本發(fā)明涉及金屬材料形變熱處理工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高2219鋁合金環(huán)件綜合力學(xué)性能的工藝方法。

背景技術(shù)：

2219鋁合金為Al-Cu-Mn系合金，具有良好的高低溫力學(xué)性能、焊接性能及斷裂韌性，我國(guó)現(xiàn)役運(yùn)載火箭貯箱全面采用了2219鋁合金。隨著我國(guó)重型運(yùn)載火箭的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)尺度不斷增加，貯箱用過(guò)渡環(huán)外徑達(dá)成形所需鑄錠直徑超超大規(guī)格鑄錠凝固冷卻速度較低，且沿徑向冷卻速度不均勻，加之，2219鋁合金中Cu元素含量達(dá)5.8～6.8％，超過(guò)極限溶解度，使得成形鑄錠通常存在大量粗大殘余結(jié)晶相(Al₂Cu相)、嚴(yán)重的晶粒粗大等鑄造缺陷，導(dǎo)致大型環(huán)件成形后綜合力學(xué)性能(尤其是軸向延伸率)不達(dá)標(biāo)。

鋁合金中粗大的殘余結(jié)晶相顆粒易成為應(yīng)力集中和裂紋萌生處，導(dǎo)致材料力學(xué)性能、疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕能力的降低。如何通過(guò)變形工藝優(yōu)化實(shí)現(xiàn)粗大殘余結(jié)晶相的充分破碎，使其在固溶過(guò)程中最大程度的轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w組織的研究鮮有報(bào)道。據(jù)查，相關(guān)研究有2個(gè)中國(guó)文獻(xiàn)，文獻(xiàn)1為北京科技大學(xué)的霍望圖的博士學(xué)位論文《高強(qiáng)7000系鋁合金中析出相協(xié)助的有效晶粒細(xì)化及其成形性》，文獻(xiàn)2為國(guó)內(nèi)201110183388.X號(hào)申請(qǐng)專(zhuān)利。

文獻(xiàn)1主要研究了各種熱變形及過(guò)時(shí)效工藝條件下7000系鋁合金中粗大粒子(結(jié)晶相)的析出規(guī)律，以期獲得盡可能多的粗大粒子，為細(xì)化晶粒做準(zhǔn)備。但未提供相應(yīng)的手段以實(shí)現(xiàn)粗大殘余結(jié)晶相的充分破碎，使其最大程度的溶于鋁基體。

文獻(xiàn)2提出了一種交替使用“變形—高溫固溶”工藝實(shí)現(xiàn)7000系鋁合金中結(jié)晶相的充分固溶，抑制再結(jié)晶。但該工藝需重復(fù)加熱，工藝復(fù)雜，能耗高，且2219鋁合金銅含量高，粗大結(jié)晶相團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，即使重復(fù)使用“變形—高溫固溶”工藝，仍不能解決粗大結(jié)晶相導(dǎo)致的延伸率偏低難題。

晶粒粗大是導(dǎo)致2219鋁合金大型環(huán)件性能不達(dá)標(biāo)的另一個(gè)重要因素。由于鋁合金為體心立方結(jié)構(gòu)，層錯(cuò)能高，較難發(fā)生再結(jié)晶，等徑角擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)等強(qiáng)塑性變形細(xì)化晶粒的方法無(wú)法適應(yīng)大型構(gòu)件的工業(yè)生產(chǎn)，當(dāng)前工業(yè)上大型鋁合金鍛件的晶粒細(xì)化通常是通過(guò)中間形變熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。據(jù)查，通過(guò)中間形變熱處理細(xì)化鋁合金晶粒的工藝方法，公開(kāi)有5個(gè)中國(guó)文獻(xiàn)。文獻(xiàn)3中南大學(xué)林高用的博士論文《高性能7×75系鋁合金厚板加工技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)研究》、文獻(xiàn)4為201410223778.9號(hào)專(zhuān)利、文獻(xiàn)5為201310577265.3號(hào)專(zhuān)利、文獻(xiàn)6為《材料科學(xué)進(jìn)展》1990年10月出版的第5期《形變熱處理細(xì)化7475Al合金的晶粒》、文獻(xiàn)7為201210395033.1號(hào)專(zhuān)利。

