Analyse van het vervormingsproces voor 2A14 aluminiumlegering cilindersmeedstukken

Analyse van het vervormingsproces voor 2A14 aluminiumlegering cilindersmeedstukken

In de proef productieproces van 2A14 aluminiumlegering cilindersmeedstukkenEr werd een processchema voor het openen van de blenk toegepast, bestaande uit kruistrekken, uitzetten van het paardenframe en uitrekken van de kernas. De ringwalsproductie werd uitgevoerd op een verticale ringwalsmachine en er werden smeedstukken geproduceerd die voldeden aan de mechanische prestatievereisten.

2A14 is een vervormbare aluminiumlegering die warmtebehandeld en versterkt kan worden en behoort tot het Al Cu Mg Si systeem. Het heeft hoge sterkte en thermoplastische eigenschappen, en is geschikt voor het vervaardigen van onderdelen met hoge belasting en dikke doorsneden. Het wordt veel gebruikt op gebieden zoals lucht- en ruimtevaart en civiel transport. Voor de productie van grote cilindrische smeedstukken, vanwege het fenomeen van ongelijke microstructuur, grove korrels en ontmenging van onderdelen in staven met grote diameterworden conventionele smeedmethoden gebruikt voor het omvormen, wat problemen oplevert bij het doorsmeden en de kwaliteit van smeedstukken waarborgen. Door grote plastische vervorming toe te passen op de ingot door te smeden, kunnen de microstructuur en korrelverfijning worden verbeterd, waardoor de uitgebreide mechanische eigenschappen van het materiaal verbeteren en een walsringmateriaal met uitstekende microstructuur wordt verkregen. Vervolgens kan het walsringproces worden gebruikt om smeedstukken te produceren die voldoen aan de mechanische prestatievereisten. Op basis van onze eigen technologie voor het walsen van diepe cilindrische smeedringen, gecombineerd met de inherente proceseigenschappen van aluminiumlegeringsmaterialen, heeft ons bedrijf een reeks blenkopeningsprocessen samengevat die geschikt zijn voor het vormen van aluminiumlegeringen tot cilinders. Wij hebben de grootste verticale ringwalsmachine in China gebruikt om te produceren en met succes vervaardigd 2A14 aluminiumlegering smeedstukken voor cilinders met een grootte van Φ1020mm×Φ900mm×1270mm.

1. Toestand van 2A14 smeedstukken van aluminiumlegering cilinders

De grondstof voor het smeden is 2A14 ingot geleverd door Southwest Aluminum Industry Co. De chemische samenstelling van de grondstof staat in tabel 1. De leveringsstatus is T6 (vaste oplossing + kunstmatige veroudering). De mechanische prestatievereisten staan in Tabel 2. De afmetingen van ruw bewerkt smeedwerk worden getoond in Figuur 1. Het smeedgewicht is relatief zwaar (snijgewicht 1250kg).

2. Analyse van het vervormingsproces voor 2A14 aluminiumlegering cilindersmeedstukken

De traditionele productiemethode voor smeedstukken voor cilinders is vrij smeden. Voor grote staven is het moeilijk om een fijne en uniforme structuur te bereiken, en het is noodzakelijk om voldoende plastische vervorming te gebruiken tijdens het openen van de billet om de structuur van het gietstuk om te zetten in een uniforme en fijne structuur die geschikt is voor de daaropvolgende smeedbewerking, waardoor de uitgebreide mechanische eigenschappen van het materiaal verbeteren. Daarom is het maximaliseren van de hoeveelheid vervorming en het verfijnen van de microstructuur een belangrijk proces voor het openen van cilinder smeedstukken van grote aluminiumlegeringen. Onderzoek heeft aangetoond dat de grote plastische vervormingsmethode (SPD) de korrelgrootte aanzienlijk kan verfijnen en de sterkte en taaiheid van het materiaal sterk kan verbeteren. Deze methode bevindt zich momenteel echter nog in de experimentele onderzoeksfase. Voor het vormen van cilinderonderdelen van aluminiumlegeringen bestudeerden Zhang Wenwen et al. het openingsproces van grote 2219 aluminiumlegeringen met behulp van smeden in meerdere richtingen. De gietstukken werden onderworpen aan stuiken en rekvervorming in drie richtingen, en het vormen van grote ringvormstukken werd bereikt door het uitzetten van het paardenframe. In de industriële productie kan het gebruik van kruiselings stuiken en trekken met voldoende vervorming de richtinggevoeligheid van de structuur en eigenschappen van aluminiumlegeringen elimineren, de uniformiteit van structuur en eigenschappen verbeteren en de algemene prestaties van het product verbeteren. Het proces is eenvoudig en de kosten zijn laag.

