CN109622873A - 一种2219铝合金环件细晶制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种2219铝合金环件细晶制造工艺，包括步骤一：锻造制坯；步骤二：固溶‑过时效处理；步骤三：中温环轧成形；步骤四：最终固溶‑冷变形‑时效处理。本发明通过固溶‑过时效处理预析出一定尺寸的沉淀相，在中温环轧变形过程中，在该类沉淀析出相周围会产生大量位错塞积并形成局部变形带，引入变形能，在后续最终固溶处理过程中析出相粒子成为再结晶形核的核心，从而形成细小的再结晶组织，达到细化晶粒、改变传统工艺中环轧后显著的纤维组织的目的，降低传统环轧变形导致的突出的纤维组织，降低各向异性，提高环件各向组织性能一致性，提升环件综合性能，实现其形‑性协同制造，满足航天型号使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金塑性加工及热处理技术领域，尤其涉及一种2219铝合金环件细晶制造工艺。
背景技术
大型环件广泛应用于工业制造各领域中，如风电设备轴承套圈及齿轮环坯料、压力容器、核反应堆加强圈、运载火箭过渡环等。在航空航天领域中，对结构效率、轻质化的要求较高，更多地选用铝合金材料。2219铝合金具有强度高、断裂韧性、焊接性能及耐热性好等优势，广泛应用于航天制造领域。2219铝合金环件是运载火箭贮箱结构中的主要承力构件，受内外压、轴向压力及弯矩等多种作用力，受力状态复杂、综合性能及尺寸精度要求高，其形-性协同一体化制造是运载火箭贮箱研制的关键技术。
目前大型铝合金环件制造过程为铸锭制备-锻造制坯-环轧成形-固溶冷变形时效的工艺流程，可以满足大型铝合金环件成形的要求，但存在组织不均匀、力学性能一致性差、各向异性突出等问题，随着环件结构尺寸的增大，上述问题更加显著，无法实现大型环件的形-性协同制造，难以保证产品的精确和可靠性，不能满足产品的服役要求。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种2219铝合金环件细晶制造工艺。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种2219铝合金环件细晶制造工艺，包括如下步骤：
步骤一：锻造制坯
a1：多向锻造
将所需规格的2219铝合金圆铸锭置于加热电炉内加热至450-460℃，按材料保温系数2.0-2.5min/mm计算保温时间，加热完成后置于锻造压力机上依次沿三个方向分别进行镦粗和拔长变形并得到锻坯，其工艺流程为Z向镦粗、X向拔长、X向镦粗、Y向拔长、Y向镦粗、Z向拔长、Z向镦粗，需保证锻坯轴向与圆铸锭轴向一致，每次变形量控制在40-55％之间，保证变形温度始终在终锻温度以上，各道次变形之间允许锻坯回炉加热，回炉加热时间不低于4h，最终制备出柱形锻坯；
a2：冲孔及马架扩孔
将柱形锻坯加热至450-460℃并保温一定时间后，在锻压机上用预热后的冲头在柱形锻坯中心按规定冲出一个中心孔，对中心孔进行粗车加工，去除冲孔产生的缺陷，获得带中心孔的坯料，继续将坯料加热至450-460℃并保温一定的时间，在锻压机上进行马架扩孔，减小坯料的壁厚尺寸，保证坯料变形温度始终在终锻温度以上，扩孔过程中允许回炉加热，回炉加热时间不低于4h，得到环坯；
步骤二：固溶-过时效处理
b1：固溶处理
对制得的环坯，采用铝合金专用固溶淬火炉进行固溶处理，固溶处理采用到温装炉的方式，首先将环坯装入料框或置于淬火专用工装中，以备后续装炉使用，开启固溶淬火炉加热***进行炉膛预热，设定预热加热温度530-540℃，到温后保温0.5-3h，使炉内温度充分均匀化，待达到规定的预热保温时间后，快速打开炉门并将环坯与料框或淬火专用工装一齐入炉加热，并快速关闭炉门，由于炉门开关及环坯入炉导致炉内温度低于装炉前设定的温度，经过一段时间的重新加热后，待炉温重新恢复至530-540℃时开始保温计时，保温时间按照环坯的有效尺寸计算，保温系数为2.0-2.5min/mm；
b2：淬火
在环坯保温过程中需进行淬火准备工作，淬火前将水温调整至30-50℃，淬火前5min开启循环水***直至淬火结束，达到计算的保温时间后，快速开启炉门，对环坯进行快速淬火，要求淬火转移时间≤25s，入水后，上下移动淬火料框或淬火专用工装，但需保证环坯完全浸泡在水中，水中浸泡时间≥20min；
