7050合金大型锻管成型及性能控制技术.pdf

0前言7050铝合金是可热处理强化的高强度变形铝合金。该合金具有较高的强度，同时抗剥落腐蚀和抗应力腐蚀能力也好，常用于飞机制造结构及其他要求强度高、抗腐蚀性好的高应力结构件1。常见的7050-T74铝合金锻管外径不超过700mm。外径超过 1 000 mm、同时长度超过 3 000 mm 的7050铝合金锻管属于超大规格7050铝合金锻管。国内文献很少有此方面介绍，且基本以研究为主，没有涉及到实际具体的生产工艺。生产出超大规格7050铝合金锻管是一种技术实力的体现，需要原材料、锻造工艺、热处理工艺等多个方面配合。本文以自由锻压机试制生产的大规格 7050-T74锻管为例，结合产品生产过程中出现的问题，从大型锻管的化学成分、成型方式、锻件组织、性能控制等多个方面进行分析，形成了一个切实可行的工艺方案。用该工艺方案生产的大规格 7050-T74锻管性能稳定，可供同行参考。1锻管1.1 锻管的典型规格如下：尺寸：1 150 mm1 046 mm3 070 mm；合金状态：7050-T74；交付状态：超声波探伤+粗加工；验收标准：AMS-A-22771；超声波探伤标准：GJB 1580A2019中A级；检测项目：显微组织、低倍组织、三向拉伸性能、电导率、冲击韧性、A级超声波探伤。1.2 工艺路线铝合金锻管最高效生产方式为挤压（正挤压或者反挤压），大部分锻造厂受限于挤压设备或挤压机吨位，无法直接用挤压的方式生产。经讨论分析，典型锻管成型方案为：芯轴拔长+马架扩孔。具体工艺路线如下：下料60 MN压机铸锭改锻60 MN压机反挤压锯切反挤压筒底60 MN压机马架扩孔60 MN压机芯轴拔长锯切长度端头60 MN压机马架扩孔热处理前粗加工超声波探伤淬火时效取样检测最终粗加工超声波探伤验收。2锻管成型及性能控制因自由锻件受限于生产方式和特点，产品性能满足标准是最基本的要求，需要提高不同批次产品的稳定性和一致性。从原材料、锻造成型过程、热7050合金大型锻管成型及性能控制技术王雪强，丛镇渔，丁杰，朱宜杰，李宵飞（山东南山铝业股份有限公司，烟台 265700）摘要：从原材料、锻造成型和热处理三个方面，提出了7050铝合金大型锻管成型及性能控制技术，阐述了各方面的要点及注意事项。为提高自由锻造成型的一致性，必须注重锻造过程细节的控制，避免返工。该技术在生产过程中得到完善和优化，所形成的关键技术可以保证批量生产的锻管性能合格且稳定。关键词：7050；锻管；自由锻；热处理中图分类号：TG146.21文献标识码：B文章编号：1005-4898（2023）04-0035-04doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2023.04.08作者简介：王雪强（1990），男，山东潍坊人，本科，主要从事铝合金、钛合金及高温合金锻件及模具设计工作。收稿日期：2023-01-082023年第4期总第273期铝加工工艺技术 35处理过程三个方面阐述控制要点及注意事项。2.1 原材料原材料为截面440 mm1 500 mm 的扁铸锭，其化学成分在满足标准的基础上加严控制：大幅降低杂质元素含量，提高合金元素含量。具体化学成分见表1。2.2 锻造成型过程2.2.1铸锭改锻“改性”和“成型”是金属锻造加工的主要目的2,铸锭成型前必须经大变形改锻，以打碎铸态组王雪强，等：7050合金大型锻管成型及性能控制技术工艺技术表1化学成分（质量分数/%）成分标准值内控值Si0.120.05Fe0.150.06Cu2.02.62.02.6Mn0.100.05Mg1.92.62.12.6Cr0.040.04Zn5.76.76.36.6Ti0.060.06Zr0.080.150.100.15其它单个0.050.05合计0.150.15Al余量余量织3，再经过变形，形成流线，从而提高性能，以达到产品要求。7050铝合金铸态组织见图1。