6铝合金筒形件旋压成形工艺及其组织性能的研究016毛柏平王振生沈健,(北京有色金属研究总院加工工程研究中心北京100088)摘形件1铝合金特种筒形件要:在ZM立式旋压机上采用正反旋相结合的成形工艺制备了606,、,,并分析了其变形前后组织与性能的变化试验结果表明旋压成形获得了所需尺寸规格的特种筒,,旋压变形后其显微组织细小均匀6061铝合金;,综合力学性能得到提高关健词:旋压;断裂韧性1前言1铝合金是以镁和硅为主要合金元素066,Zs相为强化相的铝合金并以Mgi,,属成于热处理可强化合金]2用电器等多方面l。。合金具有中等强度。,耐蚀性能高、无应力腐蚀破裂倾向,]形性和工艺性能良好等优点[’已广泛应用于现代建筑交通运输所示,、兵器、装饰和家1铝合金特种筒形件在某使用环境下的606,如图,1属于两端带有内外法),兰的超长容器筒体(L约3000mm,Dl约65、0rnrnd5约2们n们n设计要求,:为提高。该筒形件的寿命和使用安全性的要求法,,,必须保持内外法兰和筒体的整体性,不能存在焊缝]3尽管我国目前具备挤压生产直径620mm筒形件l但是内。、外法兰的存在及其整体。挤压工艺无法满足该特种筒形件的成形要求,采用锻造再机械加工的方成本高而选择无屑加工需要大吨位的锻造设备,加工风险大,、金属损失多。,的旋压工艺既可以节省原材料又提高了成形可靠性旋压是用于成形薄壁空心回转体零件的一种金属压力加工方法或杆棒等工具作进给运动,。它是借助旋轮,加压于随芯模沿同一轴线旋转的金属毛坯15。使其产生连,4续的局部塑性变形而成为所需空心回转体零件[旋压应用广阔。,已广泛应用于机械、化工、电器、航空,、]6航天以及其他许多工艺领域l目前国内能旋压筒形件最大直径为中302~.5能旋压的壁厚0~士03~一巧~土0.’~,]7材料以高强度钢为主l,但是还未见有文献报导旋压两端带有内外法兰的超长容器筒体件。本文试验研究该特种筒形件的旋压成形工艺及其组织性能2。试验方法根据所需特种筒形件的尺寸规格,按体积不变原理计算出旋坯的尺寸规格,。。锻造工艺采用竖锻组织与性能坯,,、横锻与斜锻相结合锻造比约为6,,,保证锻造后的材料具有适当的1铝合金实心圆柱锻造出606,同时防止锻造裂纹提高坯料的可旋性。退火处理后机械加工成旋压管坯切取料环固溶时效热处理后做检测样与旋压变形热处理后的组织与性能对比分析旋压变形后将筒形件进行尺寸样分析检测,。、探伤检验以及固溶时效热处理6℃进行人工时效在15,,将筒体解剖取。2℃固溶处理温度55,4小时保温1采用光学金相显微镜观察织腐蚀剂进行腐蚀性能进行检测3.13。。6061铝合金在固溶时效后锻造态和旋压态的金相组,观察试样经过砂纸粗抛后电解抛光采用一HF:HcL:HN03:,HZo=2:3:5:190比例的常规拉伸力学按照GB厅228202标准检测分别对周向和轴向的结果与讨论旋压工艺方案的确定将实心锻坯机械加工成带内外法兰的旋压管坯(如图2中的7所示)模具设计。为变截面的模具(如图2中的6所示)70度为1,模具下端直径与筒形件内径匹配1700,长度为旋,压机的最大旋压行程(旋压的变形范围)~,反旋时作为导向段。~,上端直径与内法兰内径吻合长在北京有色金属研究总院ZM立式旋压机上进行旋压变形试验,该旋压机是我国最大的立式旋压机之一设计能力可旋压直径为中002三旋轮保持在同一平面对坯料逐点压下,,而模具做轴向进给运动~的筒形件旋压变形时,。,通过壁厚的减薄。获得长度的延伸。普通的筒形件旋压可以通过换向上、下端,刃mm长的筒形件旋压出30《,由于、特种筒形件有上旋结合的工艺,、下法兰,无法换向旋压变形mm通过设计变截面模具。,采用正反确保延伸到s00,,长,图2为旋压变形装置示意图,在旋压变形过程此需要大直径旋轮当旋轮接近下法兰时,容易产生刮蹭,,,造成外法兰损伤。因。同时改造旋轮压盖等配套装置确保M妻L(见图3中的左图)50℃加热时预热模具到3,采用热旋开坯冷旋成形保证厚壁坯料变形均匀料加热到300℃,。,坯右边为模具预热时坯料呈吊挂状态左边为正旋开始。,待筒形件变;形延伸到模具底部时拆卸上端固定盖进行反旋延伸区畸变增大为了避免a过大导致工件变形同时防止aa使旋轮前隆起和堆积增大,,降低工件的准确度和表面质量,8过小使旋轮和毛坯的接触面积增大产生扩径1选择旋轮成形角见图3中为30(。的右图)进给率。f控制在。.8一12m0TI材ir、范围内,延伸到模具顶部将获得3000,带内外法兰的筒形件脱模后经尺寸探伤检测均达到设计要求~长.23旋压变形前后显徽组织的比较图4为,6061铝合金锻造态和旋压态的金相组织(取横截面试样观察)o一200,,从图中可以看出锻造后的晶粒直径大小为ro晶粒得到细化,。