Analys av formningsprocessen för cylindersmide av aluminiumlegeringen 2A14

Analys av formningsprocessen för cylindersmide av aluminiumlegeringen 2A14

I rättegången produktionsprocess för smidda cylindrar av aluminiumlegeringen 2A14, antogs ett processchema för öppning av ämnet med korsuppriktningsritning, expansion av hästramen och förlängning av kärnaxeln. Ringvalsningen utfördes på en vertikal ringvalsningsmaskin och smide som uppfyllde de mekaniska prestandakraven tillverkades.

2A14 är en deformerbar aluminiumlegering som kan värmebehandlas och förstärkas, och som tillhör Al Cu Mg Si-systemet. Den har hög hållfasthet och termoplastiska egenskaper och är lämplig för tillverkning av delar med hög belastning och tjocka sektioner. Det används ofta inom områden som flyg- och rymdindustrin och civil transport. Vid tillverkning av stora cylindriska smidesjärn, på grund av fenomenet ojämn mikrostruktur, grova korn och komponentsegregering i stänger med stor diameter, konventionella smidesmetoder används för formning, vilket innebär svårigheter vid smidning genom och säkerställa kvaliteten på smidesprodukter. Genom att applicera stor plastisk deformation på göt genom smide kan mikrostrukturen och kornförädlingen förbättras, vilket förbättrar materialets omfattande mekaniska egenskaper och erhåller ett rullande ringmaterial med utmärkt mikrostruktur. Därefter kan rullringsprocessen användas för att tillverka smide som uppfyller de mekaniska prestandakraven. På grundval av vår egen teknik för valsning av djupa cylindriska smidesringar, i kombination med de inneboende processegenskaperna hos aluminiumlegeringsmaterial, har vårt företag sammanfattat en uppsättning processer för öppning av ämnen som är lämpliga för cylinderformning av aluminiumlegering. Vi har använt den största vertikala ringvalsmaskinen i Kina för att producera och framgångsrikt tillverkat 2A14 aluminiumlegering smide för cylindrar med en storlek på Φ1020mm×Φ900mm×1270mm.

1. Skick för 2A14 cylindersmide av aluminiumlegering

Råmaterialet för smidet är 2A14-göt som tillhandahålls av Southwest Aluminum Industry Co., Ltd. Råmaterialets kemiska sammansättning visas i tabell 1. Leveransstatus är T6 (fast lösning + artificiell åldring). De mekaniska prestandakraven visas i tabell 2. Dimensionerna för grovbearbetad smide visas i figur 1. Smidesvikten är relativt hög (skärvikt 1250 kg).

2. Analys av formningsprocessen för cylindersmide av aluminiumlegeringen 2A14

Den traditionella tillverkningsmetoden för cylindersmide är att använda fri smidesformning. Det är svårt för stora stänger att uppnå en fin och enhetlig struktur, och det är nödvändigt att använda tillräcklig plastisk deformation under öppningen av stången för att omvandla den gjutna strukturen till en enhetlig och fin struktur som är lämplig för efterföljande smidesbearbetning och därigenom förbättra materialets omfattande mekaniska egenskaper. Hur man maximerar mängden deformation och förfinar mikrostrukturen är därför en nyckelprocess för öppningen av stora cylindersmide av aluminiumlegering. Forskning har visat att den stora plastiska deformationsmetoden (SPD) avsevärt kan förfina kornstorleken och kraftigt förbättra materialets styrka och seghet. Denna metod befinner sig dock för närvarande i det experimentella forskningsstadiet. För formning av cylinderdelar av aluminiumlegering studerade Zhang Wenwen et al. öppningsprocessen för stora 2219 aluminiumlegeringar med hjälp av flerriktad smide. Gjutgodset utsattes för upprörning och förlängningsdeformation i tre riktningar, och formningen av stora ringämnen uppnåddes genom att hästramen expanderade. I industriell produktion kan användningen av korsförskjutning och ritning med tillräcklig deformation eliminera riktningen för aluminiumlegeringens struktur och egenskaper, förbättra enhetligheten i struktur och egenskaper och förbättra produktens övergripande prestanda. Processen är enkel och kostnaden är låg.

