CN104889194A - 一种大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法 - Google Patents

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郭青苗
汤振雷
胡捷
付鑫
李德富
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Abstract

本发明涉及一种大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，属于金属加工技术领域。首先采用大挤压比挤压Al-Mg系防锈铝合金铸造坯料；然后将挤压坯料进行车削去掉缺陷组织后再进行四道次大变形冷轧，冷轧总加工率为80～90%，轧制两道次后进行表面处理和中间退火消除加工硬化组织，之后再进行后续2道次冷轧；最后将轧制完成后的管材进行表面处理及成品退火。这种方法制造的Al-Mg系防锈铝合金组织均匀细小、性能高、精度高，减少了生产工序，提高了生产率，降低了成本，可保证管材的后续弯曲、扩口、压扁等加工成形性能以及使用中的可靠性，适合于大规模生产，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种大直径细晶Al-Mg系防锈铝合金薄壁管材的制备方法，属于金属加工技术领域。
背景技术
Al-Mg系防锈铝合金中镁含量一般不超过7%，随着含镁量的增加，合金的强度增大，抗拉强度可达400MPa，而塑性则下降。这一类防锈铝合金通常在退火状态、冷作硬化或半冷作硬化状态下使用。Al-Mg系铝合金具有良好的力学性能、抗腐蚀性和焊接成形性，在航天航空工业领域应用广泛。随着现代航空制造业的发展，对结构用Al-Mg系防锈铝合金薄壁管材提出了严格的质量要求。大直径Al-Mg系防锈铝合金薄壁管材主要用于飞机燃油和特设系统中的导管。为保证管材在后续弯曲、扩口、压扁等加工成形性能以及使用中的可靠性，对管材尺寸精度、表面缺陷、高低倍组织及性能方面提出了严格的质量要求。
对于大直径Al-Mg系防锈铝合金薄壁管材，传统是采用拉伸方法生产，由于受力状态不利于变形，因此需要多道次小变形量的拉伸。道次拉伸只能使原金属晶粒拉长而不能破碎，并且每拉伸一个道次，管材毛料都要进行中间工序的退火，导致晶粒逐渐长大。研究表明，“橘皮”组织通常是由粗大的再结晶晶粒经较大冷拉变形而产生的。具有粗大晶粒的多晶体经外力作用时，由于在每个晶粒易变形的晶向上，承受的分力大小不一样，使每个晶粒的变形量和变形方向均不同。为了保持多晶体的完整性，晶粒间必然产生很大应力。这种应力使约束力较小的管材表面晶粒产生各种不同的附加变形，使一些晶粒凸起，另外一些则凹下，当晶粒尺寸足够大时，即表现为宏观可见的“橘皮”组织，从而导致裂纹等缺陷的产生，不能满足性能设计要求。挤压法效率比较高，但精度差、长度受限；旋压法精度比较高，而且组织性能好，但管材的长度受到比较多的限制，且变形不均匀性比较大，容易引起表面裂纹。
现如今，高性能、低成本、大直径细晶Al-Mg系防锈铝合金薄壁管材的制备加工已经成为大规格管材加工制备的瓶颈，急需解决。因此，有必要开发大直径细晶Al-Mg系防锈铝合金薄壁管材的加工制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种材料利用率高、成本低的大直径细晶Al-Mg系防锈铝合金薄壁管材制备加工技术。采用这种技术，可以使铝合金晶粒尺寸达到GB/T3246.2中的1～2级，抗拉强度大于等于150MPa，延伸率大于等于15%，用于制备外径Ф外为60～120mm，壁厚为0.5～2mm的铝合金管材。本发明方法制备的铝合金管在航天，航空，原子能，武器等工业领域起着重要作用，有很好的应用前景。
本发明方法的主要步骤是，首先采用大挤压比挤压Al-Mg系防锈铝合金铸造坯料；然后将挤压坯料进行车削、打磨去掉缺陷组织后再进行四道次大加工率冷轧，冷轧总加工率为80～90%，轧制两道次后进行表面处理和中间退火消除加工硬化组织，之后再进行后续2道次冷轧；最后将轧制完成的管材进行表面处理及成品退火。工艺流程为：铸锭挤压→表面处理→2道次冷轧→表面处理→中间退火→2道次冷轧→表面处理→成品退火。
