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粗晶缺陷是鋁合金模鍛件常見缺陷之一,它降低鍛件的強度。在鍛件中的粗晶組織以及由粗晶組織向細晶組織急劇變化的過渡區,鍛件的疲勞強度降低[1 - 2 ] 。本文主要討論在鋁合金模鍛件生產過程中避免和減少粗晶缺陷的措施。 1 粗晶出現機制 金屬經過塑性變形后自由能提高,組織處于不穩定狀態,當將其加熱到適當溫度時重新形成晶核 并長大,由新晶粒構成的顯微組織叫做再結晶。再結晶之后一般可得到細而均勻的等軸晶粒,但是如 果加熱溫度正利于晶粒長大或加熱保溫時間過長,再結晶晶粒會長大成為粗大晶粒[3 - 4 ] 。晶粒長大的過程可以分為兩種類型:一種是逐漸地長大,表現為各個晶粒之間的相對大小基本接近;另一種是反常的長大,表現為各個晶粒之間的相對大小極為懸殊,有的晶粒長得非常粗大。在鋁合金模鍛件粗晶缺陷廢品中,出現再結晶晶粒反常長大的幾率要較大。 2 避免或減少模鍛件的粗晶缺陷 鋁合合金模鍛件的粗晶缺陷與鍛件的材質、鍛造工藝參數、鍛件形狀、模具溫度、熱處理工藝參數等有關。 2. 1 鍛件的材質 制造模鍛件的鋁合金牌號不同,其產品出現粗晶的幾率有很大差別。鋁2鋅2鎂2銅系合金的鍛件較少出現粗晶缺陷,而鋁2銅2鎂系、鋁2鎂2硅系合金,鍛件出現粗晶缺陷的幾率相對較多。 2. 2 鍛造工藝參數和模具溫度 (1) 選擇合理的終鍛溫度 終鍛溫度過低則鍛件很容易出現粗晶,特別是鋁2銅2鎂系、鋁2鎂2硅系合金一定要嚴格控制終鍛溫度,如2A11 (LY11) 合金槳葉模鍛件終鍛溫度必須高于390 ℃,否則很容易出現粗晶。鍛件的材質不同對終鍛溫度的要求也不同,但所有的鋁合金模鍛件均要求其終鍛溫度不低于370 ℃。 (2) 模具預熱溫度不宜過低 模具溫度過低會加速型腔內金屬冷卻速度,從而使金屬的變形溫度過低,令金屬難以充滿型腔且可能在鍛件表面形成粗晶。模具的預熱溫度與鍛件的形狀和鋁合金牌號等因素有關,一般要求控制在 300 ℃～400 ℃。 (3) 變形程度不宜過小 尤其是最后一火的變形程度不宜過小,若變形程度很小,再結晶晶核較少,孕育期又很長,模鍛件再次加熱(或熱處理) 后將會形成粗大的晶粒。如果變形程度小到臨界變形程度(大約3 %～15 %左右)的范圍內,再結晶晶粒會急劇長大,使鍛件會出現粗晶缺陷。在生產中要嚴格控制模鍛件的模鍛火次及每火壓下量,避免因為模鍛火次過多,一次壓下量過小而使鍛件處于臨界變形狀態。在保證金屬能最終充滿模具型腔及低倍流線要求的情況下,盡量減少模鍛火次。形狀簡單易于成形的鍛件可以一火成形,形狀復雜不易成形的鍛件模鍛火次盡量不要超過3 次。 (4) 毛料余量不宜過大 尤其是對于帶高筋的鍛件,如果當金屬已充滿型腔后仍剩有多余金屬,上下模若繼續靠攏,腹板處 的多余金屬就會沿著筋條根部以最近的路線直接流入毛邊槽, 可能使此處因變形量過大而出現局部 粗晶。 2. 3 熱處理參數的選擇 熱處理時淬火溫度過高、保溫時間過長都容易使鋁合金鍛件出現粗晶。特別是對于鋁2鎂2硅系、鋁2銅2鎂系合金一定要嚴格控制淬火溫度及保溫時間。 3 結束語 綜上所述,要避免鋁合金模鍛件出現粗晶,應從選材、控制模鍛工藝參數和熱處理工藝參數多方面 著手才能奏效。 |