Tabell.1 Kemisk sammansättning av råmaterial (massfraktion,%)

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

Tabell.2 Krav på mekaniska egenskaper för cylindersmide av aluminiumlegeringen 2A14

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

Figur.1 Dimensionsritning av smidesdetaljer
I provproduktionsprocessen för smide av 2A14-cylinder användes en kombination av tvärförskjutning, expansion av hästram och töjning av dorn för att öka smidesförhållandet och deformationen i de tre riktningarna vertikal och horisontell höjd och därigenom förbättra produktens övergripande prestanda. Det specifika processflödet för tillverkning av 2A14 cylindersmide är: kapning → slipning → tillverkning av göt → bearbetning av inre hål → expanderande hål för hästram → förlängning av dorn → ringvalsning → värmebehandling → prestandatestning → mekanisk bearbetning. Den initiala smidestemperaturen är 470 ℃ och den slutliga smidestemperaturen är kontrollerad över 370 ℃. Billeten producerades med hjälp av en korsupprörd ritningsmetod på en 36MN hydraulisk press, med en total deformation på 265%. Det schematiska diagrammet för tillverkning av billets visas i figur 2. Den tvärgående upprörande deformationen ökar götets deformationsgrad, vilket säkerställer enhetligheten i götdeformationen. Under smidesprocessen ändras ofta kontaktytan mellan göt och hammarhuvud och det nedre städet, vilket inte kommer att orsaka överdriven lokal temperaturminskning och därmed minska risken för sprickor på ändytan.
Efter korssättning och ritning av ringämnet kyls det och bearbetas med ett inre hål. Ringämnet placeras sedan i en värmeugn för uppvärmning, och ringmaterialet för valsning av ringen tillverkas genom att expandera hålet på en hästram (med en total deformation på 10%) och förlänga kärnaxeln (med en total deformation på 20%). Därefter värms materialet upp för andra gången och valsas på en 2300 mm vertikal ringvalsmaskin. Den radiella matningshastigheten för ringvalsmaskinen är (0,6-0,7) mm/s, och deformationen är 49%. Värmebehandlingen antar T6 (solid lösning + artificiell åldrande) behandling, och den specifika metoden är: isolering vid 500 ℃ i 4 timmar, vattenkylning; 160 ℃ isolering i 7 timmar, luftkyld. Såg ett 120 mm prov i ena änden av cylindern för fysisk och kemisk testning och bearbeta det sedan till önskad storlek.

3. Analys av resultaten av provproduktionen av 2A14 cylindersmide

De yttre måtten på cylindersmidesprovet som produceras enligt ovanstående processplan uppfyller bearbetningskraven, och inspektionsresultaten uppfyller kraven i ultraljudstestmetoder för smidda aluminium- och magnesiumlegeringsprodukter (GB / T6519-2013). Skär testmaterialet från ringämnet och ta prover i tre riktningar: axiell, radiell och tangentiell. Provtagningspositionerna visas i figur 3. Provresultaten för mekanisk prestanda visas i tabellerna 3 till 5, och de mekaniska egenskaperna uppfyller kraven. Det uppmätta hårdhetsvärdet är 130HBW.

4. Slutsats

(1) Den korsande upprörande ritningen, hästramens expansion och mandelförlängningsprocessschemat för 2A14 aluminiumlegerings cylindrisk smide har tillräcklig deformation, vilket bidrar till att förfina strukturen, förbättra materialets mekaniska egenskaper i olika riktningar och erhålla bra rullande ringämnen.

Figur.2 Schematiskt diagram över smidning av billett

Figur.3 Schematiskt diagram över provtagningsplatsen

Tabell.3 Provningsresultat för tangentiella mekaniska egenskaper hos smide

	Provtagningsplats och riktning	Rm/MPa	Rp0.2/MPa	A(%)
Standardvärde	Porträtt	≥410	-	8-14
Testvärde	Längsgående 0 °.	435	330	13. 5
	Längsgående 90 °	430	330	8. 5
	Vertikal 180 °	420	295	11
	Vertikal 270 °	420	300	10

Tabell.4 Provningsresultat för axiella mekaniska egenskaper hos smide

	Provtagningsplats och riktning	Rm/MPa	A(%)
Standardvärde	Horisontell genom bredd (axiell)	≥355	4-14
Testvärde	Axiell 0 °	425	11
	Axial 90 °	430	12
	Axiell 180 °	415	11.5
	Axiell 270 °	415	10

Tabell.5 Inspektionsresultat av smidens radiella mekaniska egenskaper

	Provtagningsplats och riktning	Rm/MPa	A(%)
Standardvärde	Horisontellt efter tjocklek (radiellt)	≥335	3-14
Testvärde	Radiell 0 °	385	4
	Radiell 90 °	390	4
	Radiell 180 °	365	4.5
	Radiell 270 °	375	4.5

(2) Ringämnet efter öppning tillverkas av den vertikala ringvalsmaskinen med det högsta trycket i Kina. De mekaniska egenskaperna hos smidet uppfyller konstruktionskraven. Användningen av ringvalsningsteknik kan lösa problemet med mekaniska egenskaper som inte kan uppfylla de krav som ställs av traditionell fri smidesring delar och kan uppfylla kraven för flyg- och rymdkomponenter när det gäller ringstrukturens prestanda, enhetlighet och satsstabilitet.

Författare: Liu Zhi