本发明大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，具体实施步骤包括：
（1）铸锭挤压：将Al-Mg系防锈铝合金铸锭进行大加工率正挤压，得到挤压管坯；
（2）首次表面处理：将步骤（1）中的挤压管坯内、外表面和端面进行车削，然后用砂纸将内、外表面抛光；
（3）退火前轧制：将首次表面处理后的管坯进行2道次大加工率冷轧，得到轧制管坯；
（4）第二次表面处理：将步骤（3）中得到的轧制管坯进行酸洗，去除表面油污、杂质等；
（5）中间退火：将步骤（4）第二次表面处理后的管坯立式放置在热处理炉内进行中间退火，消除加工硬化；
（6）退火后轧制：将步骤（5）中间退火后的管坯再进行2道次大加工率冷轧，得到成品管材；
（7）第三次表面处理：对最终轧制后的成品管材进行酸洗，去除表面油污、杂质等；
（8）成品退火：将步骤（7）中得到的成品管材立式放置在热处理炉内进行成品退火，以保证成品管材的尺寸精度和组织性能。
本发明中，所述大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的直径范围为外径Ф外为60～120mm，壁厚为0.5～2mm，晶粒度为1-2级。
步骤（1）中，所述的Al-Mg系防锈铝合金铸锭尺寸为内径Ф内100～130mm×外径Ф外270～300mm，长度为400mm～500mm，挤压温度为320～500℃，挤压筒的温度为380～500℃，挤压比为10～25；得到挤压管坯的尺寸为内径Ф内55～125mm×外径Ф外75～150mm，壁厚为9mm～15mm。
步骤（2）中，经表面处理后挤压管坯的尺寸为内径Ф内60～120mm×外径Ф外71～146mm，壁厚为5.5～13mm。内径公差在+0.5mm以下，壁厚公差在+0.5mm以下，直线度在±0.01mm以内，同轴度在±0.01mm以内，表面粗糙度控制在Ra3.2以下。
步骤（3）中，首道次加工率为30～45%，第二道次加工率为24～45%，中间退火前总加工率控制在45～65%。
步骤（5）中，所述的中间退火为将轧制管坯立式放置在热处理炉内，热处理温度为300～500℃，到温入炉，保温30～60min，带炉温降到250℃后再出炉，空冷制室温。
步骤（6）中，中间退火后，第一道次加工率控制在30～50%，第二道次加工率控制在40～58%；中间退火前后管材轧制的总加工率控制在80～90%。
步骤（8）中，所述的成品退火为将成品管材立式放置在热处理炉内，热处理温度为350～500℃，到温入炉，保温30～90min，待炉温降到250℃后再出炉，空冷至室温。
本发明的优点：
（1）采用挤压+轧制的加工方式，挤压和轧制时金属的受力状态均为三向压应力，极大的发挥了材料的塑性；
（2）材料的冷变形程度大，畸变能高，退火后管材显微组织中以位错为质点的形核率增多，晶粒明显比拉伸法生产的管材组织晶粒细小；
（3）通过大变形挤压+冷轧+热处理，有利于提高管材的综合性能，减少了生产工序，提高了生产率；
（4）本发明将管材立式放置于热处理内退火，并待炉温降到250℃以后出炉空冷至室温，保证了成品管材的尺寸与外形精度。
总体而言，本发明的细晶粒大直径Al-Mg系薄壁防锈铝合金薄壁管材加工技术，制造的Al-Mg系防锈铝合金组织均匀细小、性能高、精度高，减少了生产工序，提高了生产率，降低了成本，适合于大规模生产，具有显著的经济效益和社会效益。
本发明制备的大直径细晶Al-Mg系防锈铝合金薄壁管材，铝合金晶粒尺寸达到GB/T3246.2中的1～2级，抗拉强度达到大于等于150MPa，延伸率大于等于15%，具有组织细小、强度高，塑形好等特点，可保证管材的后续弯曲、扩口、压扁等加工成形性能以及使用中的可靠性。
具体实施方式
实施例1
大直径（Ф外60×0.75mm）细晶5A06防锈铝合金薄壁管材的制备工艺如下：