b3：过时效处理
采用铝合金专用时效炉对浸泡后制得的固溶态的环坯进行过时效处理，将环坯装入炉膛后关闭炉门，开启时效炉加热***后进行加热升温，设定加热温度为350-400℃，需在1-3h内升高至设定的加热温度，当炉内温度升至设定的加热温度后，进行保温，开始计算保温时间，保温时间控制在3-12h，达到设定的保温时间后，停机出炉，将环坯置于空气中冷却；
步骤三：中温环轧成形
待过时效处理后的环坯的温度降低至250-300℃时，将环坯置于径-轴双向环轧机上进行径-轴向环轧变形，得到环件，轧制线速度为1115-1315mm/s，控制环坯直径的长大速率，整个轧制过程环坯温度控制在200-300℃之间；
步骤四：最终固溶-冷变形-时效处理
c1：固溶淬火处理
对轧制制得的环件，采用铝合金专用淬火炉进行固溶处理，采用到温装炉的方式，首先进行固溶淬火炉预热，炉膛预热温度530-540℃，预热保温时间0.5-3h，环件固溶保温温度530-540℃，按照环件的有效尺寸计算保温时间，保温系数2.0-2.5min/mm，淬火转移时间≤25s，淬火前水温30-50℃，水中浸泡时间≥20min；
c2：冷变形
对固溶淬火后的环件进行冷变形，将其置于锻压机上，沿轴向下压，压下量控制在环件高度方向尺寸的1-5％，若环件尺寸较大，压力机台面尺寸不能满足，则可对环件进行逐段轴向冷压变形，但需保证每次压下部分环段长度一致，以保证环件最终的尺寸精度，冷变形过程应保证在固溶处理结束后的3h内完成；
c3：时效处理
采用铝合金专用时效炉对冷变形后的环件进行时效处理，时效处理应在固溶处理结束后的4h内进行，采用冷态装炉的方式，但需保证在2h内升至设定的时效温度，时效温度控制在160-190℃，保温后出炉进行空气冷却。
特别的，所述步骤一中冲头的直径为150-250mm。
特别的，所述步骤二中冷却的时间为0.5-1.5h。
特别的，所述步骤三中环坯直径的长大速率为3-10mm/s。
特别的，所述步骤四中时效处理过程中的保温的时间为10-25h。
本发明的有益效果是：本发明通过固溶-过时效处理预析出一定尺寸的沉淀相，在中温环轧变形过程中，在该类沉淀析出相周围会产生大量位错塞积并形成局部变形带，引入变形能，在后续最终固溶处理过程中析出相粒子成为再结晶形核的核心，从而形成细小的再结晶组织，达到细化晶粒、改变传统工艺中环轧后显著的纤维组织的目的，降低传统环轧变形导致的突出的纤维组织，降低各向异性，提高环件各向组织性能一致性，提升环件综合性能，实现其形-性协同制造，满足航天型号使用需求。
附图说明
图1为传统工艺制造获得的环件的显微组织的横向组织；
图2为传统工艺制造获得的环件的显微组织的纵向(周向)组织；
图3为本发明制造获得的环件的显微组织的横向组织；
图4为本发明制造获得的环件的显微组织的纵向(周向)组织；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图2-图3所示，一种2219铝合金环件细晶制造工艺，包括如下步骤：
步骤一：锻造制坯
a1：多向锻造
将所需规格的2219铝合金圆铸锭置于加热电炉内加热至450-460℃，按材料保温系数2.0-2.5min/mm计算保温时间，加热完成后置于锻造压力机上依次沿三个方向分别进行镦粗和拔长变形并得到锻坯，其工艺流程为Z向镦粗、X向拔长、X向镦粗、Y向拔长、Y向镦粗、Z向拔长、Z向镦粗，需保证锻坯轴向与圆铸锭轴向一致，每次变形量控制在40-55％之间，保证变形温度始终在终锻温度以上，各道次变形之间允许锻坯回炉加热，回炉加热时间不低于4h，最终制备出柱形锻坯；
a2：冲孔及马架扩孔
将柱形锻坯加热至450-460℃并保温一定时间后，在锻压机上用预热后的冲头在柱形锻坯中心按规定冲出一个中心孔，对中心孔进行粗车加工，去除冲孔产生的缺陷，获得带中心孔的坯料，继续将坯料加热至450-460℃并保温一定的时间，在锻压机上进行马架扩孔，减小坯料的壁厚尺寸，保证坯料变形温度始终在终锻温度以上，扩孔过程中允许回炉加热，回炉加热时间不低于4h，得到环坯；
步骤二：固溶-过时效处理
b1：固溶处理
