[发明专利]一种2A14铝合金高筒件的制备工艺

说明书

本发明公开了一种2A14铝合金高筒件的制备工艺：将2A14铝合金铸锭于电阻炉中加热至475～485℃，在液压机上进行多向锻压；将经过多向锻压后的坯料在液压机上冲孔；将冲孔后的坯料加热至498～502℃，保温4～5h；扩孔；将扩孔后的环坯加热至498～502℃，保温4～5h；中温环轧：将高温固溶后的环坯在室温下冷却至200～250℃，然后进行环轧，变形量为25～30％；热处理，完成2A14铝合金高筒件的制备。本发明通过中温马架扩孔与中温环轧并结合高温固溶热处理碎化溶解粗大第二相并细化晶粒，可同时提升高筒件强度与塑性，实现2A14铝合金高筒件的高性能制造，满足航天用结构件力学性能要求。

技术领域

本发明属于铝合金材料塑性加工与热处理领域，尤其是一种可实现大型2A14铝合金高筒件强韧性综合提升的高性能制造工艺。

背景技术

2A14铝合金属于可热处理强化变形铝合金，具有高强度、高塑性以及优异的可焊接性能等优点，是用于航天领域轻质高强合金构件制造的一种重要结构材料。随着航空航天用结构件逐步向整体化、轻量化及大型化方向发展，对其结构设计与制造性能提出了极高要求。应用于某型号战略武器装备的大型2A14铝合金高筒件，其直径已超过2m，具有薄壁、深腔的特殊结构，需大直径铸锭进行制造，由于铸造冷却凝固过程产生偏析，且2A14铝合金属于Al-Cu-Mg-Si系合金，含多种合金元素，导致其易形成多种粗大第二相化合物。采用“460℃多向锻开坯+冲孔+460℃马架扩孔、芯轴拔长+460℃连续环轧”的常规传统成形工艺制造高筒件，塑性成形与热处理过程中粗大第二相难以充分破碎并溶入基体中，构件中仍存在大量粗大相且分布不均匀，其在高载荷作用下将在粗大相周围引起严重应力集中，易产生裂纹，从而导致高筒件整体力学性能无法达到高性能指标要求(尤其是径向延伸率)。此外，在460℃下环轧，由于发生高温回复与动态再结晶使基体软化，热处理后构件中形成的沿压延方向分布的条状粗大纤维晶粒组织严重制约了高筒件力学性能的提升，并导致其产生严重各向异性。

针对2A14铝合金高筒件制造工艺研究领域，中国发明专利CN 104759850A中提出的是高筒件传统成形制造工艺——“460℃多向锻造开坯+冲孔+460℃马架扩孔、芯轴拔长+460℃连续环轧”，该工艺通过热塑性加工可以较好实现高筒件的成形，但由于高温马架扩孔与高温环轧成形过程发生动态软化，基体变形抗力较小，变形剪切作用对粗大相破碎不充分，基体中仍残留大量粗大第二相，尺寸较大，并且在随后热处理过程中难以溶解，导致高筒件受载时在粗大相处极易形成高度应力集中，严重降低高筒件塑性；此外，由于动态回复，高温环轧成形后构件中以位错形式存储的能量较少，热处理过程再结晶形核率降低，易形成粗大晶粒组织，导致高筒件强度难以提升。中国发明专利CN 104438419 A中提出了十字镦拔法的开坯工艺以降低高筒件件的各向异性，并通过改变环轧速度防止构件端面起皮和产生凹槽，该专利提出的改进工艺改善了锻坯变形均匀性，使组织均匀化，但仍采用高温环轧成形将导致形成粗大纤维组织，且构件中粗大第二相在高温塑性变形与热处理过程中仍难以破碎溶解，严重降低高筒件塑性与力学性能均匀性。因此，亟需改进高筒件制造工艺以使其满足航天用铝合金结构件的高性能要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种适用于航天用2A14铝合金高性能高筒形结构件的成形制造，采用中温马架扩孔、中间高温固溶热处理与中温环轧工艺，破碎溶解粗大第二相化合物并细化晶粒组织，以提升2A14铝合金高筒件综合力学性能。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种2A14铝合金高筒件的制备工艺，包括以下步骤：

(1)多向锻开坯：将2A14铝合金铸锭于电阻炉中加热至475～485℃，在液压机上进行多向锻压；

(2)冲孔：将经过多向锻压后的坯料在液压机上冲孔；

(3)高温固溶：将冲孔后的坯料加热至498～502℃，保温4～5h；