Analyse du processus de formage des pièces forgées de cylindre en alliage d'aluminium 2A14

Analyse du processus de formage des pièces forgées de cylindre en alliage d'aluminium 2A14

Dans le procès Processus de production des pièces forgées de cylindre en alliage d'aluminium 2A14Un schéma de processus d'ouverture de l'ébauche, comprenant l'étirage par refoulement, l'expansion du cadre de cheval et l'allongement de l'arbre de noyau, a été adopté. La production d'anneaux de laminage a été réalisée sur une machine de laminage verticale, et des pièces forgées répondant aux exigences de performance mécanique ont été produites.

Le 2A14 est un alliage d'aluminium déformable qui peut être traité thermiquement et renforcé, appartenant au système Al Cu Mg Si. Il présente une résistance élevée et des propriétés thermoplastiques, et convient à la fabrication de pièces à forte charge avec des sections épaisses. Il est largement utilisé dans des domaines tels que l'aérospatiale et le transport civil. Pour la fabrication de pièces forgées cylindriques de grande taille, en raison du phénomène de microstructure inégale, de grains grossiers et de ségrégation des composants dans les pièces forgées cylindriques, les pièces forgées cylindriques de grande taille ne peuvent être fabriquées qu'à partir d'une seule pièce. barres de grand diamètrePour le formage, on utilise des méthodes de forgeage conventionnelles, ce qui pose des difficultés pour le forgeage à travers et à l'intérieur de la pièce. assurer la qualité des pièces forgées. En appliquant une importante déformation plastique au lingot par le biais du forgeage, il est possible d'améliorer la microstructure et le raffinement du grain, ce qui permet d'améliorer les propriétés mécaniques globales du matériau et d'obtenir un matériau de bague de laminage doté d'une excellente microstructure. Ensuite, le processus de bague de laminage peut être utilisé pour produire des pièces forgées qui répondent aux exigences de performance mécanique. Sur la base de notre propre technologie de laminage d'anneau de forgeage cylindrique profond, combinée aux caractéristiques de processus inhérentes aux matériaux en alliage d'aluminium, notre société a résumé un ensemble de processus d'ouverture d'ébauche adaptés au formage de cylindres en alliage d'aluminium. Nous avons utilisé la plus grande machine verticale de laminage de bagues en Chine pour produire et fabriquer avec succès des bagues en alliage d'aluminium. Alliage d'aluminium 2A14 pièces forgées pour cylindres avec une taille de Φ1020mm×Φ900mm×1270mm.

1. État de 2A14 pièces forgées pour cylindres en alliage d'aluminium

La matière première utilisée pour le forgeage est le lingot 2A14 fourni par Southwest Aluminum Industry Co, Ltd. La composition chimique de la matière première est indiquée dans le tableau 1. L'état de livraison est T6 (solution solide+vieillissement artificiel). Les exigences en matière de performances mécaniques sont indiquées dans le tableau 2. Les dimensions des pièces usinées brutes pièces forgées sont présentés dans la figure 1. Le poids du forgeage est relativement élevé (poids de coupe de 1250 kg).

2. Analyse du processus de formage des pièces forgées de cylindre en alliage d'aluminium 2A14

La méthode traditionnelle de fabrication des pièces forgées pour cylindres consiste à utiliser le formage par forgeage libre. Il est difficile pour les barres de grande taille d'obtenir une structure fine et uniforme, et il est nécessaire d'utiliser une déformation plastique suffisante pendant l'ouverture des billettes pour transformer la structure brute de coulée en une structure uniforme et fine adaptée au traitement de forgeage ultérieur, améliorant ainsi les propriétés mécaniques globales du matériau. Par conséquent, la façon de maximiser l'ampleur de la déformation et d'affiner la microstructure est un processus clé pour l'ouverture des pièces forgées de cylindres en alliage d'aluminium de grande taille. La recherche a montré que la méthode de déformation plastique à grande échelle (SPD) permet d'affiner considérablement la taille des grains et d'améliorer grandement la résistance et la ténacité du matériau. Toutefois, cette méthode en est encore au stade de la recherche expérimentale. Pour le formage des pièces cylindriques en alliage d'aluminium, Zhang Wenwen et al. ont étudié le processus d'ouverture de l'ébauche de l'alliage d'aluminium 2219 de grande taille en utilisant le forgeage multidirectionnel. Les pièces moulées ont été soumises à un refoulement et à une déformation d'élongation dans trois directions, et la formation d'ébauches de cylindre de grande taille a été réalisée par l'expansion du cadre de cheval. Dans la production industrielle, l'utilisation du refoulement et de l'étirage croisés avec une déformation suffisante peut éliminer la directionnalité de la structure et des propriétés de l'alliage d'aluminium, améliorer l'uniformité de la structure et des propriétés, et améliorer les performances globales du produit. Le processus est simple et le coût est faible.

