一種薄壁馬鞍形鋁合金鑄件熱處理變形控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種薄壁馬鞍形鋁合金鑄件熱處理變形控制方法。適用于大型薄壁鑄造鋁合金類零件。該方法根據(jù)鑄件特點(diǎn)，加熱前在鑄件上安裝堵盤(pán)和卡箍的方法，壁厚較厚一端朝下，垂直放置的方式入爐；分階段加熱，減小加熱時(shí)的熱應(yīng)力；固溶階段采用可調(diào)式工裝維形，減小淬火時(shí)的變形；時(shí)效階段繼續(xù)施加預(yù)緊力，保持工裝的約束力。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：采用階段升溫、固溶、時(shí)效階段可調(diào)式工裝維形方法，解決了薄壁鑄造鋁合金熱處理階段變形控制的問(wèn)題，避免了固溶后反復(fù)校形，形位尺寸難以控制的問(wèn)題。通過(guò)加熱前和固溶后根據(jù)變形規(guī)律施壓預(yù)緊力，達(dá)到精確控制變形的目的。
【專利說(shuō)明】一種薄壁馬鞍形鋁合金鑄件熱處理變形控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鑄造鋁合金熱處理變形控制方法，更具體地涉及一種薄壁馬鞍形鋁合金鑄件的熱處理變形控制方法，屬于鑄造鋁合金熱處理領(lǐng)域，適用于大型薄壁鑄造鋁合金類零件的熱處理。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金鑄造結(jié)構(gòu)件因具有優(yōu)異的使用性能，可成形復(fù)雜構(gòu)件，成本低的特點(diǎn)，在航空航天、船舶、軌道交通等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。隨著生產(chǎn)制造技術(shù)指標(biāo)要求的不斷提高，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越復(fù)雜，緊湊程度越來(lái)越高。但對(duì)于形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，如果采用傳統(tǒng)的固溶-時(shí)效工藝熱處理，將會(huì)產(chǎn)生較大的變形，特別是由于產(chǎn)品前后端固溶入水存在的差異，導(dǎo)致先入水一端開(kāi)口，后入水一端收口，嚴(yán)重影響產(chǎn)品后續(xù)的加工和最終使用，而壁厚2~4mm的薄壁馬鞍形結(jié)構(gòu)鋁合金鑄件，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，變形量更大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種薄壁馬鞍形鋁合金鑄件熱處理變形控制方法，旨在提供一種在固溶和時(shí)效兩個(gè)階段均采用可調(diào)式卡箍和堵盤(pán)的組合工裝來(lái)控制熱處理變形的技術(shù)方案，能有效地控制薄壁馬鞍形鋁合金鑄件熱處理變形。
[0004]本發(fā)明中，薄壁馬鞍形鋁合金鑄件各部位，其中:壁厚相對(duì)較薄一端作為前端，壁厚相對(duì)較厚一端作為后端。
[0005]本發(fā)明采用的技 術(shù)方案，主要通過(guò)在鑄件前后兩端采用可調(diào)式工裝，可精確控制開(kāi)口部分的張口和收口的情況，對(duì)前端的內(nèi)側(cè)螺栓施加預(yù)緊力，防止收口，對(duì)后端的外側(cè)螺栓施加預(yù)緊力，防止張口，并配合限制性的固溶-時(shí)效熱處理制度，使鑄件滿足后續(xù)機(jī)加工的要求，性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
[0006]本發(fā)明的具體步驟如下:
[0007]第一步，安裝工裝:在待處理鑄件的前端I和后端2安裝堵盤(pán)4，堵盤(pán)4為帶通孔凸臺(tái)10的盤(pán)體；凸臺(tái)高20mm,并帶有2mm的斜度；敞口部位5安裝二道或以上可調(diào)式的卡箍，卡箍安裝位置是:在靠近鑄件前端1、后端2的部位各安裝一道卡箍，前端、后端卡箍的安裝位置可根據(jù)鑄件長(zhǎng)度相對(duì)靠近端頭；最好是安裝三道卡箍，除在靠近鑄件前端1、后端2的部位各安裝一道卡箍外，在鑄件中部3再安裝一道卡箍；對(duì)各卡箍可調(diào)節(jié)螺栓施加預(yù)緊力，安裝在前端的卡箍6預(yù)緊力要求內(nèi)緊外松，安裝在后端的卡箍7預(yù)緊力要求外緊內(nèi)松，安裝在中部的卡箍8預(yù)緊力內(nèi)外約束力值一致；