Tabel.1 Chemische Samenstelling van Grondstoffen (Massafractie, %)

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Ni	Zn	Ti	Al
1	0.3	4.22	0.79	0.57	0.02	0.08	0.03	Sta toe.ance

Tabel.2 Mechanische Eigenschapvereisten voor 2A14 aluminiumlegering cilindersmeedstukken

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

Figuur.1 Maattekening van Smeedstukken
In het proefproductieproces van 2A14-cilindersmeedstukken werd een combinatie van kruistrekken, uitzetten van het paardenframe en doornverlenging gebruikt om de smeedratio en vervorming in de drie verticale en horizontale hoogterichtingen te verhogen en zo de alomvattende prestaties van het product te verbeteren. De specifieke processtroom voor de productie van 2A14-cilindersmeedstukken is: snijden → slijpen → knuppel maken → binnengat bewerken → doorn verlengen → ringwalsen → warmtebehandeling → prestatietests → mechanische verwerking. De aanvankelijke smeedtemperatuur van de billet is 470 ℃, en de uiteindelijke smeedtemperatuur wordt geregeld boven 370 ℃. De billet werd geproduceerd met behulp van een 'cross upset drawing'-methode op een hydraulische pers van 36MN, met een totale vervorming van 265%. Figuur 2 toont het schematische diagram van de billetproductie. Het kruislings overstuiken van de vervorming verhoogt de vervormingsgraad van de staaf en zorgt voor de uniformiteit van de vervorming van de staaf. Tijdens het smeedproces verandert het contactoppervlak tussen de billet en de hamerkop en het onderste aambeeld vaak, waardoor er geen overmatige lokale temperatuurverlaging optreedt en het risico op scheuren in het kopvlak wordt verkleind.
Na het kruisen en trekken van de onbewerkte ring, wordt deze gekoeld en voorzien van een binnengat. De lege ring wordt vervolgens in een verwarmingsoven geplaatst om te verwarmen, en het ringmateriaal voor het walsen van de ring wordt gemaakt door het gat op een paardenframe uit te zetten (met een totale vervorming van 10%) en de kernas te verlengen (met een totale vervorming van 20%). Vervolgens wordt het materiaal voor de tweede keer opnieuw verwarmd en gewalst op een verticale ringwalsmachine van 2300 mm. De radiale voedingssnelheid van de ringwalsmachine is (0,6-0,7) mm/s, en de vervorming is 49%. De warmtebehandeling is T6 (vaste oplossing + kunstmatige veroudering) en de specifieke methode is: isolatie bij 500 ℃ gedurende 4 uur, waterkoeling; 160 ℃ isolatie gedurende 7 uur, luchtgekoeld. Zaag een monster van 120 mm aan één uiteinde van de cilinder voor fysische en chemische testen, en machinaal op de gewenste maat.

3. Analyse van proefproductieresultaten van 2A14 cilindersmeedstukken

De externe afmetingen van de volgens het bovenstaande procesplan geproduceerde smeedstukken voldoen aan de verwerkingseisen en de inspectieresultaten voldoen aan de eisen van Ultrasone testmethoden voor producten van smeedaluminium en magnesiumlegering (GB/T6519-2013). Snijd het testmateriaal van de lege ring en neem monsters in drie richtingen: axiaal, radiaal en tangentieel. De monsterposities worden getoond in Figuur 3. De testresultaten van de mechanische prestaties staan in de tabellen 3 tot 5, en de mechanische eigenschappen voldoen aan de vereisten. De gemeten hardheidswaarde is 130HBW.

4. Conclusie

(1) Het processchema voor het kruislings stuiken, de expansie van het paardenframe en de verlenging van de doorn voor het cilindrische smeden van 2A14 aluminiumlegering heeft voldoende vervorming, wat bevorderlijk is voor het verfijnen van de structuur, het verbeteren van de mechanische eigenschappen van het materiaal in verschillende richtingen en het verkrijgen van goede walsringplaatjes.

Afbeelding.2 Schematisch diagram van het smeden van billet

Figuur.3 Schematische weergave van de bemonsteringslocatie

Tabel.3 Testresultaten van tangentiële mechanische eigenschappen van smeedstukken

	Bemonsteringslocatie en -richting	Rm/MPa	Rp0.2/MPa	A(%)
Standaardwaarde	Portret	≥410	-	8-14
Testwaarde	Longitudinaal 0 °	435	330	13. 5
	Longitudinaal 90 °	430	330	8. 5
	Verticaal 180 °	420	295	11
	Verticaal 270 °	420	300	10

Tabel.4 Testresultaten van axiale mechanische eigenschappen van smeedstukken

	Bemonsteringslocatie en -richting	Rm/MPa	A(%)
Standaardwaarde	Horizontaal door breedte (axiaal)	≥355	4-14
Testwaarde	Axiaal 0 °	425	11
	Axiaal 90 °	430	12
	Axiaal 180 °	415	11.5
	Axiaal 270 °	415	10

Tabel.5 Inspectieresultaten van radiale mechanische eigenschappen van smeedstukken

	Bemonsteringslocatie en -richting	Rm/MPa	A(%)
Standaardwaarde	Horizontaal door dikte (radiaal)	≥335	3-14
Testwaarde	Radiaal 0 °	385	4
	Radiaal 90 °	390	4
	Radiaal 180 °	365	4.5
	Radiaal 270 °	375	4.5

(2) De lege ring wordt na het openen geproduceerd door de verticale ringwalsmachine met de hoogste druk in China. De mechanische eigenschappen van het smeedstuk voldoen aan de ontwerpvereisten. Het gebruik van ringwalstechnologie kan het probleem oplossen van mechanische eigenschappen die niet kunnen voldoen aan de eisen die door traditionele vrije smeedring onderdelen, en kan voldoen aan de vereisten van ruimtevaartonderdelen voor ringstructuurprestaties, uniformiteit en batchstabiliteit.

Auteur: Liu Zhi