5A06防锈铝合金铸锭尺寸为Ф内110mm×Ф外270mm×400mm，将铸锭在450℃，挤压筒温度在480℃挤压，挤压比为24.1，挤压成Ф内57mm×Ф外76mm，壁厚为9.5mm的挤压管坯，将挤压管坯进行车削加工成Ф内60mm×Ф外72mm，壁厚为6mm的管坯，然后分别用400#和600#的砂纸进行抛光。抛光后管坯内径公差+0.4mm，壁厚公差+0.3mm，直线度为+0.01mm，同轴度为+0.01mm，表面粗糙度为Ra3.2。抛光后的管坯进行四道次冷轧，冷轧加工率分配为31.6%、25.3%、47.9%、57.9%，退火前后管材轧制的总加工率为88.8%。在第二道次冷轧后进行常规酸洗，将常规酸洗后的管坯立式放置于热处理炉内进行430℃保温60min的中间退火，到温装炉，待炉温降至250℃后出炉空冷至室温；将第四道次轧制并进行常规酸洗后得成品管材立式放置于热处理炉内进行450℃保温90min的成品退火，待炉温降至250℃后出炉空冷至室温，得到Ф外60×0.75mm的细晶5A06防锈铝合金薄壁管材。
经取样分析，该管材的晶粒度为GB/T3246.2中的2级，抗拉强度为325MPa，延伸率为22%，并将管材取样进行弯曲、扩口和压扁试验后，内外表面均无裂纹和橘皮现象。
实施例2
大直径（Ф外80×1mm）细晶5083防锈铝合金薄壁管材的制备工艺如下：
5083防锈铝合金铸锭尺寸为Ф内110mm×Ф外290mm×450mm，将铸锭在420℃，挤压筒温度在450℃挤压，挤压比为16.7，挤压成Ф内78mm×Ф外102mm，壁厚为12mm的挤压管坯，将挤压管坯进行车削加工成Ф内82mm×Ф外98mm，壁厚为8mm的管坯，然后分别用400#和600#的砂纸进行抛光。抛光后管坯内径公差+0.3mm，壁厚公差+0.2mm，直线度为+0.01mm，同轴度为+0.01mm，表面粗糙度为Ra3.2。抛光后的管坯进行四道次冷轧，冷轧加工率分配为43.8%、33.6%、39.8%、51.2%，中间退火前后管材轧制的总加工率为89%。在第二道次冷轧后进行常规酸洗，将常规酸洗后的管坯立式放置于热处理炉内进行300℃保温50min的中间退火，到温装炉，待炉温降至250℃后出炉空冷至室温；将第四道次轧制并进行常规酸洗后得成品管材立式放置于热处理炉内进行400℃保温40min的成品退火，待炉温降至250℃后出炉空冷至室温，得到Ф外80×1mm的细晶5083防锈铝合金薄壁管材。
经取样分析，该管材的晶粒度为GB/T3246.2中的2级，抗拉强度为235MPa，延伸率为31.5%，并将管材取样进行弯曲、扩口和压扁试验后，内外表面均无裂纹和橘皮现象。
实施例3
大直径（Ф外120×2mm）细晶5052防锈铝合金薄壁管材的制备工艺如下
5052防锈铝合金铸锭尺寸为Ф内114mm×Ф外300mm×500mm，将铸锭在450℃，挤压筒温度在430℃挤压，挤压比为10.3，挤压成Ф内115mm×Ф外144mm，壁厚为14.5mm的挤压管坯，将挤压管坯进行车削加工成Ф内120mm×Ф外140mm，壁厚为10mm的管坯，然后分别用400#和600#的砂纸进行抛光。抛光后管坯内径公差+0.3mm，壁厚公差+0.4mm，直线度为-0.01mm，同轴度为+0.01mm，表面粗糙度为Ra3.2。抛光后的管坯进行四道次冷轧，冷轧加工率分配为37.3%、24.6%、31.4%、44%，中间退火前后管材轧制的总加工率为81.8%。在第二道次冷轧后进行常规酸洗，将常规酸洗后的管坯立式放置于热处理炉内进行380℃保温60min的中间退火，到温装炉，待炉温降至250℃后出炉空冷至室温；将第四道次轧制并进行常规酸洗后得成品管材立式放置于热处理炉内进行400℃保温60min的成品退火，待炉温降至250℃后出炉空冷至室温，得到Ф外120×2mm的细晶5A06防锈铝合金薄壁管材。
经取样分析，经取样分析，该管材的晶粒度为GB/T3246.2中的2级，抗拉强度为215MPa，延伸率为22.5%，并将管材取样进行弯曲、扩口和压扁试验后，内外表面均无裂纹和橘皮现象。
实施例4
大直径（Ф外100×1.5mm）细晶5A02防锈铝合金薄壁管材的制备工艺如下：
5A02防锈铝合金铸锭尺寸为Ф内105mm×Ф外290mm×500mm，将铸锭在380℃，挤压筒温度在400℃挤压，挤压比为10.7，挤压成Ф内98mm×Ф外128mm，壁厚为15mm的挤压管坯，将挤压管坯进行车削加工成Ф内101mm×Ф外125mm，壁厚为12mm的管坯，然后分别用400#和600#的砂纸进行抛光。抛光后管坯内径公差+0.1mm，壁厚公差+0.2mm，直线度为-0.01mm，同轴度为+0.01mm，表面粗糙度为Ra3.2。抛光后的管坯进行四道次冷轧，冷轧加工率分配为34.4%、44.8%、48.8%、41.2%，中间退火前后管材轧制的总加工率为88.6%。在第二道次冷轧后进行常规酸洗，将常规酸洗后的管坯立式放置于热处理炉内进行400℃保温40min的中间退火，到温装炉，待炉温降至250℃后出炉空冷至室温；将第四道次轧制并进行常规酸洗后得成品管材立式放置于热处理炉内进行420℃保温60min的成品退火，待炉温降至250℃后出炉空冷至室温，得到Ф外100×1.5mm的细晶5A02防锈铝合金薄壁管材。