Tableau 1 : Composition chimique des matières premières (fraction de masse, %)

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

Tableau.2 Exigences en matière de propriétés mécaniques pour les pièces forgées de cylindre en alliage d'aluminium 2A14

	Rm/MPa	A( %)	HBW
Portrait	≥410	≥8	≥120
Transverse	≥355	≥4
Radial	≥335	≥3

Figure.1 Dessin dimensionnel des pièces forgées
Dans le processus de production expérimental des pièces forgées de cylindre 2A14, une combinaison d'étirage par refoulement, d'expansion du cadre de cheval et d'allongement du mandrin a été utilisée pour augmenter le rapport de forgeage et la déformation dans les trois directions de la hauteur verticale et horizontale, améliorant ainsi les performances globales du produit. Le processus spécifique de fabrication des cylindres forgés 2A14 est le suivant : découpage → meulage → fabrication de billettes → usinage du trou intérieur → expansion du trou du cadre de cheval → allongement du mandrin → laminage des anneaux → traitement thermique → essais de performance → traitement mécanique. La température initiale de forgeage de la billette est de 470 ℃, et la température finale de forgeage est contrôlée au-dessus de 370 ℃. La billette a été produite à l'aide d'une méthode d'emboutissage en croix sur une presse hydraulique de 36MN, avec une déformation globale de 265%. Le diagramme schématique de la production des billettes est illustré à la figure 2. La déformation par refoulement en croix augmente le degré de déformation du lingot, ce qui garantit l'uniformité de la déformation du lingot. Au cours du processus de forgeage, la surface de contact entre le lingot, la tête du marteau et l'enclume inférieure change souvent, ce qui n'entraîne pas de réduction excessive de la température locale, réduisant ainsi le risque de fissures sur la face frontale.
Après le refoulement et l'emboutissage de l'ébauche de bague, celle-ci est refroidie et usinée avec un trou intérieur. L'ébauche d'anneau est ensuite placée dans un four de chauffage pour être chauffée, et le matériau de l'anneau pour le laminage de l'anneau est fabriqué en élargissant le trou sur un cadre de cheval (avec une déformation globale de 10%) et en allongeant l'arbre du noyau (avec une déformation globale de 20%). Ensuite, le matériau est réchauffé pour la deuxième fois et laminé sur une machine de laminage à anneaux verticale de 2300 mm. La vitesse d'avance radiale de la machine est de (0,6-0,7) mm/s, et la déformation est de 49%. Le traitement thermique adopte le traitement T6 (solution solide+vieillissement artificiel), et la méthode spécifique est la suivante : isolation à 500 ℃ pendant 4 heures, refroidissement à l'eau ; isolation à 160 ℃ pendant 7 heures, refroidissement à l'air. Sciez un échantillon de 120 mm à l'une des extrémités du cylindre pour effectuer des tests physiques et chimiques, puis usinez-le à la taille requise.

3. Analyse des résultats des essais de production de pièces forgées pour cylindres 2A14

Les dimensions extérieures des essais de forgeage des cylindres produits selon le plan de traitement ci-dessus répondent aux exigences de traitement, et les résultats de l'inspection répondent aux exigences des méthodes d'essai par ultrasons pour les produits en alliage d'aluminium et de magnésium corroyés (GB/T6519-2013). Découpez le matériau d'essai dans l'ébauche de bague et prélevez des échantillons dans trois directions : axiale, radiale et tangentielle. Les positions d'échantillonnage sont indiquées à la figure 3. Les résultats des essais de performance mécanique sont présentés dans les tableaux 3 à 5, et les propriétés mécaniques sont conformes aux exigences. La valeur de dureté mesurée est de 130HBW.

4. Conclusion

(1) Le schéma du processus de forgeage cylindrique de l'alliage d'aluminium 2A14 par refoulement, expansion du cadre de cheval et allongement du mandrin présente une déformation suffisante, ce qui permet d'affiner la structure, d'améliorer les propriétés mécaniques du matériau dans différentes directions et d'obtenir de bonnes ébauches d'anneaux de laminage.

Figure.2 Schéma de la billette de forgeage

Figure.3 Schéma de l'emplacement de l'échantillonnage

Tableau 3 Résultats des essais des propriétés mécaniques tangentielles des pièces forgées

	Lieu et direction de l'échantillonnage	Rm/MPa	Rp0.2/MPa	A(%)
Valeur standard	Portrait	≥410	-	8-14
Valeur du test	Longitudinal 0 °	435	330	13. 5
	Longitudinal 90 °	430	330	8. 5
	Vertical 180 °	420	295	11
	Vertical 270 °	420	300	10

Tableau 4 Résultats des essais des propriétés mécaniques axiales des pièces forgées

	Lieu et direction de l'échantillonnage	Rm/MPa	A(%)
Valeur standard	Horizontal par la largeur (axial)	≥355	4-14
Valeur du test	Axiale 0 °	425	11
	Axiale 90 °	430	12
	Axiale 180 °	415	11.5
	Axiale 270 °	415	10

Tableau 5 Résultats de l'inspection des propriétés mécaniques radiales des pièces forgées

	Lieu et direction de l'échantillonnage	Rm/MPa	A(%)
Valeur standard	Horizontal par épaisseur (radial)	≥335	3-14
Valeur du test	Radial 0 °	385	4
	Radial 90 °	390	4
	Radial 180 °	365	4.5
	Radial 270 °	375	4.5

(2) L'ébauche d'anneau après ouverture est produite par la machine de laminage d'anneau vertical avec la pression la plus élevée de Chine. Les propriétés mécaniques du forgeage répondent aux exigences de conception. L'utilisation de la technologie du laminage en anneau peut résoudre le problème des propriétés mécaniques qui ne répondent pas aux exigences imposées par les techniques traditionnelles de forgeage libre. anneau de forgeage et peut répondre aux exigences des composants aérospatiaux en matière de performance, d'uniformité et de stabilité des lots de la structure de l'anneau.

Auteur : Liu Zhi