[0008]第二步，入爐方式:后端2朝下，鑄件垂直擺放；
[0009]第三步，升溫階段:選擇200~300°C入爐，以70~100°C /h的速度升至510~520 0C，保溫0.2~0.6 h ;以0.5°C /min的升溫速度升至520~545 °C ；
[0010]第四步，固溶階段:鑄件在520~545°C保溫8~20h，然后轉(zhuǎn)入水中固溶，最好以不大于IOs的轉(zhuǎn)移速度迅速入水，水溫要求50~60°C ;鑄件在水中停留5~IOmin ；[0011]第五步，調(diào)節(jié)工裝:固溶處理后，對(duì)卡箍的可調(diào)節(jié)螺栓施加預(yù)緊力，安裝在前端I的卡箍要求內(nèi)緊外松，安裝在后端2的卡箍要求外緊內(nèi)松，此步要求在Ih內(nèi)完成；
[0012]第六步，時(shí)效:鑄件在空氣中自然時(shí)效7~9h，然后進(jìn)行人工時(shí)效，要求溫度140~170°C，保溫時(shí)間6~10h，出爐冷卻。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同之處在于:
[0014]I)在薄壁馬鞍形鋁合金鑄造結(jié)構(gòu)件開(kāi)口部位安裝三道可調(diào)式的卡箍，從而可以更加具體的根據(jù)變形量來(lái)施加不同的預(yù)緊力，從而最大限度的控制變形量。
[0015]2)可調(diào)式卡箍工裝為非單一方向施加預(yù)緊力，而是可以在內(nèi)外二維方向施加反方向的力。
[0016]3 )堵盤(pán)工裝配合三道卡箍的組合式工裝，兩者對(duì)鑄件一起作用，控制熱處理變形效果較好。
[0017]4)鑄件壁厚較厚一端朝下，鑄件垂直擺放，這對(duì)熱處理變形的控制也是至關(guān)重要的。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]I)采用堵盤(pán)加三道卡箍的方法，相對(duì)于專用模具控制變形，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，可達(dá)到控制變形的目的。 [0020]2)通過(guò)掌握鑄件變形的規(guī)律，采用可調(diào)節(jié)螺栓施加預(yù)緊力，達(dá)到反變形的目的。
[0021]3)鑄件固溶、時(shí)效階段全過(guò)程保持工裝的約束，節(jié)省了固溶后校形的工序，避免了校形尺寸精度較難控制和復(fù)雜構(gòu)件容易產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。
[0022]4)規(guī)定了淬火轉(zhuǎn)移的時(shí)間和水溫的要求，有利于鑄件達(dá)到較高性能和最小變形最佳的結(jié)合點(diǎn)。
[0023]本發(fā)明采用階段升溫、固溶、時(shí)效階段可調(diào)式工裝維形方法，壁厚較厚一端朝下，垂直入爐；分階段加熱，減小加熱時(shí)的熱應(yīng)力；固溶階段采用可調(diào)式工裝維形，減小淬火時(shí)的變形；時(shí)效階段繼續(xù)施加預(yù)緊力，保持工裝的約束力。該方法解決了薄壁鑄造鋁合金熱處理階段變形控制的問(wèn)題，避免了固溶后反復(fù)校形，形位尺寸難以控制的問(wèn)題，通過(guò)加熱前和固溶后根據(jù)變形規(guī)律施壓預(yù)緊力，達(dá)到精確控制變形的目的。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是薄壁馬鞍型鑄件結(jié)構(gòu)示意及三道卡箍和堵盤(pán)安裝位置簡(jiǎn)圖
[0025]圖2圖1的左視剖視示意圖
[0026]圖3前后端堵盤(pán)示意圖
[0027]圖4鑄件入爐擺放方式示意圖
[0028]圖中標(biāo)記分別表不:I一鑄件前端，2—鑄件后端，3—鑄件中部，4一堵盤(pán),5—敞口部位，6—前端卡箍,7一后端卡箍,8一中部卡箍,9一薄壁馬鞍型鑄件橫截面，10—凸臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面，結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0030]以薄壁馬鞍形鑄件變形控制為例，其形狀尺寸見(jiàn)圖1，材料為ZLl 14A，樹(shù)脂砂型鑄造，鑄件總長(zhǎng)為1260mm，截面最大直徑為526mm，高度為212mm。