文獻(xiàn)3中林高用等人采用了1982年J.Wert等人開(kāi)發(fā)的一種RI-ITMT工藝，工藝步驟為：“固溶淬火—過(guò)時(shí)效—中溫變形—固溶再結(jié)晶處理”。林高用等人通過(guò)采用RI-ITMT工藝，將7000系工業(yè)鋁板(約25mm厚)晶粒尺寸由35μm細(xì)化至8μm，獲得了力學(xué)性能的提高。但是，RI-ITMT工藝需要長(zhǎng)時(shí)間的高溫過(guò)時(shí)效處理，工藝周期長(zhǎng)，能耗大，不能連續(xù)生產(chǎn)。

文獻(xiàn)4對(duì)RI-ITMT工藝進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種適用于7000系鋁合金薄板(約15mm)的“固溶淬火-冷軋-短時(shí)過(guò)時(shí)效-連續(xù)軋制-短時(shí)固溶再結(jié)晶(C-TMT)”形變熱處理工藝方法，該工藝采用“冷軋+短時(shí)過(guò)時(shí)效”代替RI-ITMT工藝的高溫長(zhǎng)時(shí)過(guò)時(shí)效，縮短了工藝時(shí)間。但若將該工藝用于制造大型2219鋁合金環(huán)件，存在以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)C-TMT工藝存在5道工序，工藝路線長(zhǎng)，操作復(fù)雜，不利于大型環(huán)件的工業(yè)生產(chǎn)；(2)C-TMT工藝采用連續(xù)軋制(邊軋邊冷)工藝使7000系薄板獲得變形存儲(chǔ)能，利用了薄板變形過(guò)程中冷卻速度快的特點(diǎn)，無(wú)法適應(yīng)尺寸規(guī)格大、成形過(guò)程溫降速度慢的大型環(huán)件的制造生產(chǎn)；(3)C-TMT工藝連續(xù)軋制變形量達(dá)50～90％，而2219鋁合金中存在大量粗大殘余結(jié)晶相，且環(huán)件尺寸規(guī)格較大，大變形量中低溫變形會(huì)使得環(huán)件存在變形開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)；(4)C-TMT工藝采用了短時(shí)(10～60min)再結(jié)晶固溶實(shí)現(xiàn)7000系鋁合金薄板晶粒的細(xì)化，但2219鋁合金中存在大量粗大殘余結(jié)晶相，短時(shí)再結(jié)晶固溶無(wú)法實(shí)現(xiàn)粗大殘余結(jié)晶相的充分固溶，會(huì)導(dǎo)致材料力學(xué)性能的降低。

文獻(xiàn)5提出了一種適用于7000系鋁合金薄板(約15mm)的“固溶淬火-溫軋-連續(xù)軋制-短時(shí)固溶再結(jié)晶(W-TMT)”形變熱處理專(zhuān)利，該工藝采用“溫軋”代替了C-TMT工藝的“冷軋+短時(shí)過(guò)時(shí)效”處理，進(jìn)一步縮短了工藝流程。但W-TMT工藝其它工藝步驟與C-TMT類(lèi)似，均采用“大變形量的連續(xù)軋制+短時(shí)固溶再結(jié)晶”實(shí)現(xiàn)7000系鋁合金薄板的晶粒細(xì)化，存在文獻(xiàn)4中所述(2)、(3)、(4)3個(gè)缺點(diǎn)，無(wú)法制備組織性能優(yōu)異的大型2219鋁合金環(huán)件。

文獻(xiàn)6提出了一種“固溶-爐冷-連續(xù)軋制-短時(shí)固溶再結(jié)晶”形變熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)了10mm厚7475鋁合金薄板晶粒的顯著細(xì)化。該工藝?yán)脿t冷過(guò)程的慢速冷卻過(guò)程，達(dá)到過(guò)時(shí)效的效果，節(jié)約能源。但爐冷過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，且該工藝與W-TMT和C-TMT工藝類(lèi)似，采用“大變形量(85％)連續(xù)軋制變形+短時(shí)(0.5h)固溶”實(shí)現(xiàn)晶粒的細(xì)化，同樣存在文獻(xiàn)4中所述(2)、(3)、(4)3個(gè)缺點(diǎn)，無(wú)法制備組織性能優(yōu)異的大型2219鋁合金環(huán)件。