对制得的环坯，采用铝合金专用固溶淬火炉进行固溶处理，固溶处理采用到温装炉的方式，首先将环坯装入料框或置于淬火专用工装中，以备后续装炉使用，开启固溶淬火炉加热***进行炉膛预热，设定预热加热温度530-540℃，到温后保温0.5-3h，使炉内温度充分均匀化，待达到规定的预热保温时间后，快速打开炉门并将环坯与料框或淬火专用工装一齐入炉加热，并快速关闭炉门，由于炉门开关及环坯入炉导致炉内温度低于装炉前设定的温度，经过一段时间的重新加热后，待炉温重新恢复至530-540℃时开始保温计时，保温时间按照环坯的有效尺寸计算，保温系数为2.0-2.5min/mm；
b2：淬火
在环坯保温过程中需进行淬火准备工作，淬火前将水温调整至30-50℃，淬火前5min开启循环水***直至淬火结束，达到计算的保温时间后，快速开启炉门，对环坯进行快速淬火，要求淬火转移时间≤25s，入水后，上下移动淬火料框或淬火专用工装，但需保证环坯完全浸泡在水中，水中浸泡时间≥20min；
b3：过时效处理
采用铝合金专用时效炉对浸泡后制得的固溶态的环坯进行过时效处理，将环坯装入炉膛后关闭炉门，开启时效炉加热***后进行加热升温，设定加热温度为350-400℃，需在1-3h内升高至设定的加热温度，当炉内温度升至设定的加热温度后，进行保温，开始计算保温时间，保温时间控制在3-12h，达到设定的保温时间后，停机出炉，将环坯置于空气中冷却；
步骤三：中温环轧成形
待过时效处理后的环坯的温度降低至250-300℃时，将环坯置于径-轴双向环轧机上进行径-轴向环轧变形，得到环件，轧制线速度为1115-1315mm/s，控制环坯直径的长大速率，整个轧制过程环坯温度控制在200-300℃之间；
步骤四：最终固溶-冷变形-时效处理
c1：固溶淬火处理
对轧制制得的环件，采用铝合金专用淬火炉进行固溶处理，采用到温装炉的方式，首先进行固溶淬火炉预热，炉膛预热温度530-540℃，预热保温时间0.5-3h，环件固溶保温温度530-540℃，按照环件的有效尺寸计算保温时间，保温系数2.0-2.5min/mm，淬火转移时间≤25s，淬火前水温30-50℃，水中浸泡时间≥20min；
c2：冷变形
对固溶淬火后的环件进行冷变形，将其置于锻压机上，沿轴向下压，压下量控制在环件高度方向尺寸的1-5％，若环件尺寸较大，压力机台面尺寸不能满足，则可对环件进行逐段轴向冷压变形，但需保证每次压下部分环段长度一致，以保证环件最终的尺寸精度，冷变形过程中应保证在固溶处理结束后的3h内完成；
c3：时效处理
采用铝合金专用时效炉对冷变形后的环件进行时效处理，时效处理应在固溶处理结束后的4h内进行，采用冷态装炉的方式，但需保证在2h内升至设定的时效温度，时效温度控制在160-190℃，保温后出炉进行空气冷却。
特别的，所述步骤一中冲头的直径为150-250mm。
特别的，所述步骤二中冷却的时间为0.5-1.5h。
特别的，所述步骤三中环坯直径的长大速率为3-10mm/s。
特别的，所述步骤四中时效处理过程中的保温的时间为10-25h。
本发明在锻造制坯时，通过多向锻造三个方向反复镦拔，增加锻坯的变形程度，使圆铸锭的变形更加均匀，使材料内部残余结晶相充分破碎并均匀化，通过冲孔和马架扩孔，制得形状尺寸符合环轧变形要求的环坯，减小环轧成形过程的缺陷形成，降低成形难度；
在固溶-过时效处理时，通过固溶处理，使2219铝合金材料中过剩相充分溶解到固溶体基体中，然后通过快速冷却获得过饱和的固溶体，在过时效处理过程中，使得过饱和固溶体材料内部析出适当尺寸的沉淀相粒子，为后续环轧变形引入变形能、最终热处理过程中诱导再结晶形核奠定基础；
在中温环轧成形过程中，通过控制轧制速度、环坯直径增长速度及环坯温度，一方面成形出形状尺寸及表面质量符合要求的环件，另一方面通过控制2219铝合金环轧变形温度，使材料在中温下发生变形，可以使得材料在过时效析出的沉淀相周围形成位错塞积、局部变形带、引入变形能，为最终热处理发生静态再结晶做准备；
在固溶-冷变形-时效处理时，通过固溶加热保温，2219铝合金材料内部沉淀相诱导静态再结晶形核，形成细小的再结晶晶粒，达到细化晶粒的目的，同时，通过固溶淬火处理，使2219铝合金材料中过剩相充分溶解到固溶体基体中获得过饱和的固溶体，为后面时效析出弥散相奠定基础，然后通过冷变形与时效处理，获得弥散细小的析出相组织，提高环件各向组织性能一致性，提升了环件的综合性能，实现其形-性协同制造，满足航天型号使用的需求。
实施例一
以某型号火箭贮箱用2219铝合金环件产品为例，尺寸规格为Φ2300×Φ2080×260mm(外径×内径×高度)；
