2618A铝合金叶轮锻件的锻造方法

摘要

本申请人提供了一种2618A铝合金叶轮锻件的锻造方法：(1)下料、加热、一次锻造：坯料加热温度控制在430～440℃，锻件变形量控制在40％以下；(2)切边、水冷：切边后采用水冷，水温20～30℃；(3)二次锻造：水冷后进行二次锻造，锻件温度为常温，锻件变形量控制在2～5％；(4)固溶：530℃下保温60分钟，然后随炉升温至540℃保温10分钟，然后水冷，水冷温度为40～50℃，淬火过程水温升温≤10℃；(5)时效：固溶后需在室温下放置最少4小时，最长不超过20小时，然后在193℃下保温22小时后空冷至室温。本方法能有效减少2618A铝合金锻件的残余应力，使成品尺寸变形的问题得到了解决。

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金叶轮锻造技术领域，尤其是涉及一种2618A铝合金叶轮锻件的锻造方法。

背景技术

2618A铝合金材料是可热处理强化的Al-Cu-Mg-Fe-Ni系列合金，因硅含量较少其热强性相对较高，热态下具有高度可塑性，合金的耐蚀性尚可，可切削性尚好。用于制造内燃机活塞和在高温下工作的复杂锻件，如压气机叶轮、鼓风机叶轮等。

2618A铝合金叶轮锻件，主要用于涡轮增加系统，为受力结构件。其锻造后的锻件形状如图1所示，锻件机加工后的产品形状如图2所示。锻件主体1经过后续加工成为叶轮主体2。产品尺寸精度要求较高，如图3所示，叶轮剖面3中，中心轴孔尺寸公差≤0.007mm，两端面与中心轴孔的跳动≤0.005mm。

锻件热处理要求为固溶时效处理，锻造工艺流程一般为：下料——加热——锻造——切边——固溶——时效——表面处理——包装入库。常规的始锻温度450℃～470℃，保温系数1.5～2.0；热处理温度为锻件在530℃下保温60分钟然后水冷，水冷温度为≥60℃，然后再在193℃下保温22小时后空冷至室温。

根据上述工艺流程、锻造及热处理温度进行试制，锻件经机加工后发现中心轴孔的尺寸以及两端面的跳动远不能满足设计要求。其主要因素是锻件内部残余应力，在机加工后释放造成成品尺寸超设计要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种2618A铝合金叶轮锻件的锻造方法。本方法能有效减少2618A铝合金锻件的残余应力，使成品尺寸变形的问题得到了解决。

本发明的技术方案如下：

本申请人提供了一种2618A铝合金叶轮锻件的锻造方法，具体步骤如下：

(1)下料、加热、一次锻造：坯料加热温度控制在430～440℃，锻件变形量控制在40％以下；

(2)切边、水冷：切边后采用水冷，水温控制在20～30℃，连续生产过程水温不应超过35℃，水冷时间最少5分钟，并在2小时内完成二次锻造；

(3)二次锻造：水冷后进行二次锻造，锻件温度为常温，锻件变形量控制在2～5％；

(4)固溶：530℃下保温60分钟，然后随炉升温至540℃保温10分钟，然后水冷，水冷温度为40～50℃，淬火过程水温升温≤10℃；

(5)时效：固溶后需在室温下放置最少4小时，最长不超过20小时，然后在193℃下保温22小时后空冷至室温。

本发明有益的技术效果在于：

一次锻造的始锻温度超过440℃时，容易在锻件外表面形成一层粗晶环；但是始锻温度过低时，锻造过程材料容易开裂；并且当一次锻造的变形量过大时容易在锻件应变过渡区域(锻件成型过程，应变大的区域与相邻应变小的区域)形成大的粗晶。因此，严格控制一次锻造的温度和变形量是得到性能优良的成品的基础。

为了减少锻件的残余应力，需要获得均匀的晶粒度，一次锻造后立即水冷然后再进行2％～5％的塑形变形，这样可以改善锻件内部晶粒的尺寸大小，使锻件芯表晶粒均匀。改善后续热处理时锻件晶粒的弥散度和均匀性，避免出现晶粒粗大或分布不均。冷锻过程能使锻件晶粒细化，避免混晶，进而减少锻造残余应力。

然后再进行固溶、时效处理，能够明显减少锻件残余应力对机加工尺寸的影响，保证了中心轴孔尺寸以及端面的跳动公差，提高了设备的利用率，也提高了生产效率。

附图说明

图1为2618A铝合金叶轮锻件的结构示意图；

图2为锻件加工后的成品结构示意图；

图3为成品关键尺寸公差要求示意图；

图中，1为锻件主体，2为叶轮主体，3为叶轮剖面。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行具体描述。

实施例1

本申请人提供了一种2618A铝合金叶轮锻件的锻造方法，具体步骤如下：

(1)下料、加热、一次锻造：坯料加热温度控制在440℃，锻件变形量控制在36％；

(2)切边、水冷：切边后采用水冷，水温控制在30℃，连续生产过程水温不应超过35℃，水冷时间最少5分钟，并在2小时内完成二次锻造；

(3)二次锻造：水冷后进行二次锻造，锻件温度为常温，锻件变形量控制在5％；

(4)固溶：530℃下保温60分钟，然后随炉升温至540℃保温10分钟，然后水冷，水冷温度为50℃，淬火过程水温升温≤10℃；

(5)时效：固溶后需在室温下放置最少4小时，最长不超过20小时，然后在193℃下保温22小时后空冷至室温。

实施例2

本申请人提供了一种2618A铝合金叶轮锻件的锻造方法，具体步骤如下：

(1)下料、加热、一次锻造：坯料加热温度控制在430℃，锻件变形量控制在26％；

(2)切边、水冷：切边后采用水冷，水温控制在20℃，连续生产过程水温不应超过35℃，水冷时间最少5分钟，并在2小时内完成二次锻造；

(3)二次锻造：水冷后进行二次锻造，锻件温度为常温，锻件变形量控制在2％；

(4)固溶：530℃下保温60分钟，然后随炉升温至540℃保温10分钟，然后水冷，水冷温度为40℃，淬火过程水温升温≤10℃；

(5)时效：固溶后需在室温下放置最少4小时，最长不超过20小时，然后在193℃下保温22小时后空冷至室温。

测试例：

1、产品精度检测

对采用实施例1提供的方法加工得到的产品进行抽样检查，结果如表1所示。

表1

从表1的数据可以看到，本锻造方法制备得到的叶轮锻件，通过工艺参数的改进，能够加工出合格的产品。

2、晶相分析

通过显微组织观察发现，经过本发明锻造处理后，铝合金叶轮内部晶体已经完全再结晶，晶粒大小相似，无粗晶存在，组织中滑移线很少，表明在锻造时很好的控制了晶粒的位错和滑移。

3、机械性能检测

对采用实施例1提供的方法加工得到的产品进行机械性能测试，其平均屈服强度为423Mpa，平均拉伸强度为453Mpa，平均延伸率为9.3％。

对采用实施例2提供的方法加工得到的产品进行机械性能测试，其平均屈服强度为428Mpa，平均拉伸强度为456Mpa，平均延伸率为10.1％。

从上面的数据可以看到，当锻造加工时控制变形量比较小时，得到的产品机械性能更好。