文獻(xiàn)7提出了一種“固溶淬火—等徑角擠壓冷變形—短時(shí)再結(jié)晶”形變熱處理工藝，制備了晶粒細(xì)小、力學(xué)性能良好的2618耐熱鋁合金。但等徑角擠壓進(jìn)行強(qiáng)冷變形的處理方法難以應(yīng)用于大型鍛件的工業(yè)生產(chǎn)，且該工藝同樣采用短時(shí)再結(jié)晶固溶實(shí)現(xiàn)晶粒的細(xì)化，不能實(shí)現(xiàn)2219鋁合金殘余結(jié)晶相的充分固溶，不利于大型2219鋁合金環(huán)件性能的提高。

因此，開(kāi)發(fā)一種操作簡(jiǎn)單、工藝周期短并適用于大型2219鋁合金環(huán)形構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)的工藝方法，實(shí)現(xiàn)粗大殘余結(jié)晶相的充分破碎和晶粒的細(xì)化，充分挖掘2219鋁合金性能的潛力，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度與塑性的綜合提高，提升我國(guó)航天大型環(huán)形構(gòu)件的制造水平，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于公開(kāi)一種提高2219鋁合金環(huán)件綜合力學(xué)性能的工藝方法，以實(shí)現(xiàn)大型2219鋁合金環(huán)件粗大殘余結(jié)晶相的充分破碎和晶粒的細(xì)化、等軸化，使得2219鋁合金環(huán)件強(qiáng)度與塑性同時(shí)提高，各向異性減小。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)的提高2219鋁合金環(huán)件綜合力學(xué)性能的工藝方法包括：

步驟1：將坯料加熱至500～520℃，采用四鐓三拔多向鍛造工藝開(kāi)坯，在對(duì)應(yīng)環(huán)件的徑向、軸向、周向三個(gè)方向各進(jìn)行一次鐓拔，鐓粗單次變形量45％～55％，終鍛溫度≥380℃；

步驟2：坯料經(jīng)多向鍛造開(kāi)坯后，在壓機(jī)上進(jìn)行沖孔；

步驟3：將沖孔后坯料重新加熱至460～500℃，在壓機(jī)上進(jìn)行馬架擴(kuò)孔，壓縮環(huán)坯徑向、平整軸向，鍛造變形量40～60％，終鍛溫度≥380℃；

步驟4：分段軋制，包括：

第一階段，將馬架擴(kuò)孔后坯料重新加熱至420～460℃，在輾環(huán)機(jī)上進(jìn)行熱軋，熱軋變形量30～40％；第二階段：將熱軋后的環(huán)件空冷至240～280℃，在輾環(huán)機(jī)上繼續(xù)進(jìn)行中低溫軋制，變形量15～25％；

步驟5：將環(huán)軋成形最終環(huán)件加熱至535～540℃，保溫時(shí)間6～10h，固溶后立即水淬；隨后進(jìn)行2～3％軸向冷壓縮變形及時(shí)效處理，時(shí)效溫度為165±5℃，保溫時(shí)間25～30h。

優(yōu)選的，上述步驟中沖孔、馬架擴(kuò)孔及分段軋制步驟中與坯料接觸的工模具預(yù)熱溫度為350～450℃。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(一)、本發(fā)明采用了“高溫多向鍛造開(kāi)坯技術(shù)”，一方面可以提高2219鋁合金變形時(shí)的塑性，改善變形均勻性，減小變形損傷；另一方面，高溫條件下，銅元素在鋁基體中的溶解度增大，使得粗大Al₂Cu相的含量減少，弱化了Al₂Cu相聚集長(zhǎng)大的傾向，且銅元素在高溫條件下擴(kuò)散速率快，可有效促進(jìn)Al₂Cu相的均勻分布。因此，高溫開(kāi)坯技術(shù)可極大地改善殘余結(jié)晶相團(tuán)聚現(xiàn)象，更好的實(shí)現(xiàn)粗大殘余結(jié)晶相的充分破碎及均勻分布，在后續(xù)的固溶熱處理過(guò)程中使殘余結(jié)晶相更大程度溶于基體，從而提高2219鋁合金環(huán)件的強(qiáng)度和塑性。

