锻造变形对消除7050合金...管超声波探伤缺陷的工艺研究_王雪强.pdf
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1、0前言7050铝合金是可热处理强化的高强度变形铝合金,可生产厚板、型材、锻件和线材等多种产品。7050铝合金常采用过时效状态,使合金在保持较高强度的水平下,具有韧性好、疲劳强度高和抗应力腐蚀性能好等优良综合性能。我司承接了某型号用7050-T74大型铝合金锻管试制生产任务。这是首次试制大规格的7050锻管,试制中出现了超标超声波点状缺陷导致报废的问题,针对此问题,进行了分析,并提出了解决办法,经实际生产验证,解决方法切实有效。锻管探伤点状缺陷问题,经咨询多位同行业工程师,得到的观点基本一致:归类为冶金缺陷。对此类缺陷的认识及解决措施:控制熔炼过程,提高熔体纯洁度、采取过滤、除气,加强搅拌等方式
2、来减少夹杂物、气体等冶金缺陷。处理方案也基本一致:机加工去除,无法去除则报废。而通过调整锻造操作来控制超声波探伤点状缺陷未见相关文献记录和报道,本文所述尚属首次,可为相关研究提供参考。1问题描述1.1 锻管信息合金状态:7050-T74;锻管执行标准:AMS-A-22771;锻管的典型尺寸:长度3 070 mm,外径612mm,壁厚50 mm;交付状态:热处理+粗加工+超声波探伤;超声波探伤标准:GJB 1580A2019中A级。1.2 工艺路线锻管有多种规格,按内孔尺寸分为大小两类,两类锻管均存在超标点状缺陷。两类锻管成型工艺的区别在于小内孔锻管不进行马架扩孔,而大内孔锻管则需要,其余工序相
3、同。大内孔锻管的工艺路线如下:下料60 MN 压机铸锭改锻60 MN 压机反挤压锯切反挤压筒底60 MN压机马架扩孔60 MN压机芯轴拔长锯切长度端头60 MN压机马架扩孔热处理前粗加工超声波探伤固溶时效取样理化检测最终粗加工超声波探伤验收入库。锻造变形对消除7050合金大型锻管超声波探伤缺陷的工艺研究王雪强,丛镇渔,丁杰,朱宜杰,李宵飞(山东南山铝业股份有限公司,烟台 265700)摘要:经自由锻(芯轴拔长)成形的7050铝合金大型锻管,热处理前超声波探伤合格,热处理后复检发现超标的超声波探伤点状缺陷,且多批次的锻管均存在此类问题。随即停产排查分析原因,相继排查了原材料、热处理和锻造工序,最
4、终确认不良的芯轴拔长方式导致了点状缺陷,缺陷经热处理被放大形成超标超声波点状缺陷。经调整芯轴拔长操作,能够消除大型铝合金锻管中出现的超标超声波点状缺陷。关键词:7050铝合金;锻管;超声波探伤;点状缺陷;芯轴拔长中图分类号:TG319文献标识码:B文章编号:1005-4898(2023)03-0032-04doi:10.3969/j.issn.1005-4898.2023.03.07作者简介:王雪强(1990-),男,山东潍坊人,本科,主要从事铝合金、钛合金及高温合金锻件及模具设计工作。收稿日期:2022-08-082023年第3期总第272期铝加工工艺技术 32王雪强,等:锻造变形对消除70
5、50合金大型锻管超声波探伤缺陷的工艺研究工艺技术1.2 超标超声波探伤点状缺陷的发现及情况介绍锻管锻造结束后在热处理前粗加工至壁厚80 mm,整体见光。粗加工后外圆面超声波探伤,满足GJB 1580A2019中A级探伤标准。但经热处理(固溶+时效)、粗加工至交付尺寸(壁厚50 mm)后外圆面探伤,部分锻管出现了超标超声波单点和多点缺陷。首批共生产了15根锻管,5根因为点状缺陷超标而报废,不合格率33.3%,随即停产,查找分析原因。超声波探伤图中描述了点状缺陷分布情况。从壁厚看,缺陷分布在1/2壁厚与内壁之间,更接近内壁。从长度看,长度多个位置均存在,但两端头缺陷很少,主要分布在中间1 500
6、mm范围内。图1为锻管示意图,表1为4根典型超标锻管超声波探伤结果。图1锻管示意图表1锻造超声波探伤结果序号1#2#3#4#缺陷埋深/mm4834322330缺陷当量/mm2.0+2dB2.0+3dB1.2+2.5dB1.2+4.5dB2.0+1dB距印记端面/mm1 4781 6851 8751 8801 955类型单点单点多点单点经探伤定位,对多个点状缺陷取样、解剖分析。借助扫描电镜和金相显微镜发现:点状缺陷微观形貌基本一致,均为长条的裂缝,典型部位金相图如图2所示。对裂缝内成分组成进行能谱分析,发现裂缝内主要成分为Al2O3,即氧化膜。氧化膜是铝合金中常见冶金缺陷,形貌通常是点状,与此次
7、锻管中发现的长条状氧化膜形貌有明显差别。氧化膜形成机理:铝合金熔炼和铸造过程中,熔体表面与空气接触,因高温氧化反应形成氧化膜,并覆盖在熔体表面,当熔体表面的氧化膜被破碎并卷入熔体内,最后留在铸锭中形成氧化膜缺陷1。50m50m图2缺陷金相图2原因分析2.1 原材料/铸锭检查及分析点状缺陷经分析是氧化膜。同熔次铸锭生产的锻管,只有小部分出现了超标点状缺陷,怀疑某根铸锭头尾切除量不够,缺陷未去除干净。根据熔炼炉号、锭节号查找坯料在原始铸锭的位置。探伤不合格的5根锻管,2根坯料的位置靠近原始铸锭头部,3根坯料的位置接近铸锭中间;探伤合格的10根锻管,坯料位置在原始铸锭头、中、尾均有分布。随即检查原材
8、料。原材料为扁铸锭,原材料入厂复验合格、报告齐全。低倍和断口的氧化膜检查均符合GJB 23511995中类锻件要求。出现超标点状缺陷后,同熔炼炉次铸锭再次复验低倍和断口,经检查氧化膜合格。同熔次铸锭生产的其他锻件,超声波探伤均符合A级,且氧化膜检查合格,其形貌均是点状,不是长条状。经检查原材料和同熔次铸锭投产情况,分析原材料的氧化膜缺陷可能只是产生超标点状缺陷的一个次要原因,主要原因是某个工序将氧化膜由点状变成长条状。锻管热处理前探伤,符合A级,而超标点状缺陷均是热处理后出现的,怀疑是热处理过程出了问题,随即检查热处理过程。2.2 热处理过程检查及分析热处理工艺参数按标准AMS 2772制定,
9、是成熟的工艺参数,已用于多个型号的7050-T74的锻件。经查看热处理记录,装炉要求、间距、炉温曲线等均符合热处理工艺要求。固溶处理炉符合AMS 2750中级,时效炉符合AMS 2750中级,锻管热处理过程中设备运行 33正常,没有超温、超时等异常情况。热处理过程正常,原因分析陷入停滞,再次开会讨论,提出新的观点:缺陷可能不是某个工序导致的,而是多个工序共同作用的结果。锻造和热处理工序涉及锻件组织变化,热处理检查正常,随即检查锻造工序。2.3 锻造工序检查及分析锻造工艺参数按锻造及加热规程制定,经检查锻造工序记录,实测工艺参数均符合工艺要求。对锻造操作进行了对比,改锻、反挤压、扩孔三个锻造工序
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