一种2219铝合金环件细晶制造工艺，包括如下步骤：
步骤一：锻造制坯
a1：多向锻造
将规格尺寸为Φ500×1250mm的2219铝合金圆铸锭置于加热电炉内加热至450-460℃，保温20h后置于锻造压力机上依次沿三个方向分别进行镦粗和拔长变形并得到锻坯，其工艺流程为Z向镦粗、X向拔长、X向镦粗、Y向拔长、Y向镦粗、Z向拔长、Z向镦粗，需保证锻坯轴向与圆铸锭轴向一致，每次变形量控制在40-55％之间，保证变形温度始终在终锻温度以上，终锻温度在380℃以上，各道次变形之间允许锻坯回炉加热，回炉加热时间为6h，最终制备出柱形锻坯；
a2：冲孔及马架扩孔
将柱形锻坯加热至450-460℃并保温一定时间后，在锻压机上用预热至350-400℃的冲头在柱形锻坯中心按规定冲出一个中心孔，对中心孔进行粗车加工，去除冲孔产生的缺陷，获得带中心孔的坯料，继续将坯料加热至450-460℃并保温一定的时间，在锻压机上进行马架扩孔，减小坯料的壁厚尺寸，保证坯料变形温度始终在终锻温度以上，扩孔过程中允许回炉加热，回炉加热时间不低于4h，获得符合要求的环坯，环坯的尺寸要求为环坯的外径为1500-1505mm，环坯的内径为1210-1215mm，环坯的高度为300-305mm，得到环坯；
步骤二：固溶-过时效处理
b1：固溶处理
对制得的环坯，采用铝合金专用固溶淬火炉进行固溶处理，固溶处理采用到温装炉的方式，首先将环坯装入料框或置于淬火专用工装中，以备后续装炉使用，开启固溶淬火炉加热***进行炉膛预热，设定预热加热温度535℃，到温后保温2h，使炉内温度充分均匀化，待达到规定的预热保温时间后，快速打开炉门并将环坯与料框或淬火专用工装一齐入炉加热，并快速关闭炉门，由于炉门开关及环坯入炉导致炉内温度低于装炉前设定的温度，经过一段时间的重新加热后，待炉温重新恢复至535℃时开始保温计时，保温时间按照环坯的有效尺寸计算，保温系数为2.0-2.5min/mm，保温时间为320min；
b2：淬火
在环坯保温过程中需进行淬火准备工作，淬火前将水温调整至30-50℃，淬火前5min开启循环水***直至淬火结束，达到计算的保温时间后，快速开启炉门，对环坯进行快速淬火，淬火转移时间为15s，入水后，上下移动淬火料框或淬火专用工装，但需保证环坯完全浸泡在水中，水中浸泡时间为30min；
b3：过时效处理
采用铝合金专用时效炉对浸泡后制得的固溶态的环坯进行过时效处理，将环坯装入炉膛后关闭炉门，开启时效炉加热***后进行加热升温，设定加热温度为350-400℃，经2h升高至设定的加热温度，当炉内温度升至设定的加热温度后，进行保温，保温时间控制在3-12h，达到设定的保温时间后，停机出炉，将环坯置于空气中冷却；
步骤三：中温环轧成形
待过时效处理后的环坯的温度降低至250-300℃时，将环坯置于径-轴双向环轧机上进行径-轴向环轧变形，得到环件，轧制线速度为1115-1315mm/s，控制环坯直径的长大速率，整个轧制过程环坯温度控制在200-300℃之间；
轧制后得到的环件产品的尺寸为：外径2300-2305mm，内径2075-2080mm，高度260-262mm；
步骤四：最终固溶-冷变形-时效处理
c1：固溶淬火处理
对轧制制得的环件，采用铝合金专用淬火炉进行固溶处理，采用到温装炉的方式，首先进行固溶淬火炉预热，炉膛预热温度535℃，预热保温时间2h，将环件在535℃保温250-300min后在30-50℃的水中冷却，淬火转移时间为15s，水中浸泡时间为30min；
c2：冷变形
对固溶淬火后的环件进行冷变形，将其置于锻压机上，沿轴向下压，压下量控制在环件高度方向尺寸的1-5％，若环件尺寸较大，压力机台面尺寸不能满足，则可对环件进行逐段轴向冷压变形，每次压下部分环段长度一致且长度为300-500mm，以保证环件最终的尺寸精度，冷变形过程应保证在固溶处理结束后的3h内完成；
c3：时效处理
采用铝合金专用时效炉对冷变形后的环件进行时效处理，时效处理应在固溶处理结束后的4h内进行，采用冷态装炉的方式，但需保证在2h内升至设定的时效温度，时效温度控制在165℃，保温后出炉进行空气冷却。
特别的，所述步骤一中冲头的直径为200mm。
特别的，所述步骤二中冷却的时间为1h。
特别的，所述步骤三中环坯直径的长大速率为3-10mm/s。
特别的，所述步骤四中时效处理过程中保温的时间为10-25h。