(二)、本發(fā)明將常規(guī)熱軋工藝分兩段進(jìn)行，即環(huán)件熱軋一定變形量后空冷至240～280℃，在中低溫條件下軋制變形15～25％，使得環(huán)件獲得一定的變形存儲(chǔ)能，在隨后的固溶過(guò)程中發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化和等軸化，獲得強(qiáng)度與塑性的綜合提高，弱化各向異性。其中上述的中低溫軋制及后續(xù)步驟5中的熱處理可簡(jiǎn)稱(chēng)為“中低溫形變細(xì)晶強(qiáng)化技術(shù)”，本發(fā)明結(jié)合環(huán)件成形的工藝特點(diǎn)，將該“中低溫形變細(xì)晶強(qiáng)化技術(shù)”置于環(huán)件成形的最終階段，一方面可充分利用前期開(kāi)坯、馬架擴(kuò)孔(可簡(jiǎn)稱(chēng)為馬擴(kuò))、熱軋等熱變形過(guò)程中形成的大粒子和積累的變形存儲(chǔ)能，獲得更好的晶粒細(xì)化效果，另一方面，可防止晶粒細(xì)化后繼續(xù)變形發(fā)生晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象(2219晶粒細(xì)化后繼續(xù)變形會(huì)發(fā)生顯著的晶粒長(zhǎng)大)，從而使得細(xì)晶組織可保留至最終環(huán)件。

綜上，相較現(xiàn)有工藝，本發(fā)明的有益之處在于：1)采用高溫多向鍛造開(kāi)坯技術(shù)改善環(huán)件的變形均勻性，充分破碎粗大殘余結(jié)晶相，降低粗大殘余結(jié)晶相導(dǎo)致的應(yīng)力集中效應(yīng)，提高環(huán)件的力學(xué)性能；2)采用“分段中低溫環(huán)軋+固溶熱處理”工藝實(shí)現(xiàn)環(huán)件晶粒的細(xì)化、等軸化，尤其是最終固溶熱處理前采用中低溫變形可使得材料內(nèi)部積累大量位錯(cuò)，增加固溶過(guò)程中靜態(tài)再結(jié)晶形核率，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化，獲得強(qiáng)度與塑性的綜合提高；3)充分利用中低溫環(huán)軋前熱變形獲得的粗大粒子和變形存儲(chǔ)能，相比常規(guī)中間形變熱處理工藝，無(wú)需額外增加預(yù)變形、過(guò)時(shí)效等工藝步驟，而且僅需一次固溶處理(部分傳統(tǒng)的方法需要反復(fù)的固溶處理，并在兩固溶處理之間進(jìn)行形變處理)，具有實(shí)施簡(jiǎn)單、工藝周期短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

下面將參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明環(huán)件按從左到右，從上到下的成形工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明采用“高溫多向鍛造開(kāi)坯+分段中低溫環(huán)軋”工藝成形環(huán)件；

圖3為“高溫多向鍛造開(kāi)坯+分段中低溫環(huán)軋”工藝成形環(huán)件金相組織取樣示意圖；

圖4為“高溫多向鍛造開(kāi)坯+分段中低溫環(huán)軋”工藝成形環(huán)件不同部位金相組織；

圖5為本發(fā)明(a)中“510℃高溫多向鍛造開(kāi)坯”與(b)中“460℃常規(guī)熱鍛開(kāi)坯”工藝成形環(huán)件的SEM(scanning electron microscope，掃描電子顯微鏡)組織對(duì)比；

圖6為本發(fā)明為(a)“高溫多向鍛造開(kāi)坯+分段中低溫環(huán)軋”與(b)“常規(guī)熱鍛開(kāi)坯+460℃連續(xù)熱軋”工藝成形環(huán)件心部金相組織對(duì)比；

圖7為本發(fā)明分別為“高溫多向鍛造開(kāi)坯+分段中低溫環(huán)軋”工藝成形環(huán)件與對(duì)比例的(a)抗拉強(qiáng)度和(b)延伸率的力學(xué)性對(duì)比。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

實(shí)施例1(510℃高溫開(kāi)坯+分段中低溫環(huán)軋)

步驟1：高溫多向鍛造開(kāi)坯。

取一件均勻化后鑄錠在3600噸油壓機(jī)上按圖1所示工藝流程圖進(jìn)行多向鍛造，鍛造前充分預(yù)熱坯料至510℃±10℃，模具預(yù)熱至350～450℃，采用四鐓三拔多向鍛開(kāi)坯，在對(duì)應(yīng)環(huán)件的徑向、軸向、周向三個(gè)方向各進(jìn)行一次鐓拔，鐓粗單次變形量45％～55％。

