一种框架类铝合金铸件热处理变形校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝合金铸件热处理变形校正方法，特别涉及一种框架类铝合金铸件热处理变形校正方法。
【背景技术】
[0002]航空航天领域内随着集成化、整体化、轻量化和精密化的设计理念的深入，一些具有尺寸大、形状结构复杂、薄壁化、性能要求高等特征的框架类铝合金铸件得到越来越广泛的应用。但是此类铸件由于结构复杂且壁厚不均匀，在热处理时容易发生较大尺寸的形状变形及部分局部的复杂变形，给后续的铸件矫形及使用带来困难，为此必须在铸件热处理时进行一定的固定和矫形，防止铸件变形。
[0003]文献“申请公开号是CN103834883A中国发明专利”公开了一种薄壁马鞍形铝合金铸件热处理变形控制方法。该方法根据铸件特点，加热前在铸件上安装堵盘和卡箍，并使铸件壁厚较厚一端朝下垂直放置的方式入炉，分阶段加热，减少加热时的热应力，固溶阶段采用可调式工装维形，减少淬火时的变形，时效阶段继续施加预紧力，保持工装的约束力。该方法解决了热处理过程中由于铸件前后端固溶入水存在差异造成的铸件变形问题，适用于结构相对简单或形状较为对称的筒体类或马鞍形铸件。但是对于一些复杂框架类铝合金铸件，在热处理过程中除由于固溶入水差异造成的变形外，还由于铸件本身结构原因在局部形成应力集中而导致铸件在热处理过程中弯曲变形，特别对于平均壁厚只有3?5mm的大型框架类铝合金铸件，尺寸大且结构复杂，变形量更大。
【发明内容】
[0004]为了克服现有铝合金铸件热处理变形控制方法实用性差的不足，本发明提供一种框架类铝合金铸件热处理变形校正方法。该方法在铝合金铸件热处理前，采用可调式工装将铸件前端、铸件中部及铸件后端固定，防止铝合金铸件在固溶及入水过程中出现变形，在固溶完后，在弯曲应力集中的铸件中部区域，施加载荷使铸件中部产生逆弯曲应力方向的变形，然后将铝合金铸件进行人工时效，使铝合金铸件变形区域在铝合金铸件本身结构重力产生的弯曲应力作用下恢复到尺寸误差控制范围内，实现铝合金铸件热处理变形控制，从而有效避免了铝合金铸件的弯曲变形，并使铝合金铸件满足力学性能及尺寸要求。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种框架类铝合金铸件热处理变形校正方法，其特点是包括以下步骤:
[0006]第一步、在靠近铸件前端I部位安装前端可调式工装4，在靠近铸件后端3部位安装后端可调式工装6，在铸件中部2安装中部可调式工装5。三处可调式工装上的定位螺栓10将铸件宽度方向约束紧固，并维持铸件内外侧螺栓的紧固力一致;可调式工装中的上形板8的内腔形状分别与铸件前端1、铸件中部2、铸件后端3放置可调式工装处的铸件外形轮廓尺寸一致，采用紧固螺栓7将上压板9、上形板8和铸件12压紧固定。
[0007]第二步、将固定好的铸件放入热处理炉中水平摆放，并采用耐火砖将铸件前端I及铸件后端3塾实。
[0008]第三步、铸件随炉加热，以50?80°C/h的速度升温至500?510°C，保温0.5?卟，以0.5?l°C/min的升温速度加热到530?540°C，保温8?18h。
[0009]第四步、在10?15秒内将铸件取出，将铸件垂直浸入水中淬火，水温要求25?50°C，铸件在水中停留5?lOmin。
[0010]第五步、将铸件从水中取出，放置在铸铁平台14上，在前端可调式工装4和后端可调式工装6的底部分别放置前垫板13和后垫板15，卸除中部可调式工装5上的紧固螺栓7的预紧力，并在中部可调式工装5的上压板9处采用千斤顶施加逆弯曲应力方向16的均匀载荷，使铸件中部区域在该外力作用下产生变形量。过正量矫形在固溶处理完后I?3h时间内完成。
[0011]第六步、将过正量矫形过的铸件卸除三处可调式工装，水平放入热处理炉内进行时效处理，时效温度160?180°C，保温时间12?18h，铸件随炉冷却。随着铸件的冷却收缩，在原施加过正量变形处，由于受到铸件前后两端自身重量产生的弯曲应力作用，过正量矫形部位尺寸恢复到尺寸误差范围内。