在环件沿圆周均匀分布的三个位置，每个位置分别切取三个方向拉力试棒，按照GB/T 228《金属材料室温拉伸试验方法》检测，检测结果如表1所示，该2219铝合金环件的室温切向、轴向、径向三个方向抗拉强度为423-440MPa，伸长率为0.2％时的屈服强度为310-332MPa，断后伸长率为6-9％，三个方向性能较均匀，未出现明显短板，满足产品服役要求，其横向和纵向(周向)的显微组织如图3和图4所示，通过与传统工艺对比可以发现，本方法显著降低了环件沿纵向(周向)的纤维组织，显微组织由拉长的晶粒变为等轴晶粒，实现了组织的细化，环件高倍晶粒度优于3级。
表1 2219铝合金环件三向力学性能实测值
实施例二
一种2219铝合金环件细晶制造工艺，包括如下步骤：
步骤一：锻造制坯
a1：多向锻造
将所需规格的2219铝合金圆铸锭置于加热电炉内加热至450℃，按材料保温系数2.0min/mm计算保温时间，加热完成后置于锻造压力机上依次沿三个方向分别进行镦粗和拔长变形并得到锻坯，其工艺流程为Z向镦粗、X向拔长、X向镦粗、Y向拔长、Y向镦粗、Z向拔长、Z向镦粗，需保证锻坯轴向与圆铸锭轴向一致，每次变形量控制在40％，保证变形温度始终在终锻温度以上，各道次变形之间允许锻坯回炉加热，回炉加热时间不低于4h，最终制备出柱形锻坯；
a2：冲孔及马架扩孔
将柱形锻坯加热至450℃并保温一定时间后，在锻压机上用预热后的冲头在柱形锻坯中心按规定冲出一个中心孔，对中心孔进行粗车加工，去除冲孔产生的缺陷，获得带中心孔的坯料，继续将坯料加热至450℃并保温一定的时间，在锻压机上进行马架扩孔，减小坯料的壁厚尺寸，保证坯料变形温度始终在终锻温度以上，扩孔过程中允许回炉加热，回炉加热时间不低于4h，得到环坯；
步骤二：固溶-过时效处理
b1：固溶处理
对制得的环坯，采用铝合金专用固溶淬火炉进行固溶处理，固溶处理采用到温装炉的方式，首先将环坯装入料框或置于淬火专用工装中，以备后续装炉使用，开启固溶淬火炉加热***进行炉膛预热，设定预热加热温度530℃，到温后保温0.5h，使炉内温度充分均匀化，待达到规定的预热保温时间后，快速打开炉门并将环坯与料框或淬火专用工装一齐入炉加热，并快速关闭炉门，由于炉门开关及环坯入炉导致炉内温度低于装炉前设定的温度，经过一段时间的重新加热后，待炉温重新恢复至530℃时开始保温计时，保温时间按照环坯的有效尺寸计算，保温系数为2.0min/mm；
b2：淬火
在环坯保温过程中需进行淬火准备工作，淬火前将水温调整至30℃，淬火前5min开启循环水***直至淬火结束，达到计算的保温时间后，快速开启炉门，对环坯进行快速淬火，淬火转移时间为25s，入水后，上下移动淬火料框或淬火专用工装，但需保证环坯完全浸泡在水中，水中浸泡时间为20min；
b3：过时效处理
采用铝合金专用时效炉对浸泡后制得的固溶态的环坯进行过时效处理，将环坯装入炉膛后关闭炉门，开启时效炉加热***后进行加热升温，设定加热温度为350℃，在1h内升高至设定的加热温度，当炉内温度升至设定的加热温度后，进行保温，开始计算保温时间，保温时间为3h，达到设定的保温时间后，停机出炉，将环坯置于空气中冷却；
步骤三：中温环轧成形
待过时效处理后的环坯的温度降低至250℃时，将环坯置于径-轴双向环轧机上进行径-轴向环轧变形，得到环件，轧制线速度为1115mm/s，控制环坯直径的长大速率，整个轧制过程环坯温度控制在200℃；
步骤四：最终固溶-冷变形-时效处理
c1：固溶淬火处理
对轧制制得的环件，采用铝合金专用淬火炉进行固溶处理，采用到温装炉的方式，首先进行固溶淬火炉预热，炉膛预热温度530℃，预热保温时间为0.5h，环件固溶保温温度530℃，按照环件的有效尺寸计算保温时间，保温系数为2.0min/mm，淬火转移时间为25s，淬火前水温为30℃，水中浸泡时间为20min；
c2：冷变形
对固溶淬火后的环件进行冷变形，将其置于锻压机上，沿轴向下压，压下量控制在环件高度方向尺寸的1％，若环件尺寸较大，压力机台面尺寸不能满足，则可对环件进行逐段轴向冷压变形，但需保证每次压下部分环段长度一致，以保证环件最终的尺寸精度，冷变形过程中应保证在固溶处理结束后的3h内完成；
c3：时效处理
采用铝合金专用时效炉对冷变形的环件进行时效处理，时效处理应在固溶处理结束后的4h内进行，采用冷态装炉的方式，但需保证在2h内升至设定的时效温度，时效温度为160℃，保温后出炉进行空气冷却。