步驟2：沖孔。

多向鍛造后在壓機(jī)上直接進(jìn)行沖孔，將沖頭充分預(yù)熱至350～450℃。沖孔后空冷至室溫，清理表面毛刺、氧化皮、折疊等缺陷，車(chē)內(nèi)孔，充分清理沖孔時(shí)造成的拉傷缺陷。

步驟3：馬架擴(kuò)孔。

將沖孔后坯料重新加熱至460℃，將與坯料接觸的工模具充分預(yù)熱至350～450℃，在壓機(jī)上進(jìn)行馬架擴(kuò)孔，壓縮環(huán)件徑向，平整軸向，使環(huán)件壁厚不斷減薄，內(nèi)外徑不斷擴(kuò)大，馬架擴(kuò)孔鍛造變形量約50％，馬擴(kuò)后將坯料空冷至室溫。

步驟4：分段環(huán)軋。

將馬架擴(kuò)孔后坯料重新加熱至460℃，在輾環(huán)機(jī)上進(jìn)行環(huán)軋，使環(huán)件壁厚減薄，高度減小，直徑進(jìn)一步擴(kuò)大。環(huán)軋第一階段在460℃溫度下進(jìn)行，軋制變形量35％；環(huán)軋第二階段待環(huán)件溫度冷至240℃開(kāi)始軋制，在240℃溫度下軋制變形20％。最終軋制成形環(huán)件如圖2所示。

步驟5：熱處理。

將最終環(huán)軋成形環(huán)件加熱至535～540℃，保溫時(shí)間8h，固溶后立即水淬；固溶淬火后進(jìn)行2.5％軸向冷壓縮變形(以此冷變形積累位錯(cuò)，促進(jìn)時(shí)效析出，使得強(qiáng)化相密度增大，進(jìn)一步提高材料的性能)；隨后進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效溫度為165℃，保溫時(shí)間25h。熱處理后對(duì)環(huán)件的組織、力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。以圖3的位置點(diǎn)進(jìn)行取樣，圖4所示為實(shí)施例1成形環(huán)件不同部位的金相組織，可見(jiàn)，采用本發(fā)明所述工藝方法可使得環(huán)件發(fā)生完全再結(jié)晶，不同部位組織均勻性較好，平均晶粒尺寸約100μm。

對(duì)比例1(460℃熱鍛開(kāi)坯+460℃連續(xù)熱軋)

由于受各種因素的制約，現(xiàn)有的通過(guò)鍛造變形來(lái)破碎鑄錠組織中的殘余結(jié)晶相所采用的鑄錠預(yù)熱溫度大多都不會(huì)超過(guò)460℃溫度。為此，本對(duì)比例1僅將多向鍛造開(kāi)坯時(shí)坯料的加熱溫度改為460℃±10℃，環(huán)件環(huán)軋成形不分段，在460℃溫度下一火連續(xù)環(huán)軋至目標(biāo)尺寸，其余步驟與實(shí)施例1相同。熱處理后對(duì)環(huán)件的組織、力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。在本對(duì)比例中，由于2219鋁合金中銅含量高達(dá)5.8～6.8％，且大鑄錠中偏析更為嚴(yán)重，易產(chǎn)生粗大殘余結(jié)晶相(Al₂Cu相)，因此，“460℃多向鍛造開(kāi)坯+沖孔+馬架擴(kuò)孔+460℃一火連續(xù)環(huán)軋”成形工藝不能實(shí)現(xiàn)粗大殘余結(jié)晶相的充分破碎，固溶處理后也難以將粗大的殘余結(jié)晶相充分溶解，導(dǎo)致環(huán)件最終性能偏低(延伸率低于4％)。

圖5所示為實(shí)施例1與對(duì)比例1成形環(huán)件的SEM組織對(duì)比。與常規(guī)460℃熱鍛相比，實(shí)施例1通過(guò)采用高溫多向鍛造開(kāi)坯，使得成形環(huán)件中的粗大殘余結(jié)晶相含量減少、分布更均勻。