阿,而旋压变形后的晶粒直径为,03~05,娜,熔铸的实心铸锭。热锻过程中在坯料内外层将会产生温,度差容易导致锻造裂纹出现,为保证锻造后的材料具有适当的组织和性能,同时。防止锻造裂纹出现铸锭的变形程度受到壁厚相对铸锭半径减小,锻造后的显微组织相对比较粗大而在旋压空心管坯中,内外层温差小,,并且在同一平面的。三旋轮对坯料逐点压下近似点接触,多道次变形。变形程度累计达到70%以上变形程度的增大,将较大程度的细化晶粒.33旋压变形前后力学拉伸性能的比较表11铝合金经过1铝合金室温力学拉伸试验结果从表中可以看出606是606,,,旋压变形后抗拉强度与屈服强度变化很小而延伸率和断面收缩率获得较大提高衰试16肠1。,。侣合金室沮力学拉伸试脸结果脚MPa31993223177样周向oa2MPla6少%)(128%)叨(2ll22锻造T态6状态283328662755轴向旋压T6状态周向13416137轴向3252833176S系合金由于6061铝合金属于AlMgi一一。,Zi系合金的强i对A析出相MgSlMgS一一]9化效果起决定性作用根据铝合金的固溶时效强化机理可知l:时效强化的效果决定,于合金的成分、固溶的本性,、过饱和度、分解特性和强化相本性。而对同一成分的,合金来说,,影响其时效强化效果的主要工艺参数有时效温度和时间以及时效前的塑性变形,淬火加热温度和淬火冷却速度1铝合金在锻造与旋压两种变形所以606。方式后采用相同的固溶时效工艺,,获得强度基本接近,,而在锻造后进行旋压变形,增加了总的变形程度相差较小变形均匀晶粒得到了细化,细小晶粒的晶粒内部和晶界附近的应变度因应力集中引起的开裂的机会少。,在相同的外力作用下,在断裂之前将承受较大的变形量.43]0所以获得较大的延伸率和断面收缩率[’旋压变形前后断裂韧性的比较由于旋压后的筒形件处于长期服役状态,为保证其使用安全。,不仅对其常规拉伸力学性能进行检测表2,还检测分析了断裂韧性的变化,为6061铝合金断裂韧性试验结果,,从表中可以看出。,经过旋压变形后,,材料的断裂韧性得到了提高增加了筒形件的使用安全性通过旋压变形细化了晶粒尺寸和显微结构晶粒越细开裂越容易受到晶界阻止,且裂纹还需要改变方向消耗能量。o根据ctern提出的公式1’]:厅,_f一4GK入yJ一22二;;模量y为裂纹穿过晶体时所做的塑性功一为锁住参数K,“式中a了为断裂应力,;G为剪切反映晶界对硬化相的贡。献;d为晶粒尺寸。从式中可以看出,断裂应力。Jf随晶粒的减小而增加所以,锻造后的旋压变形提高了材料的断裂韧性表2试6061侣合金断裂韧性试脸结果旋压轴向(L劝一样周向(-LT)291锻造-LT)轴向(3328lLT轴向()366K记IMP凡mlZ,4总结)利用现有的2米立式旋压机l,设计变截面模具采用正,、反旋相结合的工艺。,选择合理的工艺参数,能够旋压成形出300,。)230一50经过旋压变形筒形件的晶粒被细化~长的带内,、外法兰的特种筒形件10一晶粒直径尺寸从020卿变为娜,筒形件断裂韧性和塑性得到提高:参考文献]l]2[]3l肖亚庆王孟君1617一铝加工技术实用手册[M],北京:冶金工业出版社,205:16516一,甘春雷1铝合金低温快速流变行为的研究[066]J金属学热处理203,82,(6):刘静安35(5),李建湘67一,铝合金管棒型线材生产技术与装备发展概况[]J轻合金加工技术207,:[4]CCWongProTADena,JLinAreveiwonfsPinnig,sheloworfaormlngafndfunn:lng14191420一cesses[J],nIternitaon,lJoanrulaofMachineTTubesPinnools&Mano,afcture,2()3X,43)([5]5CChnaglloaysCAHunagJoSYuYybilitafAA2024alu而numnd7075a1998[J],6〕李继贞李志强余肖放我国旋压技术的现状与发展全国第十届旋压技术交流大会205:1,nrulaofMetaiarlsProeessingTeehnology,8华81):676677(一,67一17[]8[]9[l0[1王成和,刘克璋等,,M]旋压技术【北京:机械工业出版社,9816:31一41M]北京国防工业出版社陈适先贾文铎曹庚顺等强力旋压工艺与设备【《有色金属及其热处理》编写组103104一:,1986:2632一有色金属及其热处理[M]北京:北京:国防工业出版社一:9816:崔忠祈金属学与热处理[M]机械工业出版社,203:811182【川李庆芬M〕哈尔滨断裂力学及其工程应用〔:哈尔滨工程大学出版社,1998:209210一