[0012]本发明的有益效果是:该方法在铝合金铸件热处理前，采用可调式工装将铸件前端、铸件中部及铸件后端固定，防止铝合金铸件在固溶及入水过程中出现变形，在固溶完后，在弯曲应力集中的铸件中部区域，施加载荷使铸件中部产生逆弯曲应力方向的变形，然后将铝合金铸件进行人工时效，使铝合金铸件变形区域在铝合金铸件本身结构重力产生的弯曲应力作用下恢复到尺寸误差控制范围内，实现铝合金铸件热处理变形控制，从而有效避免了铝合金铸件的弯曲变形，并使铝合金铸件满足力学性能及尺寸要求。
[0013]本发明采用可调式工装上形板内腔形状与铸件外形相吻合，可快速实现对铸件的紧固约束，不仅节约了校形时间，而且避免了局部应力集中导致的铸件开裂变形现象。
[0014]利用铸件结构的本身受力特点，在易变形区域施加过正量矫形，使铸件在后续时效阶段中自动恢复到初始形态，实现变形过程的可靠控制。
[0015]利用铸件固溶处理后时效处理前处于抗拉强度低、延伸率好、易矫形的特点，实施过正量矫形，避免了因施加外力矫形而导致的铸件开裂现象。
[0016]减少了热处理完后的铸件内部残余应力的分布，避免铸件在今后使用过程中由于残余应力影响而造成变形或断裂。
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0018]图1是本发明框架类铝合金铸件热处理变形校正方法所针对的框架类铝合金铸件结构示意图及可调式工装安装位置简图。
[0019]图2是图1的左视剖视图。
[0020]图3是本发明方法中铸件施加外力过程量矫形简图。
[0021 ]图中，丨-铸件前端，2-铸件中部，3-铸件后端，4-前端可调式工装，5-中部可调式工装，6-后端可调式工装，7-紧固螺栓，8-上形板，9-上压板，10-定位螺栓，11-下底板，12-铸件，13-前垫板，14-铸铁平台，15-后垫板，16-逆弯曲应力方向。
【具体实施方式】
[0022]以下实施例参照图1-3。
[0023]以航空领域内某大型隔框类铸造铝合金构件热处理变形控制为例，其呈长方形框架类结构，外形曲面复杂且内部筋条较多，铸件前端呈V形结构，并向上曲面翘起，铸件后端以U形大平面连接并向上翘起，局部壁厚有12mm，铸件全长2930mm，宽1250mm，高420mm，平均壁厚5mm，合金材料为ZL114A。由于铸件前后两端向上呈曲面翘起，铸件中部受到向上弯曲应力的作用易产生变形，也是该类型铸件在铸造成形及后续热处理过程中防变形控制的难点。该件采用石膏型结合真空增压铸造方法成形生产，不仅铸造时对尺寸精度和表面粗糙度要求很高，而且对热处理时铸件变形控制也要求很严，铸件长度方向上关键部位尺寸控制精度要求在0.I?I.8mm范围内，宽度方向上尺寸精度要求在3.5?6.3mm范围内。性能要求ob > 320MPa,55 > 8%的要求。
[0024]实施例1:
[0025]第一步，铸件前端1、铸件中部2、铸件后端3附近为铸件的关键尺寸控制部位，在距铸件前端I端部8 1mm处安装前端可调式工装4，在距铸件后端3端部620mm处安装后端可调式工装6，在铸件中部2安装中部可调式工装5，其距离前端可调式工装4与后端可调式工装6的间距为700mm;可调式工装主要由紧固螺栓7、上形板8、上压板9、紧固螺栓10和下底板11组成，采用定位螺栓10将铸件宽度方向约束紧固，并维持铸件内外侧螺栓的紧固力一致;可调式工装中的上形板8的内腔形状分别与铸件前端1、铸件中部2、铸件后端3放置可调式工装处的铸件外形轮廓一致，并采用紧固螺栓7将上压板9、上形板8和铸件12压紧固定。
[0026]第二步，将固定好的铸件放入热处理炉中，铸件水平摆放，并采用耐火砖将铸件前端I及后端3垫实。
[0027]第三步，铸件随炉加热，以50°C/h的速度升温至510°C，保温0.5h，以0.5°C/min的升温速度加热到540°C，保温18h。
[0028]