CN102337435A - 一种铝合金管材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
针对现有的7系铝合金管材存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率低的问题，本发明提供一种铝合金管材，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0.25%，Cu：2.0-2.6%，Mn≤0.10%，Mg：2.3-3.0%，Cr≤0.05%，Zn：8.0-9.0%，Ti≤0.03%，Zr：0.10-0.20%，Be：0.0002-0.002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。本发明同时提供一种一种铝合金管材的制造方法，依次包括一、原材料配比、熔炼、铸造；二、均匀化退火；三、将铝合金空心圆铸锭挤压成管材；四、淬火；五、时效的步骤。本发明可以使铝合金管材的抗拉强度达到650MPa～690MPa、屈服强度为600MPa～630MPa、延伸率7.0～9.0%。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金挤压管材及其制造方法。
背景技术
Al-8.5Zn-2.5Mg-2.2Cu合金（属于7xxx 系合金）具有比强度高、加工性能好、抗腐蚀性能较好等优点，被广泛应用于各种飞机的机身、蒙皮、机翼梁、桁条以及飞机和火箭中的高强度结构零件等的制造，是航空航天领域中不可缺少的重要结构材料。
对于7系高强高韧铝合金，其铸造难度较其它铝合金要高，DC（Direct Chilling Casting）铸造的发明大大推动了铝合金加工技术的发展。此后，除了采用铸轧和带式连铸生产薄板坯之外，几乎所有用于压力加工的铝合金锭坯，都采用DC铸造技术制备。
铝合金的锭坯通常都采用立式DC铸造，为提高生产率，均采用多根连铸。但在铸造较大直径φ290mm的圆铸锭，且其Zn含量较高时，容易产生炸裂、疏松、粗晶环等缺陷。
现有的7系铝合金管材存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率低的问题，而目前没有哪一种方法能够显著提高7系铝合金管材的抗拉强度、屈服强度及延伸率。
发明内容
针对现有的7系铝合金管材存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率低的问题，本发明提供一种铝合金管材及其制造方法，可有效解决上述问题。
所述目的是通过如下方案实现的：
一种铝合金管材，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.0-2.6%， Mn≤0.10%，Mg：2.3-3.0%，Cr≤0.05%，Zn：8.0-9.0%，Ti≤0.03%，Zr：0.10-0.20%，Be：0.0002-0.002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
优选方案为，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.1%， Mn≤0.10%，Mg：2.9%，Cr≤0.05%，Zn：8.5%，Ti≤0.03%，Zr：0.15%，Be：0.0018%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
优选方案为，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.5%， Mn≤0.10%，Mg：2.4%，Cr≤0.05%，Zn：8.2%，Ti≤0.03%，Zr：0.18%，Be：0.0003%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
优选方案为，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.3%， Mn≤0.10%，Mg：2.6%，Cr≤0.05%，Zn：8.8%，Ti≤0.03%，Zr：0.11%，Be：0.001%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
本发明同时提供一种铝合金管材的制造方法，依次包括以下步骤：
一、按照元素质量百分比Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.0-2.6%， Mn≤0.10%，Mg：2.3-3.0%，Cr≤0.05%，Zn：8.0-9.0%，Ti≤0.03%，Zr：0.10-0.20%，Be：0.0002-0.002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，其余为Al，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700℃～750℃的条件下熔炼5～6h，然后按熔炼炉中金属质量的0.5%～0.6%加入覆盖剂，在700℃～750℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31～33.5﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以430～460mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80～90；
四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690℃～720℃、水压为0.03～0.10MPa、速度为20～55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金空心圆铸锭；
所述步骤四的方案还可以用下述方案代替：将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690℃～720℃、水压为0.03～0.10MPa、速度为20～55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成φ290mm、长度为3.5m的铝合金圆铸锭，再经过后期加工成为空心圆铸锭。
五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成挤压坯料；
六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到465℃～475℃、保温20h～25h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至390℃～430℃并保温0.5h～1.5h，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为380℃～450℃的挤压机的挤压筒内，以0.5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1.5～2.5%；
八、将步骤七得到的挤压管材在温度为465℃～475℃、保温时间为0.5h～1.5h、转移时间＜30s、冷却水的温度为＜35℃的条件下淬火；
九、将步骤八得到的管材在温度为110℃～130℃、保温时间为20h～26h条件下时效。
步骤二中所述的覆盖剂是2号熔剂，按质量百分比由50%KCl和50% NaCl混合而成。
