CN104862559A - 一种飞机机翼大梁用铝合金型材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种飞机机翼大梁用铝合金型材及其制备方法，其由以下重量百分比的元素组成：Si0.2-0.4、Zn5.8-6.4、Mg2.4-3.6、Cu1.5-2.5、Mn0.5-1.0、Cr0.3-0.6、Fe0.15-0.25、Ti0.05-0.1、Nb0.1-0.2、Zr0.05-0.1、Cd0.04-0.08、Pb0.03-0.06、Ta0.025-0.045、Sc0.02-0.03、Gd0.01-0.02、Lu0.005-0.015，余量为Al。本发明铝合金型材强度极限和屈服强度高，承受载荷大，韧性好，其抗拉强度≥580MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率≥10%，完全满足飞机机翼大梁的性能要求，经久耐用，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞机机翼大梁用铝合金型材及其制备方法，属于铝合金材料领域。
背景技术
铝合金材料具有密度小，比强度高，比刚度高，弹性好，抗冲击性能良好、耐腐蚀，高导电，高导热，易表面着色，易加工，可回收再生等优良特性，广泛应用于航空航天工业中。随着飞机向大型、高速、多载方向发展,对机翼大梁铝合金材料的强度和韧性要求更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度和韧性优异的飞机机翼大梁用铝合金型材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种飞机机翼大梁用铝合金型材，由以下重量百分比的元素组成：Si 0.2-0.4、Zn 5.8-6.4、Mg 2.4-3.6、Cu 1.5-2.5、Mn 0.5-1.0、Cr 0.3-0.6、Fe 0.15-0.25、Ti 0.05-0.1、Nb 0.1-0.2、Zr 0.05-0.1、Cd 0.04-0.08、Pb 0.03-0.06、Ta 0.025-0.045、Sc 0.02-0.03、Gd 0.01-0.02、Lu 0.005-0.015，余量为Al。
一种飞机机翼大梁用铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
（1）按上述元素组成进行配料，将炉料投入熔炼炉中熔炼，熔炼温度735-755℃，待炉料完全熔化后，调整温度至720-740℃，采用高纯氮气吹入精炼剂精炼，氮气压力为1.3-1.6kg/mm，精炼剂用量为熔体重量的0.15-0.25%，精炼15-25min，精炼后静置20-30min，除去铝液中的氧化夹杂和氢气，扒渣后开始浇铸；
（2）采用半连续直接水冷铸造方法，控制铸造温度为710-730℃，铸造速度65-75mm/min，冷却水流量为1600-1800 L/min,冷却水压 0.1-0.3MPa；
（3）将上述得到的铸锭以70-90℃/h升温至150-180℃，保温1-2h，再以60-80℃/h升温至320-350℃，保温3-6h；然后以80-100℃/h降温至160-190℃，保温1-2h，再以100-150℃/h升温至410-440℃，保温4-8h；然后以60-80℃/h降温至250-280℃，保温2-3h，再以50-70℃/h降温至140-160℃，保温1-2h；然后以140-180℃/h升温至490-510℃，保温5-10h，再以100-150℃/h降温至180-220℃，保温1-2h，空冷至室温；
（4）将上述均匀化处理后的铸锭加热至480-500℃，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为455-475℃，挤压筒预热温度为420-440℃，挤压速率为15-20m/min，出模温度为510-530℃；
（5）将上述挤压成型的铝合金型材强风风冷至220-260℃，然后放入0-3℃冰盐水中降温至50℃以下，再进行拉伸矫直，拉伸变形量控制在0.4-0.8%；
（6）将上述拉伸矫直后的铝合金型材锯切成定尺成品后进行人工时效处理：先以40-50℃/h升温至90-100℃，保温14-18h，再以50-60℃/h升温至190-210℃，保温10-15h，再以45-55℃/h降温至95-105℃，保温14-18h，空冷至室温，然后以85-95℃/h升温至170-190℃，保温12-16h，再以40-50℃/h降温至80-90℃，保温15-20h，空冷至室温，然后以80-90℃/h升温至160-180℃，保温12-16h，空冷至室温。
