CN104694857B - 薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段热处理变形控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段热处理变形控制方法，包括如下步骤：第一步安装工装：在工件上安装前后堵盘；第二步入炉处理；第三步炉内升温热处理：选择入炉温度小于300℃，以80℃/h的速度升至530℃，保温0.2h，以0.5℃/min的升温速度升至540℃；第四步固溶处理；第五步校形处理，校正工件大圆的椭圆度，再校正进气道的位置偏移；第六步时效处理。本发明采用低温入炉，分阶段加热的升温工艺，减小了壁厚悬殊较大的复杂构件升温产生的热应力，减小了变形的产生。采用前端和后端安装堵盘的方法，相对于专用模具控制变形，结构简单，易于操作，可达到控制变形的目的。
Description
技术领域
本发明属于铸造铝合金热处理领域，涉及到一种薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段热处理变形控制方法，它适用于大型薄壁铸造铝合金类零件。
背景技术
铸造铝合金因具有优异的使用性能，可成形复杂构件，且成本低，在航空航天、轨道交通、武器装备等领域应用十分广泛。其中铸造铝合金舱段结构较为复杂，以油箱舱为例，其复杂程度最大，一方面是载油率要求提高，使得油箱容积需要不断增大；另一方面，结构紧凑程度越来越高，为了安装器件，将油箱位置挤压到非规则部位。因此，原来以规则舱体形式出现的油箱舱现在变成了“插空”安置的复杂结构，尤其是对于壁厚2-4mm的薄壁类带进气道结构的油箱，结构更为复杂，储油箱为不完整圆结构，进气道口部和储油箱中心又存在偏移。铸件性能的提高需通过热处理的固溶强化效果达到要求，同时热处理过程又会产生较大的变形。如何减小复杂铸造铝合金舱段热处理过程产生的变形，精确控制固溶处理后的校形，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段热处理变形控制方法，该方法针对铸件形状不规则、壁厚较薄，内腔不加工的特点，能有效地控制铸造铝合金舱段热处理产生的变形，满足后续机加工的要求，性能指标达到设计要求。
本发明的技术方案为：一种薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段热处理变形控制方法，包括如下步骤：
第一步安装工装：在工件上安装前后堵盘，前堵盘位于工件大圆前端部，后堵盘位于工件大圆后端部；
第二步入炉处理：将工件前端向下垂直放入炉中；
第三步炉内升温热处理：选择入炉温度小于300℃，以80℃/h的速度升至530℃，保温0.2h，以0.5℃/min的升温速度升至540℃；
第四步固溶处理：工件在540℃保温14h，然后以不大于10s的转移速度迅速入水，水温要求50-60℃，工件在水中停留5min；
第五步校形处理，将工件上的前后堵盘取下，校正工件大圆的椭圆度，再校正进气道的位置偏移。
第六步时效处理：在工件上重新安装前后堵盘，工件在空气中自然时效8小时后进行人工时效7.5小时。
所述人工时效的温度为155℃±5℃。
所述第五步校形处理在工件出水后1小时后完成。
所述校形处理中，采用钣金方式对大圆椭圆度进行校正。
所述校形处理中，用工件的大圆作为基准，将大圆固定，采用液压装置校正进气道部分与大圆之间中心的偏移。
所述固定大圆的方式是采用固定在一平台上的卡箍进行固定。
所述前后堵盘朝工件内腔方向具有斜度1.5-2mm。
本发明的有益效果：
1）采用低温入炉，分阶段加热的升温工艺，减小了壁厚悬殊较大的复杂构件升温产生的热应力，减小了变形的产生。
2）规定了淬火转移的时间和水温的要求，有利于工件达到较高性能和最小变形最佳的结合点。
3）采用前端和后端安装堵盘的方法，相对于专用模具控制变形，结构简单，易于操作，可达到控制变形的目的。
4）通过掌握工件变形的规律，采用大圆固定装置和液压装置，可对进气道部偏移进行精确校形。
5）时效阶段全过程保持工装的约束，合理选择工艺参数，有效控制了复杂构件时效阶段应力松弛产生的变形。
附图说明
图1是实施例中工件的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是实施例中工件的前堵盘结构示意图；
图4是图3的A-A向视图；
图5是后堵盘结构示意图；