圖6所示為實(shí)施例1與對(duì)比例1成形環(huán)件心部金相組織對(duì)比。與對(duì)比例1常規(guī)460℃一火連續(xù)熱軋相比，實(shí)施例1通過(guò)將環(huán)件環(huán)軋工藝分兩段執(zhí)行，在環(huán)軋最終階段采用20％變形量的中低溫變形，使得環(huán)件在隨后固溶過(guò)程中發(fā)生了顯著的再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)了晶粒的細(xì)化，平均晶粒尺寸由800μm細(xì)化至約100μm。

對(duì)比例2(510℃高溫開(kāi)坯+460℃連續(xù)熱軋)

本對(duì)比例僅將多向鍛造開(kāi)坯時(shí)坯料的加熱溫度改為460℃±10℃，其余步驟與實(shí)施例1相同。熱處理后對(duì)環(huán)件的組織、力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)比例3(460℃常規(guī)開(kāi)坯+分段中低溫環(huán)軋)

本對(duì)比例僅將環(huán)件環(huán)軋成形不分段，在460℃溫度下一火連續(xù)環(huán)軋至目標(biāo)尺寸，其余步驟與實(shí)施例1相同。熱處理后對(duì)環(huán)件的組織、力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。

圖7所示為實(shí)施例1與上述對(duì)比例1～3成形環(huán)件力學(xué)性能對(duì)比。實(shí)施例1采用高溫多向鍛造開(kāi)坯技術(shù)充分破碎了粗大殘余結(jié)晶相，采用分段中低溫變形工藝實(shí)現(xiàn)了環(huán)件晶粒的細(xì)化，使得成形環(huán)件力學(xué)性能獲得了顯著的提升，其軸向、徑向及周向的抗拉強(qiáng)度和延伸率相比于對(duì)比例1～3均有顯著提升，各向異性減??；尤其是相對(duì)于對(duì)比例1，軸向延伸率提升一倍有余。

值得說(shuō)明的是，通過(guò)本案申請(qǐng)人對(duì)上述實(shí)施例1中相關(guān)參數(shù)的取值區(qū)間進(jìn)行多次試驗(yàn)論證(小試樣實(shí)驗(yàn)研究)，采用下述參數(shù)區(qū)間可以取得與上述實(shí)施例1類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)效果，可為提升運(yùn)載火箭等航天設(shè)備上直徑為3～10米的大型環(huán)件的綜合力學(xué)性能提供支撐，由于其工藝的實(shí)現(xiàn)機(jī)理類(lèi)似，在此就不對(duì)各相關(guān)參數(shù)的邊界及中間值以及各參數(shù)之間的不同取值的各種組合進(jìn)行一一贅述。各工藝步驟相關(guān)參數(shù)區(qū)間的具體范圍包括：

步驟1：將坯料加熱至500～520℃，采用四鐓三拔多向鍛造工藝開(kāi)坯，在對(duì)應(yīng)環(huán)件的徑向、軸向、周向三個(gè)方向各進(jìn)行一次鐓拔，鐓粗單次變形量45％～55％，終鍛溫度≥380℃；

步驟2：坯料經(jīng)多向鍛造開(kāi)坯后，在壓機(jī)上進(jìn)行沖孔；

步驟3：將沖孔后坯料重新加熱至460～500℃，在壓機(jī)上進(jìn)行馬架擴(kuò)孔，壓縮環(huán)坯徑向、平整軸向，鍛造變形量40～60％，終鍛溫度≥380℃；

步驟4：分段軋制，包括：

第一階段，將馬架擴(kuò)孔后坯料重新加熱至420～460℃，在輾環(huán)機(jī)上進(jìn)行熱軋，熱軋變形量30～40％；第二階段：將熱軋后的環(huán)件空冷至240～280℃，在輾環(huán)機(jī)上繼續(xù)進(jìn)行中低溫軋制，變形量15～25％；

步驟5：將環(huán)軋成形最終環(huán)件加熱至535～540℃，保溫時(shí)間6～10h，固溶后立即水淬；隨后進(jìn)行2～3％軸向冷壓縮變形及時(shí)效處理，時(shí)效溫度為165±5℃，保溫時(shí)間25～30h。

