文/陳超，袁小龍，張屹·天仟重工有限公司

風(fēng)機鋁合金葉片鍛造及熱處理工藝研究

文/陳超，袁小龍，張屹·天仟重工有限公司

陳超，技術(shù)開發(fā)部副部長，熱處理車間主任，工程師，主要從事葉片類產(chǎn)品熱處理工藝開發(fā)工作。

鋁合金具有比重小、耐蝕性好、比強度高、易加工等特點，在風(fēng)機制造領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用，如葉輪、葉片等。但強度相對有限仍然是制約其應(yīng)用范圍的主要原因，特別是作為風(fēng)機的核心零部件葉輪和葉片，其強度是決定風(fēng)機安全運轉(zhuǎn)和使用壽命的首要指標(biāo)。目前風(fēng)機鋁合金葉片多采用精密澆鑄的工藝制造，工藝簡單、成本低，但受限于工藝方法，葉片內(nèi)部存在氣孔、夾雜等缺陷，導(dǎo)致葉片綜合力學(xué)性能不足。改善鋁合金葉片綜合力學(xué)性能的方法主要有三種；一是開發(fā)新型鋁合金材料；二是采用壓力鑄造；三是鍛造。

本文采用鐓頭→自由鍛→模鍛的鍛造工藝方法制造風(fēng)機鋁合金葉片，不存在氣孔和夾雜等缺陷，金屬流線好，葉片綜合力學(xué)性能優(yōu)異，安全性和使用壽命大幅提高。

表1 2A50鋁合金成分（wt.%）

材料及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

材料及采用標(biāo)準(zhǔn)

材料為2A50，原材料要求按GB/T 3191-2010標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，其化學(xué)成分如表1：

技術(shù)要求

鍛制風(fēng)機鋁葉片的常溫力學(xué)性能要求如表2：

表2 2A50鋁合金常溫力學(xué)性能要求

工藝方案

工藝流程

鐓頭→自由鍛制坯→模鍛→切邊→熱處理及校正。

鍛造工序嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)移時間，避免坯料溫度急速降低不能滿足鍛造溫度要求，同時嚴(yán)格控制坯料變形量，避免鍛件產(chǎn)生開裂等缺陷。

鐓頭

風(fēng)機葉片體積較大、葉身展幅寬，葉根到葉身的厚度變化大，鋁合金棒料拔長難度高，因此自由鍛無法獨立完成制坯。增加鐓頭工序，通過擠壓變形可以有效的合理分配坯料，并且節(jié)省原材料。鐓頭工序在3000t油壓機上完成。

鐓頭后效果圖如圖1所示：

圖1 鐓頭后效果圖

自由鍛

坯料經(jīng)鐓頭后，通過自由鍛進(jìn)一步展開葉身部分，減小模鍛變形量，有利于充型。自由鍛工序在3t電液錘上完成。

模鍛

坯料一次模鍛成形。模鍛工序在20000t電動螺旋壓力機上完成。

切邊

鋁合金葉片鍛件飛邊薄、延展寬，采用砂輪機人工切邊，不影響生產(chǎn)效率，同時可以有效降低生產(chǎn)成本。切邊后再進(jìn)行打磨。

鋁合金葉片鍛件如圖2所示：

圖2 鋁合金葉片鍛件

熱處理及校正

鍛件通過熱處理調(diào)整綜合力學(xué)性能，熱處理工藝方法為固溶+時效。葉片經(jīng)固溶后立即在鍛模上進(jìn)行冷校正，然后再進(jìn)行時效處理。熱處理工藝方案如表3：

表3 熱處理工藝方案

表4 性能檢測結(jié)果

表4為性能檢測結(jié)果，檢測結(jié)果表明：經(jīng)熱處理后，試樣硬度偏高，延伸率不足，未達(dá)到技術(shù)要求。風(fēng)機葉片要求有高強度的同時須保持足夠的韌性。調(diào)整熱處理工藝方案，如表5：

表5 熱處理工藝方案

表6 性能檢測結(jié)果

工藝調(diào)整后，從表6性能檢測結(jié)果可見各項指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，抗拉強度有所降低，延伸率得到了保證，因此采用表5中的熱處理工藝方案。

結(jié)論

材料化學(xué)成分近似2A50的鑄造鋁合金風(fēng)機葉片，其抗拉強度一般在230～280MPa之間，延伸率8%～12%。而采用鍛造的工藝方案，葉片強度提高約50%，延伸率也有一定提高，綜合力學(xué)性能優(yōu)于鑄造鋁合金風(fēng)機葉片?？梢?，采用鍛造的工藝方案制造風(fēng)機葉片是提高葉片安全性及壽命的有效方法。

展望

鋁及鋁合金是用途范圍和用量僅次于鐵及鐵合金的金屬材料，提高鋁合金的強度不僅能夠拓寬其使用范圍，更重要的是能提高它的使用壽命和安全性，更好地服務(wù)于工業(yè)。據(jù)有關(guān)資料介紹，采用壓力鑄造的工藝方法，鋁合金的組織更加致密，綜合力學(xué)性能可在重力澆鑄的基礎(chǔ)上提高約20%，材料利用率達(dá)到87%。而本文介紹的鍛造工藝方案，鋁合金葉片內(nèi)部組織缺陷減少，綜合力學(xué)性能大幅提高?？梢姡X合金鍛造是更優(yōu)于壓力鑄造的工藝方法。

本文中的鍛造鋁合金葉片，其從棒料到成品的材料利用率約60%，與壓力鑄造鋁合金葉片相比有所不及，主要原因在于葉片從葉根到葉身截面變化大，容易產(chǎn)生表面折疊等缺陷，導(dǎo)致葉片的設(shè)計余量大，增加了葉片制造成本。隨著工藝技術(shù)水平提高，工藝方法不斷完善，鍛造葉片的材料利用率也將不斷提高，鍛造鋁合金葉片必將得到更廣泛的應(yīng)用。