改锻按两镦两拔：拔长为高径比21的八方棒，然后按50%变形量镦粗。连续两镦两拔后从本体取样，试样热处理至T74状态，查看高倍，以确认改锻质量，改锻后坯料组织见图2。铸态组织已基本破碎，达到预期目标。图1铸态组织图2铸锭改锻后的组织2.2.2反挤压铸锭改锻后，经60 MN压机反挤压形成管坯。反挤压管坯内外壁表面质量好，没有折叠、裂纹等缺陷，便于后续芯轴拔长。反挤压筒内壁和反挤压冲头须提前涂抹润滑剂。坯料出炉装入挤压筒后，坯料与冲头接触的表面要涂抹润滑剂。反挤压过程中将上模多次抬起涂抹润滑剂，加强润滑，减小摩擦力，避免环形微裂纹的产生，以提高管坯内壁表面质量。2.2.3芯轴拔长芯轴拔长是把芯轴穿入空心毛坯中进行拔长，减少毛坯外径壁厚而增加其长度的自由锻造方法。用该方法将锻管拔长至要求长度，是整个成型过程中难度最大的过程，要严格控制工装选择、润滑质量、变形量和锻造火次4。（1）工装选择。工装选用上下 V 型砧、马杠。芯轴拔长过程用不带锥度的马杠作芯轴，目的是确保锻管各处余量均匀，保证马架扩孔后成品尺寸更规则、更轻松地满足要求。芯轴拔长示意图见图3。图3芯轴拔长示意图（2）润滑质量。马杠做芯轴，拔长过程中走料较芯轴慢，为提高效率，马杠外圆面均匀涂抹一层油基石墨润滑剂，且上下V型砧中V型口也要均匀涂抹一层，石墨润滑大部分接触面为边界流体润滑状态使得其锻件表面的光洁度提高4，从而提高表面质量和生产效率。（3）变形量及锻造火次。为了提高产品的一致性和稳定性，要严格控制锻造火次及变形量。典型锻管的拔长尺寸及火次见表2。表2锻管芯轴拔长尺寸、火次表芯轴拔长要求尺寸/mm外径（参考）1 020内径77010长度3 3003 400最小壁厚125各火次目标长度/mm初始长度1 500第一火2 300第二火3 000第三火3 300芯轴V型砧V型砧锻管50m50m 36第一火：管坯壁厚大，坯料冷速慢，料温可长时间维持在高温区，适合大变形。第二火：相对第一火，壁厚减薄，长度变长，变形量较第一火小。第三火：壁厚最薄，该火次要完成最终成型，且主变形结束后要修整锻管，修整过程耗费时间多，变形量最小。变形过程中还要考虑硾砧下压量和送进量，成型不同阶段，要求不同。拔长过程：送进量200350 mm，壁厚方向下压量1030 mm；整形阶段：送进量300450 mm，壁厚方向下压量10 mm。2.2.4马架扩孔若锻管较长，超过砧子长度，扩孔要遵循先两头后中间，最后平整的方法。平整指的是在中间和两头过渡区域，保证锻管各处内外径尺寸一致。2.3 热处理过程T74状态：固溶处理（淬火）+时效两个过程。2.3.1固溶处理（淬火）固溶温度范围471482，保温240 min，用Ucon-A聚合物冷却至室温5。锻管热处理前机加工至壁厚80 mm，且整体见光。均匀的壁厚可保证锻件淬火时均匀冷却，相应内应力均匀分布。粗加工能去除表面微裂纹、折叠，降低淬火开裂风险。固溶处理转移时间15 s，淬火介质选用UconA淬火剂，淬火剂温度3545，浸泡时间2030 min。Ucon A淬火剂在高温区析出，在锻件表面形成沉积膜，沉积膜能提高散热的均匀性，降低淬火应力，减小后续加工过程中锻件变形。装炉控制：选用立式淬火炉，锻管直立在料框中，冷却均匀，能减小淬火过程锻管弯曲、椭圆。2.3.2时效选取双级时效制度：一级时效121，保温360 min，二级时效177，保温450 min6。双级时效的第一级时效温度较低为形核阶段，该阶段析出均匀的G.P.区，为第二级时过渡相及稳定相的形核提供条件。第二级时效的温度较高，相当于稳定化阶段，主要为稳定析出相的尺寸。与单级时效相比，双级时效过程中，相的析出更加复杂，不仅可以使合金晶内析出弥散分布的强化相，同时晶界处的析出相呈较均匀断续分布，提高抗应力腐蚀性能。3 性能检测结果3.1 室温拉伸性能锻件经性能热处理后，每批次切取纵向、长横向和短横向拉伸试样，共选取5个批次的锻管，性能检测结果如表3所示。锻管强度富余量大，均匀性较好，说明工艺稳定较好。