特别的，所述步骤一中冲头的直径为150mm。
特别的，所述步骤二中冷却的时间为0.5h。
特别的，所述步骤三中环坯直径的长大速率为3mm/s。
特别的，所述步骤四中时效处理过程中的保温的时间为10h。
实施例三
一种2219铝合金环件细晶制造工艺，包括如下步骤：
步骤一：锻造制坯
a1：多向锻造
将所需规格的2219铝合金圆铸锭置于加热电炉内加热至460℃，按材料保温系数2.5min/mm计算保温时间，加热完成后置于锻造压力机上依次沿三个方向分别进行镦粗和拔长变形并得到锻坯，其工艺流程为Z向镦粗、X向拔长、X向镦粗、Y向拔长、Y向镦粗、Z向拔长、Z向镦粗，需保证锻坯轴向与圆铸锭轴向一致，每次变形量控制在55％，保证变形温度始终在终锻温度以上，各道次变形之间允许锻坯回炉加热，回炉加热时间不低于4h，最终制备出柱形锻坯；
a2：冲孔及马架扩孔
将柱形锻坯加热至460℃并保温一定时间后，在锻压机上用预热后的冲头在柱形锻坯中心按规定冲出一个中心孔，对中心孔进行粗车加工，去除冲孔产生的缺陷，获得带中心孔的坯料，继续将坯料加热至460℃并保温一定的时间，在锻压机上进行马架扩孔，减小坯料的壁厚尺寸，保证坯料变形温度始终在终锻温度以上，扩孔过程中允许回炉加热，回炉加热时间不低于4h，得到环坯；
步骤二：固溶-过时效处理
b1：固溶处理
对制得的环坯，采用铝合金专用固溶淬火炉进行固溶处理，固溶处理采用到温装炉的方式，首先将环坯装入料框或置于淬火专用工装中，以备后续装炉使用，开启固溶淬火炉加热***进行炉膛预热，设定预热加热温度为540℃，到温后保温3h，使炉内温度充分均匀化，待达到规定的预热保温时间后，快速打开炉门并将环坯与料框或淬火专用工装一齐入炉加热，并快速关闭炉门，由于炉门开关及环坯入炉导致炉内温度低于装炉前设定的温度，经过一段时间的重新加热后，待炉温重新恢复至540℃时开始保温计时，保温时间按照环坯的有效尺寸计算，保温系数为2.5min/mm；
b2：淬火
在环坯保温过程中需进行淬火准备工作，淬火前将水温调整至50℃，淬火前5min开启循环水***直至淬火结束，达到计算的保温时间后，快速开启炉门，对环坯进行快速淬火，淬火转移时间为20s，入水后，上下移动淬火料框或淬火专用工装，但需保证环坯完全浸泡在水中，水中浸泡时间为25min；
b3：过时效处理
采用铝合金专用时效炉对浸泡后制得的固溶态的环坯进行过时效处理，将环坯装入炉膛后关闭炉门，开启时效炉加热***后进行加热升温，设定加热温度为400℃，在3h内升高至设定的加热温度，当炉内温度升至设定的加热温度后，进行保温，开始计算保温时间，保温时间为12h，达到设定的保温时间后，停机出炉，将环坯置于空气中冷却；
步骤三：中温环轧成形
待过时效处理后的环坯的温度降低至300℃时，将环坯置于径-轴双向环轧机上进行径-轴向环轧变形，得到环件，轧制线速度为1315mm/s，控制环坯直径的长大速率，整个轧制过程环坯温度为300℃；
步骤四：最终固溶-冷变形-时效处理
c1：固溶淬火处理
对轧制制得的环件，采用铝合金专用淬火炉进行固溶处理，采用到温装炉的方式，首先进行固溶淬火炉预热，炉膛预热温度540℃，预热保温时间为3h，环件固溶保温温度为540℃，按照环件的有效尺寸计算保温时间，保温系数为2.5min/mm，淬火转移时间为20s，淬火前水温为50℃，水中浸泡时间为25min；
c2：冷变形
对固溶淬火后的环件进行冷变形，将其置于锻压机上，沿轴向下压，压下量控制在环件高度方向尺寸的5％，若环件尺寸较大，压力机台面尺寸不能满足，则可对环件进行逐段轴向冷压变形，但需保证每次压下部分环段长度一致，以保证环件最终的尺寸精度，冷变形过程中应保证在固溶处理结束后的3h内完成；
c3：时效处理
采用铝合金专用时效炉对冷变形后的环件进行时效处理，时效处理应在固溶处理结束后的4h内进行，采用冷态装炉的方式，但需保证在2h内升至设定的时效温度，时效温度控制在190℃，保温后出炉进行空气冷却。
特别的，所述步骤一中冲头的直径为250mm。
特别的，所述步骤二中冷却的时间为1.5h。
特别的，所述步骤三中环坯直径的长大速率为10mm/s。
特别的，所述步骤四中时效处理过程中的保温的时间为25h。
实施例四
一种2219铝合金环件细晶制造工艺，包括如下步骤：
步骤一：锻造制坯
a1：多向锻造
