Analisi del processo di formatura per i forgiati di cilindri in lega di alluminio 2A14

Analisi del processo di formatura per i forgiati di cilindri in lega di alluminio 2A14

Nel processo processo di produzione di cilindri forgiati in lega di alluminio 2A14È stato adottato uno schema di processo di apertura del grezzo che prevede l'imbutitura trasversale, l'espansione del telaio del cavallo e l'allungamento dell'albero centrale. La produzione di laminazione ad anello è stata effettuata su un laminatoio ad anello verticale e sono stati prodotti fucinati che soddisfano i requisiti di prestazione meccanica.

La 2A14 è una lega di alluminio deformabile che può essere trattata termicamente e rinforzata, appartenente al sistema Al Cu Mg Si. Ha elevate proprietà di resistenza e termoplastiche ed è adatta alla produzione di parti ad alto carico con sezioni spesse. È ampiamente utilizzata in settori come quello aerospaziale e dei trasporti civili. Per la produzione di fucinati cilindrici di grandi dimensioni, a causa del fenomeno della microstruttura non uniforme, dei grani grossolani e della segregazione dei componenti in barre di grande diametroPer la formatura si utilizzano i metodi di forgiatura convenzionali, il che pone delle difficoltà nella forgiatura attraverso e garantire la qualità dei forgiati. Applicando una grande deformazione plastica al lingotto attraverso la forgiatura, è possibile migliorare la microstruttura e la raffinatezza dei grani, migliorando così le proprietà meccaniche complessive del materiale e ottenendo un materiale per anelli di laminazione con una microstruttura eccellente. Il processo di laminazione ad anello può quindi essere utilizzato per produrre fucinati che soddisfano i requisiti di prestazione meccanica. Sulla base della nostra tecnologia di laminazione ad anello per forgiatura cilindrica profonda, combinata con le caratteristiche di processo intrinseche dei materiali in lega di alluminio, la nostra azienda ha riassunto una serie di processi di apertura dello spezzone adatti alla formatura di cilindri in lega di alluminio. Abbiamo utilizzato la più grande macchina di laminazione ad anello verticale della Cina per produrre e realizzare con successo Lega di alluminio 2A14 forgiati per cilindri con una dimensione di Φ1020mm×Φ900mm×1270mm.

1. Condizioni del 2A14 forgiati per cilindri in lega di alluminio

La materia prima per la forgiatura è un lingotto 2A14 fornito dalla Southwest Aluminum Industry Co. La composizione chimica della materia prima è riportata nella Tabella 1. Lo stato di fornitura è T6 (soluzione solida+invecchiamento artificiale). I requisiti delle prestazioni meccaniche sono riportati nella Tabella 2. Le dimensioni dei pezzi grezzi lavorati forgiati sono mostrati nella Figura 1. Il peso della forgiatura è relativamente elevato (peso di taglio 1250 kg).

2. Analisi del processo di formatura dei forgiati per cilindri in lega di alluminio 2A14

Il metodo di produzione tradizionale per i forgiati di cilindri prevede la formatura per forgiatura libera. Per le barre di grandi dimensioni è difficile ottenere una struttura fine e uniforme, ed è necessario utilizzare una sufficiente deformazione plastica durante l'apertura della billetta per trasformare la struttura grezza in una struttura uniforme e fine adatta alla successiva lavorazione di forgiatura, migliorando così le proprietà meccaniche complessive del materiale. Pertanto, il modo in cui massimizzare la quantità di deformazione e affinare la microstruttura è un processo chiave per l'apertura di cilindri forgiati in lega di alluminio di grandi dimensioni. La ricerca ha dimostrato che il metodo della grande deformazione plastica (SPD) può affinare in modo significativo la dimensione dei grani e migliorare notevolmente la resistenza e la tenacità del materiale. Tuttavia, questo metodo è attualmente in fase di ricerca sperimentale. Per la formatura di parti di cilindri in lega di alluminio, Zhang Wenwen et al. hanno studiato il processo di apertura del grezzo di una lega di alluminio 2219 di grandi dimensioni utilizzando la forgiatura multidirezionale. I pezzi fusi sono stati sottoposti a sollevamento e deformazione di allungamento in tre direzioni, e la formatura di pezzi grezzi ad anello di grandi dimensioni è stata ottenuta attraverso l'espansione del telaio del cavallo. Nella produzione industriale, l'uso del sollevamento trasversale e dell'imbutitura con una deformazione sufficiente può eliminare la direzionalità della struttura e delle proprietà della lega di alluminio, migliorare l'uniformità della struttura e delle proprietà e migliorare le prestazioni complessive del prodotto. Il processo è semplice e il costo è basso.