表3锻管室温拉伸性能批次信息标准值批次1批次2批次3批次4批次5纵向抗拉强度/MPa495547541539535532535539550540545屈服强度/MPa425490481480471474483485497485498断后延伸率/%8121215.516.51314.5151515.515长横向抗拉强度/MPa485527528550547544544546539553551屈服强度/MPa415465466490485486488497488499494断后延伸率/%411.511.513.511.587.51010.59.510短横向抗拉强度/MPa485537538543542540536551550534538屈服强度/MPa415479481477480481481493491479483断后延伸率/%48.58.5986.57.58.510.58.57.53.2 电导率锻管时效结束后检测，要求电导率38.0%IACS，实测电导率均合格。电导率检测结果如表4所示。表4锻管电导率/%IACS批次电导率值批次139.8639.9840.00批次240.1440.1340.12批次339.7940.2140.30批次439.7439.9939.97批次540.2940.2740.233.3 高倍（显微组织）组织变形均匀，晶粒沿纵向分布，轴向形成流线，没有过烧，符合要求。显微组织图片见图4。2023年第4期总第273期铝加工工艺技术 37图4显微组织3.4 超声波探伤锻管最终粗加工后探伤，满足GJB1580中A级要求。4结论自由锻成型7050锻管，须对原材料、成型过程、热处理各工序严格控制，掌握好各工序控制要点，才能稳定控制锻件的性能，提高产品的一致性。经实际产品验证，产品性能合格、稳定，达到了目标。参考文献1王祝堂，等.变形铝合金热处理工艺M.长沙：中南大学出版社，2011：289-290.2吕炎.锻造工艺学M.北京：机械工业出版社，1995：10-143冉凡青，鄢勇，等.7050铝合金的铸态组织及均匀化工艺研究J.Hot Working Technology，2017，46（10）：208-209.4阙基容，俞巍巍.铝合金筒体锻件芯轴拔长工艺及生产特点J.铝加工，2003，152：19-21.5李伟华，董选普，等.铝合金热模锻润滑机理研究与应用J.锻压技术，2010（6）：128-130.6AMS 2772，Heat Treatment of Aluminum Alloy Raw Mate-rials S.Forming and performance control technology of 7050 alloy largeforged pipeWang Xueqiang,Cong Zhenyu,Ding Jie,Zhu Yijie,Li Xiaofei(Shandong Nanshan Aluminum Co.,Ltd.,Yantai 265700,China)Abstract:From the angle of forging forming and heat treatment,the forming and performance control technology of 7050 aluminumalloy large-scale forged pipe was put forward.The technology has been perfected and optimized in the production process,and thekey technology formed can ensure the qualified and stable performance of mass produced forged pipe.Key words:7050 aluminum alloy;forged pipe;free forging;heat treatment50mStudy o