所述精炼剂的制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化钠10-15、氯化钾 5-10、木炭粉2-4、废玻璃粉3-6、氟硅酸钠4-8、氟化钙3-5、氟铝酸钠 2-4、硅灰石5-10、铝矾土8-12、电石渣4-6；b.将上述硅灰石、铝矾土、电石渣混合均匀，粉碎过200-300目筛，然后加入适量的水湿法球磨12-24h，110-120℃干燥1-2h，再在740-780℃煅烧25-35min，升温至1180-1220℃继续煅烧1-2h，水淬，湿法球磨，烘干，过200-300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至815-835℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌均匀，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200-300目筛即可。
本发明的有益效果：
本发明铝合金型材强度极限和屈服强度高，承受载荷大，韧性好，其抗拉强度≥580MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率≥10%，完全满足飞机机翼大梁的性能要求，经久耐用，应用前景广阔。
具体实施方式
一种飞机机翼大梁用铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量百分比的元素组成为：Si 0.2-0.4、Zn 5.8-6.4、Mg 2.4-3.6、Cu 1.5-2.5、Mn 0.5-1.0、Cr 0.3-0.6、Fe 0.15-0.25、Ti 0.05-0.1、Nb 0.1-0.2、Zr 0.05-0.1、Cd 0.04-0.08、Pb 0.03-0.06、Ta 0.025-0.045、Sc 0.02-0.03、Gd 0.01-0.02、Lu 0.005-0.015，余量为Al进行配料；
（2）将上述配好的炉料投入熔炼炉中熔炼，熔炼温度745℃，待炉料完全熔化后，调整温度至730℃，采用高纯氮气吹入精炼剂精炼，氮气压力为1.4kg/mm，精炼剂用量为熔体重量的0.2%，精炼25min，精炼后静置30min，除去铝液中的氧化夹杂和氢气，扒渣后开始浇铸；
（3）采用半连续直接水冷铸造方法，控制铸造温度为720℃，铸造速度70mm/min，冷却水流量为1800 L/min,冷却水压 0.15MPa；
（4）将上述得到的铸锭以80℃/h升温至160℃，保温1h，再以70℃/h升温至330℃，保温4h；然后以100℃/h降温至170℃，保温1h，再以150℃/h升温至420℃，保温6h；然后以65℃/h降温至280℃，保温2h，再以50℃/h降温至160℃，保温1h；然后以180℃/h升温至510℃，保温8h，再以150℃/h降温至210℃，保温2h，空冷至室温；
（5）将上述均匀化处理后的铸锭加热至495℃，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为470℃，挤压筒预热温度为430℃，挤压速率为18m/min，出模温度为520℃；
（6）将上述挤压成型的铝合金型材强风风冷至240℃，然后放入2℃冰盐水中降温至50℃以下，再进行拉伸矫直，拉伸变形量为0.6%；
（7）将上述拉伸矫直后的铝合金型材锯切成定尺成品后进行人工时效处理：先以50℃/h升温至95℃，保温16h，再以60℃/h升温至205℃，保温12h，再以50℃/h降温至105℃，保温14h，空冷至室温，然后以90℃/h升温至180℃，保温12h，再以45℃/h降温至90℃，保温15h，空冷至室温，然后以85℃/h升温至170℃，保温14h，空冷至室温。
上述精炼剂的制备方法如下：a.称取以下重量（kg）的原料：氯化钠12、氯化钾 8、木炭粉3、废玻璃粉5、氟硅酸钠5、氟化钙4、氟铝酸钠 3、硅灰石7、铝矾土10、电石渣5；b.将上述硅灰石、铝矾土、电石渣混合均匀，粉碎过200目筛，然后加入适量的水湿法球磨24h，120℃干燥1h，再在780℃煅烧30min，升温至1180℃继续煅烧2h，水淬，湿法球磨，烘干，过300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至820℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌均匀，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过300目筛即可。
