LC4铝合金复杂截面环形件的超塑性成形方法

摘要

本发明公开了一种LC4铝合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，其步骤为：将LC4铝合金加热至460±10℃保温2小时，水冷；再加热至380±10℃保温6小时，水冷；将该合金加热到200±10℃，经变形量≥80％的锻造变形后，在460±10℃保温30分钟，水冷，得到细晶的LC4铝合金坯料；再加热到锻造温度，经镦粗、冲孔、平高度，得到该合金环坯；在480～510℃的温度下，以最大为2.6mm/s的进给速度轧制成形，获得LC4铝合金复杂截面环形件。该方法能使LC4铝合金在成形过程中处于超塑性状态，从而获得性能和尺寸均符合要求的LC4铝合金复杂截面环形件。该环形件主要作为连接环、轴承环等被广泛地用于航空、航天等工业领域的机械装备上。

说明书

技术领域

本发明涉及了一种超塑性成形方法，特别是涉及了一种LC4铝合金复杂截 面环形件的超塑性成形方法。

背景技术

复杂截面环形件作为连接、回转支承环、轴承环等被广泛地用于航空、航 天、工程机械、风力发电、石油化工等工业领域的大型机械装备上。这类环件 服役条件苛刻，对其使用性能要求较高，而且环形件结构复杂，采用传统的成 形方法很难同时满足环形件的性能和尺寸要求。

超塑性成形技术由于具有变形抗力低、材料塑性高、可以一次精密成形复 杂零件等优点而在航空、航天等领域获得广泛的应用。目前，对于LC4铝合金 超塑性的研究，仅限于材料的拉伸试验中；而在环轧领域中，对LC4铝合金复 杂截面环形件的超塑性成形尚未见到报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用细小均匀晶粒的LC4铝合金坯料 来实现LC4铝合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，该坯料在一定的应变速 率和温度范围内能使LC4铝合金处于超塑性状态，从而在较小的压力下，获得 性能和尺寸均符合要求的LC4铝合金复杂截面环形件。

为解决上述技术问题，本发明所述LC4铝合金复杂截面环形件的超塑性成 形方法，其技术方案包括以下步骤：

(1)按一定规格将LC4铝合金下料成棒材；

(2)将上述LC4铝合金进行晶粒细化处理，制备细晶的LC4铝合金坯料；

(3)将上述LC4铝合金坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度， 制成LC4铝合金环坯；

(4)对上述LC4铝合金环坯进行超塑性成形，得到LC4铝合金复杂截面 环形件。

上述步骤(2)所述对LC4铝合金晶粒细化处理的方法为：在盐浴中，将 LC4铝合金棒料加热到460±10℃保温2小时，水冷；将LC4铝合金棒料重新置 于盐浴中，加热到380±10℃保温6小时，水冷；在加热炉中，将LC4铝合金棒 料加热到200±10℃，到温后，对其进行变形量≥80％的锻造变形，锻后空冷； 再将其加热到460±10℃，保温30分钟，水冷，获得细晶的LC4铝合金坯料。

上述步骤(3)所述LC4铝合金环坯的高度应与最终成形的LC4铝合金复 杂截面环形件高度相同。

上述步骤(4)所述超塑性成形的过程为：先对LC4铝合金环坯进行包套处 理，使后续锻造处于相对恒定的温度下；将LC4铝合金环坯加热至510℃，保 温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的主辊转速调至1.0rad/s，在480℃～510℃ 的温度下，以最大为2.6mm/s的进给速度将所述LC4铝合金坯料经轧制成形， 获得LC4铝合金复杂截面环形件。

进一步地，最大进给速度的计算方式如下：

$v_0=\frac{\mathrm{ϵV}}{{(1-\mu )}^2{v}_1\mathrm{Rh}}$

式中，

v₀为最大进给速度；

ε为LC4铝合金超塑性变形允许的最大应变速率；

V为LC4铝合金环件的总体积；

μ为LC4铝合金在锻造温度时的摩擦系数；

v₁为主辊的转速；

R为主辊的半径；

h为环件的高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明所述的LC4铝合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，“在盐浴中， 将LC4铝合金棒料加热到460±10℃保温2小时，水冷；将LC4铝合金棒料重 新置于盐浴中，加热到380±10℃保温6小时，水冷；”能够产生粗大的η相粒子， 随后锻造时，在这些粒子周围就会产生强烈变形的、由细小位错胞构成的变形 带，能够增加后续“加热到460±10℃，保温30分钟，水冷”过程中的形核率， 使晶粒被强烈细化。经测试，该LC4铝合金的晶粒尺寸大小为6.8μm(符合LC4 铝合金超塑性要求的小于10μm)，且均匀分布。LC4铝合金经过晶粒细化处理 后，能够有效地提高材料的延伸率，降低流动应力。

经过上述晶粒细化处理的LC4铝合金在480℃～510℃的温度下，以最大 2.6mm/s的进给速度进行轧制时，应变速度的最大值为1.8×10^-3s^-1，此时，LC4 铝合金满足超塑性条件，达到了超塑性状态。经测试，此时LC4铝合金的延伸 率能够达到410～450％，能够完全满足GH4169合金复杂截面环件的成形要求。

具体实施方式

实施本发明所述的LC4铝合金复杂截面环形件的超塑性成形方法，需要提 供高温加热炉、压力机、机械手，环轧机等设备，环轧机的主辊直径为Φ860mm。 具体实施方式如下：

LC4铝合金主要化学元素含量(重量百分比)为：含Si量0.40％～0.60％、 含Fe量0.40％～0.60％、含Cu量1.40％～2.00％、含Mn量0.20％～0.60％、 含Mg量1.80％～2.80％、含Cr量0.1％～0.25％、含Zn量5.00％～7.00％、 余量为Al。

LC4铝合金复杂截面环形件的超塑性成形工艺步骤如下：

按一定规格将LC4铝合金下料成棒材；在盐浴中，将所述LC4铝合金棒料 加热到460±10℃保温2小时，水冷；将LC4铝合金棒料重新置于盐浴中，加热 到380±10℃保温6小时，水冷；在加热炉中，将LC4铝合金棒料加热到200±10 ℃，到温后，对其进行变形量≥80％的锻造变形，锻后空冷；再将其加热到460±10 ℃，保温30分钟，水冷，获得细晶的LC4铝合金坯料。再将所述LC4铝合金 坯料，加热到锻造温度后，经镦粗、冲孔、平高度，制成LC4铝合金环坯，该 环坯的高度与最终成形的LC4铝合金复杂截面环形件高度相同。

对所述LC4铝合金环坯进行包套处理，使后续锻造处于相对恒定的温度下； 将LC4铝合金环坯加热至510℃，保温一段时间后，装入环轧机；将轧环机的 主辊转速调至1.0rad/s，在480℃～510℃的温度下，以最大为2.6mm/s的进给速 度将所述LC4铝合金坯料经轧制成形，获得LC4铝合金复杂截面环形件。

上述最大进给速度的计算方式如下：

$v_0=\frac{\mathrm{ϵV}}{{(1-\mu )}^2{v}_1\mathrm{Rh}}$

式中，

v₀为最大进给速度；

ε为LC4铝合金超塑性变形允许的最大应变速率；

V为LC4铝合金环件的总体积；

μ为LC4铝合金在锻造温度时的摩擦系数；

v₁为主辊的转速；

R为主辊的半径；

h为环件的高度。