图6是工件入炉摆放位置图；
图7是工件校形装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。
以薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段变形控制为例，其形状尺寸见图1，材料为ZL114A，树脂砂型铸造，铸件总长为1049mm，截面最大直径为524mm。薄壁区厚度约为8mm，机加工去除外皮尺寸，外圆加工到φ514mm，壁厚要求大于2.5mm。进气道偏移中心位置不大于1mm。同炉试杆满足性能σb≥320MPa,δ5≥8%的要求。
具体实施方式按如下工艺步骤进行：第一步安装工装,如图1和图2所示：工件100大圆前端安装前堵盘1，后端安装后堵盘2，前堵盘1的结构如图3和图4所示，后堵盘2的结构如图5所示。第二步确定入炉方式：工件100垂直摆放入炉，热处理采用抽底式铝合金淬火炉，入炉方式见图6所示，前端向下垂直进炉。第三步升温阶段：选择入炉温度小于300℃，比如290℃，以80℃/h的速度升至530℃，保温0.2h（h为小时）。以0.5℃/min的升温速度升至540℃。第四步固溶阶段：工件100在540℃保温14h，然后以不大于10s的转移速度迅速入水，水温要求50-60℃。工件100在水中停留5min。第五步校形：利用工件固溶处理后塑性较好的特点，对工件100进行校形。（a）用靠尺和塞尺测量直径524mm大圆母线直线度，不允许超过2mm凸起，超过后校形，校形用木板垫在工件凸起部位，用铁榔头锤击，即钣金方式。（b）将工件100大圆部分放置在校形工装3上（如图7所示），校形工装3包括一平台35，平台35上设有卡箍一31和卡箍二32，平台上还设有液压装置33。用校形工装3上的卡箍一31和卡箍二32将大圆部分固定，固定工件时需注意工件100的方向以保证进气道向上校形，液压装置33置于工件进气道口下，液压装置33上放置有圆弧形垫块34，加压使圆弧形垫块34与进气道外缘接触；根据进气道需要的上行量，继续加压上行，保压（10-15）s，然后缓慢卸压，在进气道回弹稳定后，测量实际上行量，直至偏差小于1mm。第五步校形要求在1h内完成。第六步时效：重新安装前堵盘1和后堵盘2，工件100在空气中自然时效8小时，然后立即转移至烘箱进行人工时效，烘箱温度均匀性要求±5℃，时效要求温度155℃±5℃，保温时间7.5h，出烘箱后空气冷却。拆除工装，测量热处理前后尺寸的变化量和试杆性能，达到满足工序间尺寸要求和设计性能要求。
前堵盘1和后堵盘2朝工件内腔方向具有斜度1.5-2mm。
Claims (4)
1.一种薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段热处理变形控制方法，包括如下步骤：
第一步安装工装：在工件上安装前后堵盘，前堵盘位于工件大圆前端部，后堵盘位于工件大圆后端部；
第二步入炉处理：将工件前端向下垂直放入炉中；
第三步炉内升温热处理：选择入炉温度小于300℃，以80℃/h的速度升至530℃，保温0.2h，以0.5℃/min的升温速度升至540℃；
第四步固溶处理：工件在540℃保温14h，然后以不大于10s的转移速度迅速入水，水温要求50-60℃，工件在水中停留5min；
第五步校形处理，将工件上的前后堵盘取下，采用钣金方式校正工件大圆的椭圆度，再用工件的大圆作为基准，将大圆固定，采用液压装置校正进气道部分与大圆之间中心的偏移；
第六步时效处理：在工件上重新安装前后堵盘，工件在空气中自然时效8小时后进行人工时效7.5小时，人工时效的温度为155℃±5℃。
2.根据权利要求1所述的薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段热处理变形控制方法，其特征在于，所述第五步校形处理在工件出水后1小时内完成。
3.根据权利要求1所述的薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段热处理变形控制方法，其特征在于，所述前后堵盘朝工件内腔方向具有斜度1.5-2mm。
4.根据权利要求1所述的薄壁带进气道结构铸造铝合金舱段热处理变形控制方法，其特征在于，所述固定大圆的方式是采用固定在一平台上的卡箍进行固定。
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