CN102787263A - 一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，它涉及一种铝合金棒材的制造。本发明要解决现有航天产品用铝合金铆钉棒材非比例延伸强度、抗剪强度、抗拉强度和断后延伸率低的问题。方法：一、合金熔液制备；二、铸造合金铸棒；三、铸棒切断；四、铸棒车皮；五、均匀化退火；六、铸锭加热；七、挤压；八、过模冷拉；九、淬火；十、矫直；十一、时效处理，即制得航天用铝合金铆钉棒材。本发明制备的铝合金棒材的抗拉强度不小于431N/mm2，非比例延伸强度不小于265N/mm2，断后伸长率不小于16％，抗剪强度不小于255N/mm2，满足航天产品的应用要求。本发明可用于航天用铝合金铆钉的加工制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金铆钉棒材的制造方法。
背景技术
目前，我国某项航天用产品需要一种特殊铆钉，要求此种合金棒材抗拉强度达到431N/mm2、非比例延伸强度265N/mm2、断后延伸率16％、抗剪强度255N/mm2，但现有工艺生产的合金的抗拉强度达为339～427N/mm2、断后延伸率10.3～14.5％、抗剪强度245～253N/mm2，因此无法满足航天用品的应用要求。
发明内容
本发明目的是要解决现有铆钉棒材抗拉强度、非比例延伸强度、断后延伸率和抗剪强度较低的问题，提供了一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法。
一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，所述的制造方法按以下步骤实现：一、按铝合金棒材中元素的质量百分比为Mg：0.5％～1.0％、Cr：0.10％～0.20％、Si：0～0.25％、Fe：0～0.35％、Cu：4.5％～5.2％、Mn：0.40％～0.6％、Ti：0.04％～0.12％、Zr：0.1％～0.2％和余量Al的比例称取铝锭、铝锰合金、铝锆合金、铝钛合金、铝铬合金、铜锭和镁锭，并加入到熔炼炉中，在温度为720℃～760℃条件下熔炼3～4小时，得到铝合金熔液；二、将步骤一制得的铝合金熔液在铸造温度为725℃～750℃、铸造速度为90mm/min～95mm/min、冷却水强度为0.01MPa～0.03MPa和冷却水温度为10℃～20℃的条件下铸造成直径为170mm～174mm的铸棒；三、将步骤二制得的铸棒切断，断后长度为500mm～505mm，四、将经过步骤三处理的铸棒车去表面的铸造氧化皮，得到直径为160～164mm的铝合金铸锭；五、将经过步骤四处理的铝合金铸锭在退火温度为510℃～530℃的条件下进行均匀化退火24小时；六、将经步骤五处理的铝合金铸锭放入电阻加热炉中加热至铝合金铸锭的温度为350℃～420℃；七、将经步骤六处理的铝合金铸锭经过铝合金棒材模具挤压，加热温度为380℃～450℃，得到铝合金棒材；八、将步骤七制得的铝合金棒材在变形率为26.5％～36％的条件下通过拉伸模具冷拉；九、将经过步骤八处理的铝合金棒材加热到510℃～520℃，并在此温度下保温40min，然后在0～15s内浸入温度为0～35℃的水中进行淬火；十、将经过步骤九处理的铝合金棒材在变形率为1.0％～3.0％的条件下进行矫直，弯曲度为1.0～1.2/m；十一、将经过步骤十处理的铝合金棒材加热到75℃～85℃，保温12小时进行时效处理，得到航天用铝合金铆钉棒材。
本发明的铝合金棒材中杂质Si≤0.25％、Fe≤0.35％，其他单个杂质≤0.05％，此范围内的杂质对铝合金铆钉棒材的性能没有影响。
本发明通过优化合金成分，挤压之后采用冷拉工艺，优化热处理制度，达到了用户对此合金棒材的综合性能需求，制备的铝合金棒材实体尺寸、表面质量良好，工业生产中成型性能好，综合力学性能优良，通过GB/T228《金属材料室温拉伸性能试验方法》试验抗拉强度不小于431N/mm2，非比例延伸强度不小于265N/mm2，断后伸长率不小于16％；通过GB/T3250《铝及铝合金铆钉线与铆钉剪切试验方法及铆钉线铆接试验方法》试验抗剪强度不小于255N/mm2。适合制作航天用铝合金铆钉。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，按以下步骤实现：一、按铝合金棒材中元素的质量百分比为Mg：0.5％～1.0％、Cr：0.10％～0.20％、Si：0～0.25％、Fe：0～0.35％、Cu：4.5％～5.2％、Mn：0.40％～0.6％、Ti：0.04％～0.12％、Zr：0.1％～0.2％和余量Al的比例称取铝锭、铝锰合金、铝锆合金、铝钛合金、铝铬合金、铜锭和镁锭，并加入到熔炼炉中，在温度为720℃～760℃条件下熔炼3～4小时，得到铝合金熔液；二、将步骤一制得的铝合金熔液在铸造温度为725℃～750℃、铸造速度为90mm/min～95mm/min、冷却水强度为0.01MPa～0.03MPa和冷却水温度为10℃～20℃的条件下铸造成直径为170mm～174mm的铸棒；三、将步骤二制得的铸棒切断，断后长度为500mm～505mm，四、将经过步骤三处理的铸棒车去表面的铸造氧化皮，得到直径为160～164mm的铝合金铸锭；五、将经过步骤四处理的铝合金铸锭在退火温度为510℃～530℃的条件下进行均匀化退火24小时；六、将经步骤五处理的铝合金铸锭放入电阻加热炉中加热至铝合金铸锭的温度为350℃～420℃；七、将经步骤六处理的铝合金铸锭经过铝合金棒材模具挤压，加热温度为380℃～450℃，得到铝合金棒材；八、将步骤七制得的铝合金棒材在变形率为26.5％～36％的条件下通过拉伸模具冷拉；九、将经过步骤八处理的铝合金棒材加热到510℃～520℃，并在此温度下保温40min，然后在0～15s内浸入温度为0～35℃的水中进行淬火；十、将经过步骤九处理的铝合金棒材在变形率为1.0％～3.0％的条件下进行矫直，弯曲度为1.0～1.2/m；十一、将经过步骤十处理的铝合金棒材加热到75℃～85℃，保温12小时进行时效处理，得到航天用铝合金铆钉棒材。