薄壁區(qū)厚度毛坯厚度為9mm，機(jī)加工去除外皮尺寸，外圓加工到Φ 514，內(nèi)圓加工到Φ 402，壁厚要求滿足2.5mm。整個(gè)內(nèi)腔要求不加工。熱處理前后要求變形開(kāi)口部位張口或收口變形量不超過(guò)2mm。同爐試桿滿足性能σ b≥320MPa, δ 5≥8%的要求。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]第一步，安裝工裝:鑄件兩端安裝堵盤(pán)工裝，堵盤(pán)結(jié)構(gòu)形式如圖3。敞口部位前端、后端及中部安裝三道卡箍，規(guī)定了三道卡箍的位置，前端卡箍6距前端60mm位置，中間卡箍8距前端600mm位置，后端卡箍7距前端面1200mm位置。并對(duì)可調(diào)節(jié)螺栓施加預(yù)緊力，前端卡箍6要求可調(diào)節(jié)螺栓內(nèi)緊外松，后端卡箍7要求可調(diào)節(jié)螺栓外緊內(nèi)松，中端卡箍8內(nèi)外約束力一致。
[0033]第二步，確定入爐方式:選擇后端2朝下，鑄件垂直擺放。固溶采用抽底式鋁合金淬火爐。入爐方式如圖4所示。
[0034]第三步，升溫階段:選擇200°C入爐，以70°C /h的速度升至510°C，保溫0.2h。以
0.50C /min的升溫速度升至520°C。
[0035]第四步，固溶階段:鑄件在520°C保溫8h，然后轉(zhuǎn)入水中固溶，水溫要求50°C。鑄件在水中停留5min。
[0036]第五步，調(diào)節(jié)工裝:固溶后調(diào)整工裝，施加預(yù)緊力，前端要求內(nèi)緊外松，后端要求外緊內(nèi)松。此步在Ih內(nèi)完成。
[0037]第六步，時(shí)效:鑄件在空氣中自然時(shí)效7小時(shí)，然后立即轉(zhuǎn)移值烘箱進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效溫度140°C，保溫時(shí)間6h，出爐空氣冷卻。
[0038]拆除工裝，測(cè)量熱處理后鑄件的開(kāi)口部位張口變形量為1.5mm，收口變形量為
1.2mm,性能σ b=328MPa, δ 5=17%,滿足工序間尺寸要求和設(shè)計(jì)性能要求。
[0039]實(shí)施例2:
[0040]第一步安裝工裝:鑄件兩端安裝堵盤(pán)工裝，堵盤(pán)結(jié)構(gòu)形式如圖3。敞口部位安裝三道卡箍，規(guī)定了三道卡箍的位置，前端卡箍6距前端60mm位置，中間卡箍8距前端600mm位置，后端卡箍7距前端面1200mm位置。并對(duì)可調(diào)節(jié)螺栓施加預(yù)緊力，前端卡箍6要求可調(diào)節(jié)螺栓內(nèi)緊外松，后端卡箍7要求可調(diào)節(jié)螺栓外緊內(nèi)松，中端卡箍8內(nèi)外約束力一致。
[0041]第二步確定入爐方式:選擇后端2朝下，鑄件垂直擺放。固溶采用抽底式鋁合金淬火爐。入爐方式如圖4所示。
[0042]第三步升溫階段:選擇300°C入爐，以100°C /h的速度升至520°C，保溫0.6h。以
0.50C /min的升溫速度升至545°C。
[0043]第四步固溶階段:鑄件在545°C保溫20h，然后轉(zhuǎn)入水中固溶，水溫要求60°C。鑄件在水中停留lOmin。
[0044]第五步調(diào)節(jié)工裝:固溶后調(diào)整工裝，施加預(yù)緊力，前端要求內(nèi)緊外松，后端要求外緊內(nèi)松。此步在Ih內(nèi)完成。
[0045]第六步時(shí)效:鑄件在空氣中自然時(shí)效9小時(shí)，然后立即轉(zhuǎn)移值烘箱進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效溫度170°C，保溫時(shí)間10h，出爐空氣冷卻。
[0046]拆除工裝，測(cè)量熱處理后鑄件的開(kāi)口部位張口變形量為1.3mm，收口變形量為1mm，性能σ b=340MPa, δ 5=15%,滿足工序間尺寸要求和設(shè)計(jì)性能要求。
[0047]實(shí)施例3:為本發(fā)明最佳實(shí)施例[0048]第一步，安裝工裝:鑄件兩端安裝堵盤(pán)工裝，堵盤(pán)結(jié)構(gòu)形式如圖3。敞口部位安裝三道卡箍，規(guī)定了三道卡箍的位置，前端卡箍6距前端60mm位置，中間卡箍8距前端600mm位置，后端卡箍7距前端面1200mm位置。并對(duì)可調(diào)節(jié)螺栓施加預(yù)緊力，前端卡箍6要求可調(diào)節(jié)螺栓內(nèi)緊外松，后端卡箍7要求可調(diào)節(jié)螺栓外緊內(nèi)松，中端卡箍8內(nèi)外約束力一致。