此外，考慮上述工藝的變形量因素及其他因素，當(dāng)上述工藝方法應(yīng)用于制造外徑為3～10米的大型環(huán)件時(shí)，其對(duì)應(yīng)的坯料所用鑄錠直徑為0.6～1.4米，以此滿足大型環(huán)件制造的坯料要求(體積充足、高徑比小于2.5)。優(yōu)選的，上述步驟中沖孔、馬架擴(kuò)孔及分段軋制步驟中與坯料接觸的工模具預(yù)熱溫度為350～450℃。基于上述參數(shù)區(qū)間的提高2219鋁合金環(huán)件綜合力學(xué)性能的工藝方法，使得本發(fā)明具有以下有益效果：

(一)、本發(fā)明采用了“高溫多向鍛造開(kāi)坯技術(shù)”，一方面可以提高2219鋁合金變形時(shí)的塑性，改善變形均勻性，減小變形損傷；另一方面，高溫條件下，銅元素在鋁基體中的溶解度增大，使得粗大Al₂Cu相的含量減少，弱化了Al₂Cu相聚集長(zhǎng)大的傾向，且銅元素在高溫條件下擴(kuò)散速率快，可有效促進(jìn)Al₂Cu相的均勻分布。因此，高溫開(kāi)坯技術(shù)可極大地改善殘余結(jié)晶相團(tuán)聚現(xiàn)象，更好的實(shí)現(xiàn)粗大殘余結(jié)晶相的充分破碎及均勻分布，在后續(xù)的固溶熱處理過(guò)程中使殘余結(jié)晶相更大程度溶于基體，從而提高2219鋁合金環(huán)件的強(qiáng)度和塑性。

(二)、本發(fā)明將常規(guī)熱軋工藝分兩段進(jìn)行，即環(huán)件熱軋一定變形量后空冷至240～280℃，在中低溫條件下軋制變形15～25％，使得環(huán)件獲得一定的變形存儲(chǔ)能，在隨后的固溶過(guò)程中發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化和等軸化，獲得強(qiáng)度與塑性的綜合提高，弱化各向異性。其中上述的中低溫軋制及后續(xù)步驟5中的熱處理可簡(jiǎn)稱(chēng)為“中低溫形變細(xì)晶強(qiáng)化技術(shù)”，本發(fā)明結(jié)合環(huán)件成形的工藝特點(diǎn)，將該“中低溫形變細(xì)晶強(qiáng)化技術(shù)”置于環(huán)件成形的最終階段，一方面可充分利用前期開(kāi)坯、馬架擴(kuò)孔(可簡(jiǎn)稱(chēng)為馬擴(kuò))、熱軋等熱變形過(guò)程中形成的大粒子和積累的變形存儲(chǔ)能，獲得更好的晶粒細(xì)化效果，另一方面，可防止晶粒細(xì)化后繼續(xù)變形發(fā)生晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象(2219晶粒細(xì)化后繼續(xù)變形會(huì)發(fā)生顯著的晶粒長(zhǎng)大)，從而使得細(xì)晶組織可保留至最終環(huán)件。

綜上，相較現(xiàn)有工藝，本發(fā)明的有益之處在于：1)采用高溫多向鍛造開(kāi)坯技術(shù)改善環(huán)件的變形均勻性，充分破碎粗大殘余結(jié)晶相，降低粗大殘余結(jié)晶相導(dǎo)致的應(yīng)力集中效應(yīng)，提高環(huán)件的力學(xué)性能；2)采用“分段中低溫環(huán)軋+固溶熱處理”工藝實(shí)現(xiàn)環(huán)件晶粒的細(xì)化、等軸化，尤其是最終固溶熱處理前采用中低溫變形可使得材料內(nèi)部積累大量位錯(cuò)，增加固溶過(guò)程中靜態(tài)再結(jié)晶形核率，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化，獲得強(qiáng)度與塑性的綜合提高；3)充分利用中低溫環(huán)軋前熱變形獲得的粗大粒子和變形存儲(chǔ)能，相比常規(guī)中間形變熱處理工藝，無(wú)需額外增加預(yù)變形、過(guò)時(shí)效等工藝步驟，而且僅需一次固溶處理(部分傳統(tǒng)的方法需要反復(fù)的固溶處理，并在兩固溶處理之間進(jìn)行形變處理)，具有實(shí)施簡(jiǎn)單、工藝周期短、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。