本实施方式中的Si和Fe来源于铝锭的杂质。
本实施方式通过优化合金成分，挤压之后采用冷拉工艺，优化热处理制度，达到了用户对此合金棒材的综合性能需求，制备的铝合金棒材实体尺寸、表面质量良好，工业生产中成型性能好，综合力学性能优良，通过GB/T228《金属材料室温拉伸性能试验方法》试验抗拉强度不小于431N/mm2，非比例延伸强度不小于265N/mm2，断后伸长率不小于16％；通过GB/T3250《铝及铝合金铆钉线与铆钉剪切试验方法及铆钉线铆接试验方法》试验抗剪强度不小于255N/mm2。适合制作航天用铝合金铆钉。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中按铝合金棒材中元素的质量百分比为Mg：0.7％～0.9％、Cr：0.12％～0.16％、Si：0.01％～0.15％、Fe：0.1％～0.25％、Cu：4.6％～5.1％、Mn：0.49％～0.55％、Ti：0.06％～0.10％、Zr：0.12％～0.18％和余量Al的比例，称取铝锭、铝锰合金、铝锆合金、铝钛合金、铝铬合金、铜锭和镁锭。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，步骤一中按铝合金棒材中元素的质量百分比为Mg：0.75％、Cr：0.13％、Si：0.06％、Fe：0.16％、Cu：4.79％、Mn：0.51％、Ti：0.084％、Zr：0.14％和余量Al的比例，称取铝锭、铝锰合金、铝锆合金、铝钛合金、铝铬合金、铜锭和镁锭。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，步骤一中在温度为740℃的条件下熔炼3.5小时。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，步骤二中铸造温度为735℃、铸造速度为93mm/min、冷却水强度为0.02MPa和冷却水温度为15℃。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，步骤三中断后长度为502mm。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，步骤四中得到直径为164mm的铝合金铸锭。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是，步骤五中的铝合金铸锭进行均匀化退火，退火温度为520℃，保温24小时。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是，步骤六中加热至铝合金铸锭的温度为400℃。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是，步骤七中加热温度为410℃。其它与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是，步骤八中的铝合金棒材在变形率为30.5％的条件下通过拉伸模具冷拉。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是，步骤九中的铝合金棒材加热到515℃。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是，步骤十中的铝合金棒材在变形率为2.0％的条件下进行矫直。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是，步骤十一中的铝合金棒材加热到80℃保温12进行时效处理。其它与具体实施方式一至十三之一相同。
用以下试验验证本发明的有益效果：
试验1
一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，所述的制造方法按以下步骤实现：一、按铝合金棒材中元素的质量百分比为Mg：0.75％、Cr：0.13％、Si：0.06％、Fe：0.16％、Cu：4.79％、Mn：0.51％、Ti：0.084％、Zr：0.14％和余量Al的比例，称取铝锭、铝锰合金、铝钛合金、铝铬合金、铜锭和镁锭，并加入到熔炼炉中，在熔炼温度为740℃的条件下熔炼3.5小时，得到铝合金熔液；二、将步骤一制得的铝合金熔液在铸造温度为735℃、铸造速度为93mm/min、冷却水强度为0.02MPa和冷却水温度为15℃的条件下铸造成直径为170mm～174mm的铸棒；三、将步骤二制得的铸棒切断，断后长度为502mm，四、将经过步骤三处理的铸棒车去表面的铸造氧化皮，得到直径为164mm的铝合金铸锭；五、将经过步骤四处理的铝合金铸锭在退火温度为520℃的条件下进行均匀化退火24小时；六、将经步骤五处理的铝合金铸锭放入电阻加热炉中加热至铝合金铸锭的温度为400℃；七、将经步骤六处理的铝合金铸锭经过铝合金棒材模具挤压，加热温度为410℃，得到铝合金棒材；八、将步骤七制得的铝合金棒材在变形率为30.5％的条件下通过拉伸模具冷拉；九、将经过步骤八处理的铝合金棒材加热到510℃～520℃，并在此温度下保温40min，然后在0～15s内浸入温度为0～35℃的水中进行淬火；十、将经过步骤九处理的铝合金棒材在变形率2.0％的条件下进行矫直，弯曲度为1.0～1.2/m；十一、将经过步骤十处理的铝合金棒材加热到75℃～85℃，保温12小时进行时效处理，得到航天用铝合金铆钉棒材。
