Анализ на процеса на формоване на изковки за цилиндри от алуминиева сплав 2A14

Анализ на процеса на формоване на изковки за цилиндри от алуминиева сплав 2A14

В процеса производствен процес на изковки на цилиндри от алуминиева сплав 2A14, е възприета схема на процеса на отваряне на заготовката, състояща се от напречно разбъркване на чертежа, разширяване на рамката на коня и удължаване на сърцевината на вала. Производството на пръстеновидно валцуване е извършено на вертикална машина за пръстеновидно валцуване и са произведени изковки, отговарящи на изискванията за механични характеристики.

2A14 е деформируема алуминиева сплав, която може да се обработва термично и да се укрепва, принадлежаща към системата Al Cu Mg Si. Тя има висока якост и термопластични свойства и е подходяща за производство на високонатоварени части с дебели сечения. Тя намира широко приложение в области като космическата индустрия и гражданския транспорт. За производството на цилиндрични изковки с големи размери, поради феномена на неравномерна микроструктура, едри зърна и сегрегация на компонентите в пръти с голям диаметър, за формоване се използват конвенционални методи за коване, което създава трудности при коване през и гарантиране на качеството на изковките. Чрез прилагане на голяма пластична деформация на слитъка чрез коване може да се подобри микроструктурата и усъвършенстването на зърната, като по този начин се подобряват цялостните механични свойства на материала и се получава материал за валцовъчен пръстен с отлична микроструктура. След това процесът на валцуване на пръстени може да се използва за производство на изковки, които отговарят на изискванията за механични характеристики. Въз основа на собствената ни технология за дълбоко валцуване на пръстени за цилиндрични ковки, съчетана с присъщите характеристики на процеса на материалите от алуминиеви сплави, нашата компания е обобщила набор от процеси за отваряне на заготовки, подходящи за валцуване на цилиндри от алуминиеви сплави. Използвахме най-голямата вертикална машина за валцуване на пръстени в Китай за производство и успешно произведохме Алуминиева сплав 2A14 изковки на цилиндри с размер Φ1020mm×Φ900mm×1270mm.

1. Състояние на 2A14 изковки на цилиндри от алуминиева сплав

Суровината за изковаване е слитък 2A14, предоставен от Southwest Aluminum Industry Co., Ltd. Химическият състав на суровината е показан в таблица 1. Състоянието на доставката е Т6 (твърд разтвор+изкуствено стареене). Изискванията за механични характеристики са показани в таблица 2. Размери на грубо обработените изковки са показани на фигура 1. Теглото на коване е сравнително голямо (тегло на рязане 1250 kg).

2. Анализ на процеса на формоване на изковки за цилиндри от алуминиева сплав 2A14

Традиционният метод за производство на цилиндрични изковки е да се използва свободно коване. При прътите с големи размери е трудно да се постигне фина и равномерна структура и е необходимо да се използва достатъчна пластична деформация по време на отварянето на заготовката, за да се трансформира структурата на отливката в равномерна и фина структура, подходяща за последваща обработка при коване, като по този начин се подобряват цялостните механични свойства на материала. Ето защо начинът за максимизиране на количеството на деформацията и усъвършенстване на микроструктурата е ключов процес за отварянето на изковки на цилиндри от алуминиеви сплави с големи размери. Изследванията показват, че методът на голяма пластична деформация (SPD) може значително да прецизира размера на зърната и значително да подобри якостта и издръжливостта на материала. Въпреки това този метод понастоящем е на етап експериментални изследвания. За формоването на цилиндрични части от алуминиева сплав Zhang Wenwen и др. изследват процеса на отваряне на заготовки от алуминиева сплав 2219 с големи размери чрез многопосочно коване. Отливките са подложени на разбутване и деформация на удължение в три посоки, а формирането на заготовки за пръстени с големи размери е постигнато чрез разширяване на конска рамка. В индустриалното производство използването на напречно разбутване и изтегляне с достатъчна деформация може да премахне насочеността на структурата и свойствата на алуминиевата сплав, да подобри еднородността на структурата и свойствата и да подобри цялостните характеристики на продукта. Процесът е прост, а разходите са ниски.

Таблица.1 Химичен състав на суровините (масова фракция, %)

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ni	Zn	Ti	Ал
1	0.3	4.22	0.79	0.57	0.02	0.08	0.03	Позволетеанс

Таблица.2 Изисквания за механични свойства на изковки за цилиндри от алуминиева сплав 2A14