将所需规格的2219铝合金圆铸锭置于加热电炉内加热至455℃，按材料保温系数2.3min/mm计算保温时间，加热完成后置于锻造压力机上依次沿三个方向分别进行镦粗和拔长变形并得到锻坯，其工艺流程为Z向镦粗、X向拔长、X向镦粗、Y向拔长、Y向镦粗、Z向拔长、Z向镦粗，需保证锻坯轴向与圆铸锭轴向一致，每次变形量为50％，保证变形温度始终在终锻温度以上，各道次变形之间允许锻坯回炉加热，回炉加热时间不低于4h，最终制备出柱形锻坯；
a2：冲孔及马架扩孔
将柱形锻坯加热至455℃并保温一定时间后，在锻压机上用预热后的冲头在柱形锻坯中心按规定冲出一个中心孔，对中心孔进行粗车加工，去除冲孔产生的缺陷，获得带中心孔的坯料，继续将坯料加热至455℃并保温一定的时间，在锻压机上进行马架扩孔，减小坯料的壁厚尺寸，保证坯料变形温度始终在终锻温度以上，扩孔过程中允许回炉加热，回炉加热时间不低于4h，得到环坯；
步骤二：固溶-过时效处理
b1：固溶处理
对制得的环坯，采用铝合金专用固溶淬火炉进行固溶处理，固溶处理采用到温装炉的方式，首先将环坯装入料框或置于淬火专用工装中，以备后续装炉使用，开启固溶淬火炉加热***进行炉膛预热，设定预热加热温度538℃，到温后保温1.5h，使炉内温度充分均匀化，待达到规定的预热保温时间后，快速打开炉门并将环坯与料框或淬火专用工装一齐入炉加热，并快速关闭炉门，由于炉门开关及环坯入炉导致炉内温度低于装炉前设定的温度，经过一段时间的重新加热后，待炉温重新恢复至538℃时开始保温计时，保温时间按照环坯的有效尺寸计算，保温系数为2.3min/mm；
b2：淬火
在环坯保温过程中需进行淬火准备工作，淬火前将水温调整至45℃，淬火前5min开启循环水***直至淬火结束，达到计算的保温时间后，快速开启炉门，对环坯进行快速淬火，淬火转移时间为10s，入水后，上下移动淬火料框或淬火专用工装，但需保证环坯完全浸泡在水中，水中浸泡时间为35min；
b3：过时效处理
采用铝合金专用时效炉对浸泡后制得的固溶态的环坯进行过时效处理，将环坯装入炉膛后关闭炉门，开启时效炉加热***后进行加热升温，设定加热温度为380℃，经1.5h内升高至设定的加热温度，当炉内温度升至设定的加热温度后，进行保温，开始计算保温时间，保温时间为6h，达到设定的保温时间后，停机出炉，将环坯置于空气中冷却；
步骤三：中温环轧成形
待过时效处理后的环坯的温度降低至280℃时，将环坯置于径-轴双向环轧机上进行径-轴向环轧变形，得到环件，轧制线速度为1200mm/s，控制环坯直径的长大速率，整个轧制过程环坯温度控制在220℃；
步骤四：最终固溶-冷变形-时效处理
c1：固溶淬火处理
对轧制制得的环件，采用铝合金专用淬火炉进行固溶处理，采用到温装炉的方式，首先进行固溶淬火炉预热，炉膛预热温度538℃，预热保温时间1.5h，环件固溶保温温度538℃，按照环件的有效尺寸计算保温时间，保温系数2.0-2.5min/mm，淬火转移时间为10s，淬火前水温30-50℃，水中浸泡时间为35min；
c2：冷变形
对固溶淬火后的环件进行冷变形，将其置于锻压机上，沿轴向下压，压下量控制在环件高度方向尺寸的2％，若环件尺寸较大，压力机台面尺寸不能满足，则可对环件进行逐段轴向冷压变形，但需保证每次压下部分环段长度一致，以保证环件最终的尺寸精度，冷变形过程中应保证在固溶处理结束后的3h内完成；
c3：时效处理
采用铝合金专用时效炉对冷变形后的环件进行时效处理，时效处理应在固溶处理结束后的4h内进行，采用冷态装炉的方式，但需保证在2h内升至设定的时效温度，时效温度控制在170℃，保温后出炉进行空气冷却。
特别的，所述步骤一中冲头的直径为220mm。
特别的，所述步骤二中冷却的时间为0.8h。
特别的，所述步骤三中环坯直径的长大速率为8mm/s。
特别的，所述步骤四中时效处理过程中的保温的时间为22h。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种2219铝合金环件细晶制造工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：锻造制坯
a1：多向锻造