本试验制备的铝合金棒材实体尺寸、表面质量良好，工业生产中成型性能好，综合力学性能优良，抗拉强度为459N/mm2、非比例延伸强度为332N/mm2、断后延伸率为24％、抗剪强度为265N/mm2。适合制作航天用铝合金铆钉棒材。
Claims (13)
1.一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于所述的制造方法按以下步骤进行的：一、按铝合金棒材中元素的质量百分比为Mg：0.5％～1.0％、Cr：0.10％～0.20％、Si：0～0.25％、Fe：0～0.35％、Cu：4.5％～5.2％、Mn：0.40％～0.6％、Ti：0.04％～0.12％、Zr：0.1％～0.2％和余量Al的比例称取铝锭、铝锰合金、铝锆合金、铝钛合金、铝铬合金、铜锭和镁锭，并加入到熔炼炉中，在温度为720℃～760℃条件下熔炼3～4小时，得到铝合金熔液；二、将步骤一制得的铝合金熔液在铸造温度为725℃～750℃、铸造速度为90mm/min～95mm/min、冷却水强度为0.01MPa～0.03MPa和冷却水温度为10℃～20℃的条件下铸造成直径为170mm～174mm的铸棒；三、将步骤二制得的铸棒切断，断后长度为500mm～505mm，四、将经过步骤三处理的铸棒车去表面的铸造氧化皮，得到直径为160～164mm的铝合金铸锭；五、将经过步骤四处理的铝合金铸锭在退火温度为510℃～530℃的条件下进行均匀化退火24小时；六、将经步骤五处理的铝合金铸锭放入电阻加热炉中加热至铝合金铸锭的温度为350℃～420℃；七、将经步骤六处理的铝合金铸锭经过铝合金棒材模具挤压，加热温度为380℃～450℃，得到铝合金棒材；八、将步骤七制得的铝合金棒材在变形率为26.5％～36％的条件下通过拉伸模具冷拉；九、将经过步骤八处理的铝合金棒材加热到510℃～520℃，并在此温度下保温40min，然后在0～15s内浸入温度为0～35℃的水中进行淬火；十、将经过步骤九处理的铝合金棒材在变形率为1.0％～3.0％的条件下进行矫直，弯曲度为1.0～1.2/m；十一、将经过步骤十处理的铝合金棒材加热到75℃～85℃，保温12小时进行时效处理，得到航天用铝合金铆钉棒材。
2.根据权利要求1所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤一中按铝合金棒材中元素的质量百分比为Mg：0.75％、Cr：0.13％、Si：0.06％、Fe：0.16％、Cu：4.79％、Mn：0.51％、Ti：0.084％、Zr：0.14％和余量是Al的比例，称取铝锭、铝锰合金、铝锆合金、铝钛合金、铝铬合金、铜锭和镁锭。
3.根据权利要求1或2所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤一中在温度为740℃的条件下熔炼3.5小时。
4.根据权利要求3所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤二中铸造温度为735℃、铸造速度为93mm/min、冷却水强度为0.02MPa和冷却水温度为15℃。
5.根据权利要求4所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤三中断后长度为502mm。
6.根据权利要求5所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤四中得到直径为164mm的铝合金铸锭。
7.根据权利要求6所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤五中的铝合金铸锭进行均匀化退火，退火温度为520℃，保温24小时。
8.根据权利要求7所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤六中加热至铝合金铸锭的温度为400℃。
9.根据权利要求8所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤七中加热温度为410℃。
10.根据权利要求9所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤八中铝合金棒材在变形率为30.5％的条件下通过拉伸模具冷拉。
11.根据权利要求10所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤九中铝合金棒材加热到515℃。
12.根据权利要求11所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤十中的铝合金棒材在变形率为2.0％的条件下进行矫直。
13.根据权利要求12所述的一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法，其特征在于步骤十一中的铝合金棒材加热到80℃保温12小时进行时效处理。
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