[0049]第二步，確定入爐方式:選擇后端2朝下，鑄件垂直擺放。固溶采用抽底式鋁合金淬火爐。入爐方式如圖4所示。
[0050]第三步，升溫階段:選擇300°C入爐，以80°C /h的速度升至520°C，保溫0.2h。以
0.50C /min的升溫速度升至540°C。
[0051]第四步，固溶階段:鑄件在540°C保溫14h，然后以不大于IOs的轉(zhuǎn)移速度迅速轉(zhuǎn)入水中固溶，水溫要求55°C。鑄件在水中停留8min。
[0052]第五步，調(diào)節(jié)工裝:固溶后調(diào)整工裝，施加預(yù)緊力，前端要求內(nèi)緊外松，后端要求外緊內(nèi)松。此步在Ih內(nèi)完成。
[0053]第六步，時(shí)效:鑄件在空氣中自然時(shí)效8小時(shí)，然后立即轉(zhuǎn)移值烘箱進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效溫度155°C，保溫時(shí)間7.5h，出爐空氣冷卻。
[0054]拆除工裝，測(cè)量熱處理后鑄件的開(kāi)口部位張口變形量為1.2mm，收口變形量為
1.0mm,性能σ b=360MPa, δ 5=12%,滿足工序間尺寸要求和設(shè)計(jì)性能要求。
[0055]以上所述僅為本 發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，并非因此局限本發(fā)明的專利范圍，故凡是運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種薄壁馬鞍形鋁合金鑄件熱處理變形控制方法，其具體步驟為: 第一步，安裝工裝:在待處理鑄件的前端和后端安裝堵盤(pán)，敞口部位安裝二道或以上可調(diào)式的卡箍，在靠近鑄件前端、后端的部位各安裝一道卡箍，對(duì)各卡箍的可調(diào)節(jié)螺栓施加預(yù)緊力，安裝在前端的卡箍預(yù)緊力要求內(nèi)緊外松，安裝在后端的卡箍預(yù)緊力要求外緊內(nèi)松；第二步，入爐方式:后端朝下，鑄件垂直擺放； 第三步，升溫階段:選擇200~300°C入爐，以70~100°C的速度升至510~520°C，保溫0.2~0.6 h，以0.50C /min的升溫速度升至520~545°C ； 第四步，固溶階段:鑄件在520~545°C保溫8~20h，然后轉(zhuǎn)入水中固溶，水溫要求50~60°C，鑄件在水中停留5~IOmin ； 第五步，調(diào)節(jié)工裝:固溶處理后，對(duì)卡箍的可調(diào)節(jié)螺栓施加預(yù)緊力，安裝在前端的卡箍要求內(nèi)緊外松，安裝在后端的卡箍要求外緊內(nèi)松，此步要求在Ih內(nèi)完成； 第六步，時(shí)效:鑄件在空氣中自然時(shí)效7~9 h，然后進(jìn)行人工時(shí)效，要求溫度140~170°C，保溫時(shí)間6~10h，出爐冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄壁馬鞍形鋁合金鑄件熱處理變形控制方法，其特征在于，第一步中，安裝三道可調(diào)式的卡箍，除在靠近鑄件前端、后端的部位各安裝一道卡箍外，在鑄件中部安裝再一道卡箍；其中安裝在中部的卡箍的預(yù)緊力內(nèi)外約束力值一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄壁馬鞍形鋁合金鑄件熱處理變形控制方法，其特征在于，第一步中，所述堵盤(pán)為 帶通孔凸臺(tái)的盤(pán)體，凸臺(tái)高20_并帶有2_的斜度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的薄壁馬鞍形鋁合金鑄件熱處理變形控制方法，其特征在于， 在第三步中，選擇300°C入爐，以80°C /h的速度升至520°C，保溫0.2h ;以0.5°C /min的升溫速度升至540°C ； 在第四步中，鑄件在540°C保溫14h，然后以不大于IOs的轉(zhuǎn)移速度迅速入水，水溫要求55°C，鑄件在水中停留8min ； 在第六步中，進(jìn)行人工時(shí)效要求溫度155°C，保溫時(shí)間7.5h。
【文檔編號(hào)】C22F1/04GK103834883SQ201210473191
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月20日
【發(fā)明者】賀曉軍, 何智勇, 尤逢海, 劉洋, 姚為, 胡曉雪, 吳凱 申請(qǐng)人:北京航星機(jī)器制造公司