经检验，制得的铝合金型材化学成分为：Si 0.33%、Zn 6.02%、Mg 3.35%、Cu 2.18%、Mn 0.87%、Cr 0.46%、Fe 0.19%、Ti 0.076%、Nb 0.14%、Zr 0.082%、Cd 0.068、Pb 0.049%、Ta 0.036%、Sc 0.024%、Gd 0.017%、Lu 0.0094%，余量为Al；力学性能为：抗拉强度596MPa，屈服强度468MPa，伸长率14.5%。
Claims (3)
1.一种飞机机翼大梁用铝合金型材，其特征在于，由以下重量百分比的元素组成：Si 0.2-0.4、Zn 5.8-6.4、Mg 2.4-3.6、Cu 1.5-2.5、Mn 0.5-1.0、Cr 0.3-0.6、Fe 0.15-0.25、Ti 0.05-0.1、Nb 0.1-0.2、Zr 0.05-0.1、Cd 0.04-0.08、Pb 0.03-0.06、Ta 0.025-0.045、Sc 0.02-0.03、Gd 0.01-0.02、Lu 0.005-0.015，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的飞机机翼大梁用铝合金型材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按上述元素组成进行配料，将炉料投入熔炼炉中熔炼，熔炼温度735-755℃，待炉料完全熔化后，调整温度至720-740℃，采用高纯氮气吹入精炼剂精炼，氮气压力为1.3-1.6kg/mm，精炼剂用量为熔体重量的0.15-0.25%，精炼15-25min，精炼后静置20-30min，除去铝液中的氧化夹杂和氢气，扒渣后开始浇铸；
（2）采用半连续直接水冷铸造方法，控制铸造温度为710-730℃，铸造速度65-75mm/min，冷却水流量为1600-1800 L/min,冷却水压 0.1-0.3MPa；
（3）将上述得到的铸锭以70-90℃/h升温至150-180℃，保温1-2h，再以60-80℃/h升温至320-350℃，保温3-6h；然后以80-100℃/h降温至160-190℃，保温1-2h，再以100-150℃/h升温至410-440℃，保温4-8h；然后以60-80℃/h降温至250-280℃，保温2-3h，再以50-70℃/h降温至140-160℃，保温1-2h；然后以140-180℃/h升温至490-510℃，保温5-10h，再以100-150℃/h降温至180-220℃，保温1-2h，空冷至室温；
（4）将上述均匀化处理后的铸锭加热至480-500℃，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为455-475℃，挤压筒预热温度为420-440℃，挤压速率为15-20m/min，出模温度为510-530℃；
（5）将上述挤压成型的铝合金型材强风风冷至220-260℃，然后放入0-3℃冰盐水中降温至50℃以下，再进行拉伸矫直，拉伸变形量控制在0.4-0.8%；
（6）将上述拉伸矫直后的铝合金型材锯切成定尺成品后进行人工时效处理：先以40-50℃/h升温至90-100℃，保温14-18h，再以50-60℃/h升温至190-210℃，保温10-15h，再以45-55℃/h降温至95-105℃，保温14-18h，空冷至室温，然后以85-95℃/h升温至170-190℃，保温12-16h，再以40-50℃/h降温至80-90℃，保温15-20h，空冷至室温，然后以80-90℃/h升温至160-180℃，保温12-16h，空冷至室温。
3.根据权利要求2所述的飞机机翼大梁用铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述精炼剂的制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化钠10-15、氯化钾 5-10、木炭粉2-4、废玻璃粉3-6、氟硅酸钠4-8、氟化钙3-5、氟铝酸钠 2-4、硅灰石5-10、铝矾土8-12、电石渣4-6；b.将上述硅灰石、铝矾土、电石渣混合均匀，粉碎过200-300目筛，然后加入适量的水湿法球磨12-24h，110-120℃干燥1-2h，再在740-780℃煅烧25-35min，升温至1180-1220℃继续煅烧1-2h，水淬，湿法球磨，烘干，过200-300目筛，待用；c.将氯化钠和氯化钾混合均匀，加热至815-835℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌均匀，然后倒入冰水中冷淬，得到破碎的颗粒，湿法球磨，烘干，过200-300目筛即可。
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