将所需规格的2219铝合金圆铸锭置于加热电炉内加热至450-460℃，按材料保温系数2.0-2.5min/mm计算保温时间，加热完成后置于锻造压力机上依次沿三个方向分别进行镦粗和拔长变形并得到锻坯，其工艺流程为Z向镦粗、X向拔长、X向镦粗、Y向拔长、Y向镦粗、Z向拔长、Z向镦粗，需保证锻坯轴向与圆铸锭轴向一致，每次变形量控制在40-55％之间，保证变形温度始终在终锻温度以上，各道次变形之间允许锻坯回炉加热，回炉加热时间不低于4h，最终制备出柱形锻坯；
a2：冲孔及马架扩孔
将柱形锻坯加热至450-460℃并保温一定时间后，在锻压机上用预热后的冲头在柱形锻坯中心按规定冲出一个中心孔，对中心孔进行粗车加工，去除冲孔产生的缺陷，获得带中心孔的坯料，继续将坯料加热至450-460℃并保温一定的时间，在锻压机上进行马架扩孔，减小坯料的壁厚尺寸，保证坯料变形温度始终在终锻温度以上，扩孔过程中允许回炉加热，回炉加热时间不低于4h，得到环坯；
步骤二：固溶-过时效处理
b1：固溶处理
对制得的环坯，采用铝合金专用固溶淬火炉进行固溶处理，固溶处理采用到温装炉的方式，首先将环坯装入料框或置于淬火专用工装中，以备后续装炉使用，开启固溶淬火炉加热***进行炉膛预热，设定预热加热温度530-540℃，到温后保温0.5-3h，使炉内温度充分均匀化，待达到规定的预热保温时间后，快速打开炉门并将环坯与料框或淬火专用工装一齐入炉加热，并快速关闭炉门，由于炉门开关及环坯入炉导致炉内温度低于装炉前设定的温度，经过一段时间的重新加热后，待炉温重新恢复至530-540℃时开始保温计时，保温时间按照环坯的有效尺寸计算，保温系数为2.0-2.5min/mm；
b2：淬火
在环坯保温过程中需进行淬火准备工作，淬火前将水温调整至30-50℃，淬火前5min开启循环水***直至淬火结束，达到计算的保温时间后，快速开启炉门，对环坯进行快速淬火，要求淬火转移时间≤25s，入水后，上下移动淬火料框或淬火专用工装，但需保证环坯完全浸泡在水中，水中浸泡时间≥20min；
b3：过时效处理
采用铝合金专用时效炉对浸泡后制得的固溶态的环坯进行过时效处理，将环坯装入炉膛后关闭炉门，开启时效炉加热***后进行加热升温，设定加热温度为350-400℃，需在1-3h内升高至设定的加热温度，当炉内温度升至设定的加热温度后，进行保温，开始计算保温时间，保温时间控制在3-12h，达到设定的保温时间后，停机出炉，将环坯置于空气中冷却；
步骤三：中温环轧成形
待过时效处理后的环坯的温度降低至250-300℃时，将环坯置于径-轴双向环轧机上进行径-轴向环轧变形，得到环件，轧制线速度为1115-1315mm/s，控制环坯直径的长大速率，整个轧制过程环坯温度控制在200-300℃之间；
步骤四：最终固溶-冷变形-时效处理
c1：固溶淬火处理
对轧制制得的环件，采用铝合金专用淬火炉进行固溶处理，采用到温装炉的方式，首先进行固溶淬火炉预热，炉膛预热温度530-540℃，预热保温时间0.5-3h，环件固溶保温温度530-540℃，按照环件的有效尺寸计算保温时间，保温系数2.0-2.5min/mm，淬火转移时间≤25s，淬火前水温30-50℃，水中浸泡时间≥20min；
c2：冷变形
对固溶淬火后的环件进行冷变形，将其置于锻压机上，沿轴向下压，压下量控制在环件高度方向尺寸的1-5％，若环件尺寸较大，压力机台面尺寸不能满足，则可对环件进行逐段轴向冷压变形，但需保证每次压下部分环段长度一致，以保证环件最终的尺寸精度，冷变形过程应保证在固溶处理结束后的3h内完成；
c3：时效处理
采用铝合金专用时效炉对冷变形后的环件进行时效处理，时效处理应在固溶处理结束后的4h内进行，采用冷态装炉的方式，但需保证在2h内升至设定的时效温度，时效温度控制在160-190℃，保温后出炉进行空气冷却。
2.根据权利要求1所述的一种2219铝合金环件细晶制造工艺，其特征在于，所述步骤一中冲头的直径为150-250mm。
3.根据权利要求2所述的一种2219铝合金环件细晶制造工艺，其特征在于，所述步骤二中冷却的时间为0.5-1.5h。
4.根据权利要求3所述的一种2219铝合金环件细晶制造工艺，其特征在于，所述步骤三中环坯直径的长大速率为3-10mm/s。
5.根据权利要求4所述的一种2219铝合金环件细晶制造工艺，其特征在于，所述步骤四中时效处理过程中的保温的时间为10-25h。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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