℃，保溫12小時。其它與具體實施方式一至九之一相同。
採用下屬實驗驗證本發明效果：
實驗一：
結合圖1直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件的製造方法如下：
一、鑄造鋁合金鑄錠：
鑄造鋁合金鑄錠，鑄錠規格為260mm×260mm×410mm，鋁合金鑄錠中元素的質量百分含量為：Si為≤0.1％，Fe為≤0.12％，Cu為0.5％～1.0％，Mn為≤0.2～0.4％，Mg為2.0％～3.0％，Cr為0.20％，Zn為10.5％～12.5％，Zr為0.08％～0.30％，Sc為0.20％～0.50％，單個雜質≤0.05％，合計雜質≤0.10％，其餘為Al；其中鋁合金鑄錠進行雙級過濾、雙級除氣並進行鑄造；
二、將步驟一得到的鑄造鋁合金鑄錠放置在退火爐中，在380℃～415℃的溫度下保溫8h～12h進行第一級均勻化退火，然後在445℃～465℃的溫度下保溫15h～20h進行第二級均勻化退火，出爐空冷，得到毛坯；
三、將步驟二得到的毛坯加熱至溫度為420℃～450℃，保溫6～8小時，然後進行自由鍛造，控制自由鍛造時平砧溫度為350℃～420℃，採用3000噸水壓機，按照圖2、圖3、圖5的次序或者圖2、圖4、圖5的次序進行鍛造，得到直徑為480mm的圓餅；
四、將步驟三得到的直徑為480mm的圓餅在5000噸立式模鍛水壓機上進行模鍛成型兩次，每模壓成型一次並進行一次蝕洗切邊，得到模鍛件；
五、將步驟四得到的模鍛件進行蝕洗、修傷、切邊，切後毛邊的殘留量小於或等於2mm；
六、將步驟五修傷後的模鍛件進行熱處理，控制淬火溫度為460℃～470℃，保溫時間為120～180min，淬火時的用水溫度是60℃～80℃，一級時效的溫度為107℃，保溫6～8小時；二級時效的溫度為145℃，保溫10～14小時，即得直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件。
將直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件進行縱向拉力、高倍組織、低倍組織、斷口組織、硬度、應力腐蝕、電導率的檢測。檢測所得數值滿足：縱向：Rm＞810MPa；Rp0.2＞680MPa；A＞5％；HBS。
將合格的直升機用AL-Zn-Mg-Cu鋁合金圓盤模鍛件逐漸進行100％超聲波接觸法檢測，探傷合格後的模鍛件進行成品包裝。即完成用AL-Zn-Mg-Cu系熱處理強化新型鋁合金模鍛件的製造。