经取样分析，该管材的晶粒度为GB/T3246.2中的2级，抗拉强度为203MPa，延伸率为27.2%，并将管材取样进行弯曲、扩口和压扁试验后，内外表面均无裂纹和橘皮现象。

Claims (10)

1.一种大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，包括如下步骤：
（1）铸锭挤压：将Al-Mg系防锈铝合金铸锭进行大加工率正挤压，得到挤压管坯；
（2）首次表面处理：将挤压管坯内、外表面和端面进行车削，然后用砂纸将内、外表面抛光；
（3）退火前轧制：将首次表面处理后的管坯进行2道次大加工率冷轧，得到轧制管坯；
（4）第二次表面处理：将得到的轧制管坯进行酸洗，去除表面油污、杂质；
（5）中间退火：将第二次表面处理后的管坯进行立式热处理，消除加工硬化；
（6）退火后轧制：将中间退火后的管坯再进行2道次大加工率冷轧，得到成品管材；
（7）第三次表面处理：对成品管材进行酸洗，去除表面油污、杂质；
（8）成品退火：将得到的成品管材立式放置在热处理炉内进行成品退火。
2.根据权利要求1所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的外径为60～120mm，壁厚为0.5～2mm，晶粒度为1-2级。
3.根据权利要求1所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：所述的Al-Mg系防锈铝合金铸锭尺寸为Ф内100～130mm×Ф外270～300mm。
4.根据权利要求3所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：所述的Al-Mg系防锈铝合金铸锭的挤压温度为320～500℃，挤压筒的温度为380～500℃，挤压比为10～25。
5.根据权利要求1所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：所述的挤压管坯的尺寸为Ф内55～125mm×Ф外75～150mm，壁厚为9mm～15mm。
6.根据权利要求1所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：经首次表面处理后挤压管坯的尺寸为Ф内60～120mm×Ф外71～146mm，壁厚为5.5～13mm；内径公差在+0.5mm以下，壁厚公差在+0.5mm以下，直线度在±0.01mm以内，同轴度在±0.01mm以内，表面粗糙度控制在Ra3.2以下。
7.根据权利要求1所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：将首次表面处理后的管坯进行2道次大加工率冷轧，首道次加工率为30～45%，第二道次加工率为24～45%，中间退火前总加工率控制在45～65%。
8.根据权利要求1所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：所述的中间退火为将轧制管坯立式放置在热处理炉内，热处理温度为300～500℃，到温入炉，保温30～60min，带炉温降到250℃后再出炉，空冷至室温。
9.根据权利要求1所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：将中间退火后的管坯再进行2道次大加工率冷轧，第一道次加工率控制在30～50%，第二道次加工率控制在40～58%；中间退火前后管材轧制的总加工率控制在80～90%。
10.根据权利要求1所述的大直径细晶防锈铝合金薄壁管材的制备方法，其特征在于：所述的成品退火为将成品管材立式放置在热处理炉内，热处理温度为350～500℃，到温入炉，保温30～90min，待炉温降到250℃后再出炉，空冷至室温。
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