Tabella.1 Composizione chimica delle materie prime (frazione di massa, %)

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

Tabella.2 Requisiti delle proprietà meccaniche per i forgiati per cilindri in lega di alluminio 2A14

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

Figura.1 Disegno dimensionale dei pezzi forgiati
Nel processo di produzione di prova dei fucinati per cilindri 2A14, è stata utilizzata una combinazione di imbutitura trasversale, espansione del telaio del cavallo e allungamento del mandrino per aumentare il rapporto di forgiatura e la deformazione nelle tre direzioni di altezza verticale e orizzontale, migliorando così le prestazioni complessive del prodotto. Il flusso di processo specifico per la produzione di fucinati per cilindri 2A14 è il seguente: taglio → rettifica → produzione di billette → lavorazione del foro interno → espansione del foro del telaio del cavallo → allungamento del mandrino → laminazione ad anello → trattamento termico → test delle prestazioni → lavorazione meccanica. La temperatura iniziale di forgiatura della billetta è di 470 ℃ e la temperatura finale di forgiatura è controllata sopra i 370 ℃. La billetta è stata prodotta con un metodo di imbutitura a croce su una pressa idraulica da 36MN, con una deformazione complessiva di 265%. Il diagramma schematico della produzione della billetta è riportato nella Figura 2. La deformazione incrociata aumenta il grado di deformazione del lingotto, garantendo l'uniformità della deformazione del lingotto. Durante il processo di forgiatura, la superficie di contatto tra la billetta e la testa del martello e l'incudine inferiore cambia spesso, il che non provoca un'eccessiva riduzione della temperatura locale, riducendo così il rischio di cricche sulla faccia terminale.
Dopo l'imbutitura trasversale e l'imbutitura dell'anello grezzo, questo viene raffreddato e lavorato con un foro interno. L'anello grezzo viene quindi posto in un forno di riscaldamento per essere riscaldato e il materiale per la laminazione dell'anello viene realizzato espandendo il foro su un telaio di cavallo (con una deformazione complessiva di 10%) e allungando l'albero centrale (con una deformazione complessiva di 20%). Quindi, il materiale viene riscaldato per la seconda volta e laminato su un laminatoio ad anello verticale da 2300 mm. La velocità di avanzamento radiale del laminatoio ad anello è di (0,6-0,7) mm/s e la deformazione è di 49%. Il trattamento termico adotta il trattamento T6 (soluzione solida+invecchiamento artificiale) e il metodo specifico è: isolamento a 500 ℃ per 4 ore, raffreddamento ad acqua; isolamento a 160 ℃ per 7 ore, raffreddamento ad aria. Tagliare un campione di 120 mm a un'estremità del cilindro per effettuare test fisici e chimici, e poi lavorarlo alla dimensione richiesta.

3. Analisi dei risultati della produzione di prova di forgiati per cilindri 2A14

Le dimensioni esterne dei cilindri forgiati di prova prodotti secondo il piano di processo di cui sopra soddisfano i requisiti di lavorazione e i risultati dell'ispezione soddisfano i requisiti dei metodi di prova a ultrasuoni per i prodotti in lega di alluminio e magnesio battuti (GB/T6519-2013). Tagliare il materiale di prova dal grezzo dell'anello e prelevare campioni in tre direzioni: assiale, radiale e tangenziale. Le posizioni di campionamento sono mostrate nella Figura 3. I risultati dei test di prestazione meccanica sono riportati nelle tabelle da 3 a 5 e le proprietà meccaniche soddisfano i requisiti. Il valore di durezza misurato è 130HBW.

4. Conclusione

(1) Lo schema del processo di imbutitura a croce, espansione del telaio del cavallo e allungamento del mandrino per la forgiatura cilindrica della lega di alluminio 2A14 presenta una deformazione sufficiente, che favorisce l'affinamento della struttura, il miglioramento delle proprietà meccaniche del materiale in diverse direzioni e l'ottenimento di buoni sbozzi di anelli di laminazione.

Figura.2 Schema della billetta da forgiare

Figura.3 Schema del luogo di campionamento

Tabella 3 Risultati dei test sulle proprietà meccaniche tangenziali dei pezzi fucinati

	Posizione e direzione del campionamento	Rm/MPa	Rp0.2/MPa	A(%)
Valore standard	Ritratto	≥410	-	8-14
Valore del test	Longitudinale 0 °	435	330	13. 5
	Longitudinale 90 °	430	330	8. 5
	Verticale 180 °	420	295	11
	Verticale 270 °	420	300	10

Tabella.4 Risultati delle prove sulle proprietà meccaniche assiali dei pezzi forgiati

	Posizione e direzione del campionamento	Rm/MPa	A(%)
Valore standard	Orizzontale per larghezza (assiale)	≥355	4-14
Valore del test	Assiale 0 °	425	11
	Assiale 90°	430	12
	Assiale 180°	415	11.5
	Assiale 270 °	415	10

Tabella 5 Risultati dell'ispezione delle proprietà meccaniche radiali dei pezzi forgiati

	Posizione e direzione del campionamento	Rm/MPa	A(%)
Valore standard	Orizzontale per spessore (radiale)	≥335	3-14
Valore del test	Radiale 0 °	385	4
	Radiale 90°	390	4
	Radiale 180 °	365	4.5
	Radiale 270 °	375	4.5

(2) L'anello grezzo dopo l'apertura viene prodotto dalla macchina di laminazione verticale ad anello con la più alta pressione in Cina. Le proprietà meccaniche della forgiatura soddisfano i requisiti di progetto. L'utilizzo della tecnologia di laminazione ad anello può risolvere il problema delle proprietà meccaniche che non possono soddisfare i requisiti imposti dalla tecnologia tradizionale. anello di forgiatura e può soddisfare i requisiti dei componenti aerospaziali per quanto riguarda le prestazioni della struttura ad anello, l'uniformità e la stabilità del lotto.

Autore: Liu Zhi