	Rm/MPa	A( %)	HBW
Портрет	≥410	≥8	≥120
Transverсе	≥355	≥4
Радиален	≥335	≥3

Фигура.1 Размерен чертеж на изковки
В пробния производствен процес на изковки на цилиндри 2A14 беше използвана комбинация от напречно изтегляне, разширяване на рамката на коня и удължаване на дорника, за да се увеличи съотношението на коване и деформация в трите посоки на вертикална и хоризонтална височина, като по този начин се подобри цялостната производителност на продукта. Конкретният технологичен процес за производство на изковки за цилиндри 2A14 е: рязане → шлифоване → изработване на заготовки → обработка на вътрешния отвор → разширяване на отвора на конската рамка → удължаване на дорника → валцуване на пръстена → термична обработка → изпитване на експлоатационните характеристики → механична обработка. Първоначалната температура на коване на заготовката е 470 ℃, а крайната температура на коване се контролира над 370 ℃. Заготовката е произведена по метода на кръстосано изтегляне на 36MN хидравлична преса, като общата деформация е 265%. Схемата на производството на заготовки е показана на фигура 2. Кръстосаната деформация при изтегляне на кръст увеличава степента на деформация на слитъка, като осигурява равномерност на деформацията на слитъка. По време на процеса на коване контактната повърхност между заготовката и главата на чука и долната част на наковалнята често се променя, което няма да доведе до прекомерно намаляване на локалната температура, като по този начин се намалява рискът от поява на пукнатини по крайната повърхност.
След кръстосаното разбъркване и изтегляне на заготовката на пръстена, той се охлажда и се обработва с вътрешен отвор. След това заготовката на пръстена се поставя в нагревателна пещ за нагряване и материалът за валцуване на пръстена се изработва чрез разширяване на отвора на конска рамка (с обща деформация 10%) и удължаване на сърцевинния вал (с обща деформация 20%). След това материалът се загрява за втори път и се валцува на вертикална машина за валцуване на пръстени с диаметър 2300 mm. Скоростта на радиално подаване на пръстеновидната валцовъчна машина е (0,6-0,7) mm/s, а деформацията е 49%. Топлинната обработка е Т6 (твърд разтвор+изкуствено стареене), а специфичният метод е: изолация при 500 ℃ за 4 часа, охлаждане с вода; изолация при 160 ℃ за 7 часа, охлаждане с въздух. Изпилете 120-милиметрова проба в единия край на цилиндъра за физическо и химическо изпитване, след което я обработете до необходимия размер.

3. Анализ на резултатите от пробното производство на изковки за цилиндри 2A14

Външните размери на пробните изковки на цилиндри, произведени в съответствие с горепосочения технологичен план, отговарят на изискванията за обработка, а резултатите от проверката отговарят на изискванията на Методите за ултразвуково изпитване на продукти от ковани алуминиеви и магнезиеви сплави (GB/T6519-2013). Изрежете изпитвания материал от заготовката на пръстена и вземете проби в три посоки: аксиална, радиална и тангенциална. Позициите за вземане на проби са показани на фигура 3. Резултатите от изпитването на механичните характеристики са показани в таблици 3 до 5, а механичните свойства отговарят на изискванията. Измерената стойност на твърдостта е 130HBW.

4. Заключение

(1) Схемата на процеса на изтегляне на кръста, разширяване на рамката на коня и удължаване на дорника за цилиндрично коване на алуминиева сплав 2A14 има достатъчна деформация, която благоприятства усъвършенстването на структурата, подобряването на механичните свойства на материала в различни посоки и получаването на добри заготовки за валцуване на пръстени.

Фигура.2 Схема на коване на заготовки

Фигура.3 Схематична схема на мястото за вземане на проби

Таблица.3 Резултати от изпитването на тангенциалните механични свойства на изковките

	Място и посока на вземане на проби	Rm/MPa	Rp0.2/MPa	A(%)
Стандартна стойност	Портрет	≥410	-	8-14
Стойност на теста	Надлъжно 0 °	435	330	13. 5
	Надлъжно 90 °	430	330	8. 5
	Вертикално 180 °	420	295	11
	Вертикално 270 °	420	300	10

Таблица.4 Резултати от изпитването на осовите механични свойства на изковките

	Място и посока на вземане на проби	Rm/MPa	A(%)
Стандартна стойност	Хоризонтално по ширина (аксиално)	≥355	4-14
Стойност на теста	Аксиално 0 °	425	11
	Аксиален 90 °	430	12
	Аксиално 180 °	415	11.5
	Аксиално 270 °	415	10

Таблица.5 Резултати от проверката на радиалните механични свойства на изковките

	Място и посока на вземане на проби	Rm/MPa	A(%)
Стандартна стойност	Хоризонтално по дебелина (радиално)	≥335	3-14
Стойност на теста	Радиално 0 °	385	4
	Радиално 90 °	390	4
	Радиално 180 °	365	4.5
	Радиално 270 °	375	4.5

(2) Пръстеновидната заготовка след отваряне се произвежда от вертикалната машина за валцуване на пръстени с най-високо налягане в Китай. Механичните свойства на изковката отговарят на проектните изисквания. Използването на технологията на пръстеновидно валцуване може да реши проблема с механичните свойства, които не могат да отговорят на изискванията, предизвикани от традиционното свободно ковашки пръстен и могат да отговорят на изискванията на аерокосмическите компоненти за ефективност на пръстеновидната структура, равномерност и стабилност на партидата.

Автор: Лиу Джи