所述空心圆铸锭的外径及内径分别为φ262mm/φ120mm，长度为600～615mm；或者为φ162mm/φ130mm、长度为190mm；
步骤五中，将圆铸锭车皮、锯切成φ254mm/φ130mm×600mm的挤压坯料。
步骤七中，所述挤压机的挤压筒外径与内径分别为φ262mm/φ135mm。
本发明的方法制造的铝合金管材，通过铝合金中元素含量比的严格控制和合理的热处理工艺制定，使铝合金管材的抗拉强度为650MPa～690MPa、屈服强度为600MPa～630MPa、延伸率7.0～9.0%，本发明的方法使铝合金微观组织均匀、细化，并获得了良好的综合性能。
具体实施方式：
下面详细阐述本发明优选的实施方式。
实施例一：
本实施例提供一种铝合金管材的制造方法，依次包括以下步骤：
一、按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.1%， Mn≤0.10%，Mg：2.9%，Cr≤0.05%，Zn：8.5%，Ti≤0.03%，Zr：0.15%，Be：0.0018%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700℃的条件下熔炼5.5h，然后按熔炼炉中金属质量的0.55%加入2号熔剂，所述2号熔剂按质量百分比由50%KCl和50% NaCl混合而成。然后，在700℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为32﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以450mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80～90；
四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为710℃、水压为0.05MPa、速度为35mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成φ262mm/φ120mm，长度为600—615mm的铝合金空心圆铸锭；
五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成φ254mm/φ130mm×600mm的挤压坯料；
六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到470℃、保温20h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至390℃并保温0.5h，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为380℃的φ262mm/φ135mm的挤压机的挤压筒内，以0.5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1.5—2.5%；
八、将步骤七得到的挤压管材在温度为465℃、保温时间为1.5h、转移时间＜30s、冷却水的温度为＜35℃的条件下淬火；
九、将步骤八得到的管材在温度为110℃、保温时间为20h条件下时效。
实验证明，用本实施例所述方法得到的铝合金管材的抗拉强度为655MPa、屈服强度为625MPa、延伸率8.0%。
实施例二：
本实施例提供一种铝合金管材的制造方法，依次包括以下步骤：
一、按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.5%， Mn≤0.10%，Mg：2.4%，Cr≤0.05%，Zn：8.2%，Ti≤0.03%，Zr：0.18%，Be：0.0003%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在730℃的条件下熔炼6h，然后按熔炼炉中金属质量的0.5%加入2号熔剂，所述2号熔剂按质量百分比由50%KCl和50% NaCl混合而成。然后，在730℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以430mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80～90；
四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690℃℃、水压为0.03MPa、速度为20mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成φ262mm/φ120mm、长度为600～615mm的铝合金空心圆铸锭；
五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成φ254mm/φ130mm×600mm的挤压坯料；
六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到475℃、保温20h～25h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至415℃并保温1.5h，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为415℃的φ262mm/φ135mm的挤压机的挤压筒内，以0.5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1.5—2.5%；
八、将步骤七得到的挤压管材在温度为475℃、保温时间为0.5h、转移时间＜30s、冷却水的温度为＜35℃的条件下淬火；
九、将步骤八得到的管材在温度为130℃、保温时间为26h条件下时效。
实验证明，用本实施例所述方法得到的铝合金管材的抗拉强度为690MPa、屈服强度为640MPa、延伸率8.8%。
实施例三：
本实施例提供一种铝合金管材的制造方法，依次包括以下步骤：
一、按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.3%， Mn≤0.10%，Mg：2.6%，Cr≤0.05%，Zn：8.8%，Ti≤0.03%，Zr：0.11%，Be：0.001%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在750℃的条件下熔炼5h，然后按熔炼炉中金属质量的0.6%加入2号熔剂，所述2号熔剂按质量百分比由50%KCl和50% NaCl混合而成。然后，在750℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为33.5﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以460mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80～90；
四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为720℃、水压为0.10MPa、速度为55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成φ262mm/φ120mm、长度为600～615mm的铝合金空心圆铸锭；
五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成φ254mm/φ130mm×600mm的挤压坯料；
六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到465℃保温22h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至430℃并保温1h，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为450℃的φ262mm/φ135mm的挤压机的挤压筒内，以0.5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1.5～2.5%；
八、将步骤七得到的挤压管材在温度为470℃、保温时间为1h、转移时间＜30s、冷却水的温度为＜35℃的条件下淬火；
九、将步骤八得到的管材在温度为120℃、保温时间为23h条件下时效。
实验证明，用本实施例所述方法得到的铝合金管材的抗拉强度为678MPa、屈服强度为630MPa、延伸率9.0%。
实施例四：
本实施例与实施例三的区别点只在于，用下述方案代替步骤四所述方案：将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690℃～720℃、水压为0.03～0.10MPa、速度为20～55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成φ290mm、长度为3.5m的铝合金圆铸锭，再经过后期加工成为空心圆铸锭。后期加工工序为钻孔→粗车外皮→镗孔→精车内孔→精车外皮。
实验证明，用本实施例所述方法得到的铝合金管材的抗拉强度为678MPa、屈服强度为635MPa、延伸率9.0%。
上述实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要是没有超出本专利的精神实质，都示为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铝合金管材，其特征在于，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.0-2.6%， Mn≤0.10%，Mg：2.3-3.0%，Cr≤0.05%，Zn：8.0-9.0%，Ti≤0.03%，Zr：0.10-0.20%，Be：0.0002-0.002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
2.根据权利要求1所述的铝合金管材，其特征在于，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.1%， Mn≤0.10%，Mg：2.9%，Cr≤0.05%，Zn：8.5%，Ti≤0.03%，Zr：0.15%，Be：0.0018%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
3.根据权利要求1所述的铝合金管材，其特征在于，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.5%， Mn≤0.10%，Mg：2.4%，Cr≤0.05%，Zn：8.2%，Ti≤0.03%，Zr：0.18%，Be：0.0003%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
4.根据权利要求1所述的铝合金管材，其特征在于，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.3%， Mn≤0.10%，Mg：2.6%，Cr≤0.05%，Zn：8.8%，Ti≤0.03%，Zr：0.11%，Be：0.001%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
5.一种前述权利要求铝合金管材的制造方法，其特征在于依次包括以下步骤：
一、按照元素质量百分比Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.0-2.6%， Mn≤0.10%，Mg：2.3-3.0%，Cr≤0.05%，Zn：8.0-9.0%，Ti≤0.03%，Zr：0.10-0.20%，Be：0.0002-0.002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，其余为Al，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700℃～750℃的条件下熔炼5～6h，然后按熔炼炉中金属质量的0.5%～0.6%加入覆盖剂，在700℃～750℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31～33.5﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以430～460mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80～90；
四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690℃～720℃、水压为0.03～0.10MPa、速度为20～55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金空心圆铸锭；
五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成挤压坯料；
六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到465℃～475℃、保温20h～25h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至390℃～430℃并保温0.5h～1.5h，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为380℃～450℃的挤压机的挤压筒内，以0.5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1.5～2.5%；
八、将步骤七得到的挤压管材在温度为465℃～475℃、保温时间为0.5h～1.5h、转移时间＜30s、冷却水的温度为＜35℃的条件下淬火；
九、将步骤八得到的管材在温度为110℃～130℃、保温时间为20h～26h条件下时效。
6.根据权利要求5所述铝合金管材的制造方法，其特征在于步骤二中所述的覆盖剂是2号熔剂，按质量百分比由50%KCl和50% NaCl混合而成。
7.根据权利要求5所述铝合金管材的制造方法，其特征在于用下述方案代替步骤四所述方案：将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690℃～720℃、水压为0.03～0.10MPa、速度为20～55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成φ290mm、长度为3.5m的铝合金圆铸锭，再经过后期加工成为空心圆铸锭。
8.根据权利要求5或7所述铝合金管材的制造方法，其特征在于所述空心圆铸锭的外径及内径分别为φ262mm/φ120mm，长度为600～615mm；或者为φ162mm/φ130mm、长度为190mm。
9.根据权利要求8所述铝合金管材的制造方法，其特征在于步骤五中，将圆铸锭车皮、锯切成φ254mm/φ130mm×600mm的挤压坯料。
10.根据权利要求9所述铝合金管材的制造方法，其特征在于步骤七中，所述挤压机的挤压筒外径与内径分别为φ262mm/φ135mm。
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