CN105274408A - 一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，它涉及一种铝合金铆钉线材的制造方法。本发明目的是要解决现有铆钉线材抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后延伸率和抗剪切强度较低的问题。方法：一、制备铝合金熔液；二、铸造合金铸棒；三、铸棒定尺切断；四、铸棒车去氧化皮；五、铝合金铸锭均匀化退火；六、铸锭加热；七、挤压成铝合金线材；八、线材中间退火；九、冷拉变形，即制得。得到的铆钉线材H13态线材抗拉强度不小于205MPa；T4态丝材的抗拉强度不小于380MPa，规定非比例延伸强度不小于220MPa，断后伸长率不小于10％，抗剪强度不小于225MPa。本发明应用于航空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线材的制造方法。
背景技术
铝合金材料使用范围广，在工业上可以应用于建筑、电子电器、运输、航空、航天等各个领域，通过铝合金铆钉线材加工制造航空航天用铝合金铆钉，利用铝合金铆钉的形变或过盈连接被铆接件的航空器件。
目前，我国某项航空用产品需要一种特殊铆钉，要求此种铝合金H13态线材抗拉强度达到205MPa；T4态丝材的抗拉强度达到380MPa、规定非比例延伸强度达到220MPa、断后伸长率达到10％、抗剪切强度达到225MPa。但现有工艺生产的各类铝合金铆钉线材无法满足航空用品的应用要求。
发明内容
本发明目的是要解决现有铆钉线材抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后延伸率和抗剪切强度较低的问题，从而提供了一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法。
本发明的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法是按下列步骤进行：
一、按元素的质量百分比Cu：3.5％～4.5％、Mg：0.4％～1.0％、Mn：0.4％～1.0％、Si：0.20％～0.8％、Zr：0.2％～0.10％、Ti：0.5％～0.15％、Fe：≤0.7％、Zn：≤0.25％、Cr：≤0.10％和余量Al，称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭和铝钛硼晶粒细化剂作为原料，将原料加入到熔炼炉中，在温度为720℃～760℃的条件下熔炼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温度为715℃～730℃，铸造速度为90mm/min～95mm/min，冷却水强度为0.05MPa～0.10MPa和冷却水温度为10℃～30℃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，切断后每段铸棒长度为500mm～550mm；
四、将经步骤三处理的铸棒车去表面的氧化皮，得到直径为160mm～164mm的铝合金铸锭；
五、将经步骤四处理的铝合金铸锭在退火温度为480℃～495℃的条件下进行均匀化退火10小时，得到退火后的铝合金铸锭；
六、将步骤五制得的退火后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℃～450℃；
七、将经步骤六处理的铝合金铸锭放入铝合金线材模具中挤压，挤压温度为400℃～450℃，得到Ф10mm～Ф12mm铝合金线材；
八、将步骤七制得的铝合金线材在380℃～410℃下进行中间退火，保温2～3小时；
九、将经步骤八退火后的铝合金线材在变形率为25％～30％的条件下通过拉伸模具冷拉，得到航空航天用铝合金铆钉线材。
航空航天用铝合金铆钉线材中杂质元素的质量百分比Zr：0.2％～0.10％、Ti：0.5％～0.15％和Cr：≤0.10％来源于铝锭及中间合金，此范围内的杂质对铝合金铆钉线材的性能没有影响。
本发明通过优化合金成分，铝合金铸锭经过挤压之后采用优化的退火和冷拉工艺，达到了航空航天用产品需要的特殊铆钉的综合性能需求，通过本发明的制备方法得到的航空航天用铝合金铆钉线材为H13态铝合金铆钉线材，铝合金铆钉线材实体尺寸和表面质量良好，工业生产中成型性能好，综合力学性能得到提高，通过GB/T16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》试验测得H13态线材抗拉强度不小于205MPa；T4态丝材的抗拉强度不小于380MPa，规定非比例延伸强度不小于220MPa，断后伸长率不小于10％。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》试验测的T4态丝材的抗剪强度不小于225MPa。本发明应用于航空航天用铝合金铆钉的加工制造。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法是按下列步骤进行：
一、按元素的质量百分比Cu：3.5％～4.5％、Mg：0.4％～1.0％、Mn：0.4％～1.0％、Si：0.20％～0.8％、Zr：0.2％～0.10％、Ti：0.5％～0.15％、Fe：≤0.7％、Zn：≤0.25％、Cr：≤0.10％和余量Al，称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭和铝钛硼晶粒细化剂作为原料，将原料加入到熔炼炉中，在温度为720℃～760℃的条件下熔炼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温度为715℃～730℃，铸造速度为90mm/min～95mm/min，冷却水强度为0.05MPa～0.10MPa和冷却水温度为10℃～30℃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，切断后每段铸棒长度为500mm～550mm；
四、将经步骤三处理的铸棒车去表面的氧化皮，得到直径为160mm～164mm的铝合金铸锭；
五、将经步骤四处理的铝合金铸锭在退火温度为480℃～495℃的条件下进行均匀化退火10小时，得到退火后的铝合金铸锭；
六、将步骤五制得的退火后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℃～450℃；
七、将经步骤六处理的铝合金铸锭放入铝合金线材模具中挤压，挤压温度为400℃～450℃，得到Ф10mm～Ф12mm铝合金线材；
八、将步骤七制得的铝合金线材在380℃～410℃下进行中间退火，保温2～3小时；
九、将经步骤八退火后的铝合金线材在变形率为25％～30％的条件下通过拉伸模具冷拉，得到航空航天用铝合金铆钉线材。
航空航天用铝合金铆钉线材中杂质元素的质量百分比Zr：0.2％～0.10％、Ti：0.5％～0.15％和Cr：≤0.10％来源于铝锭及中间合金，此范围内的杂质对铝合金铆钉线材的性能没有影响。
本实施方式通过优化合金成分，挤压之后采用优化的退火和冷拉工艺，达到了用户对此合金线材的综合性能需求，制备的铝合金线材实体尺寸、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/T16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》试验H13态线材抗拉强度不小于205MPa；T4态丝材的抗拉强度不小于380MPa，规定非比例延伸强度不小于220MPa，断后伸长率不小于10％。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T4态丝材的抗剪强度不小于225MPa。适合制作航空用铝合金铆钉。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中按元素的质量百分比为Cu：3.6％～4.4％、Mg：0.5％～0.9％、Mn：0.5％～0.9％、Si：0.30％～0.7％、Zr：0.3％～0.9％、Ti：0.8％～0.13％、Fe：≤0.6％、Zn：≤0.20％、Cr：≤0.09％和余量的Al的比例称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭和铝钛硼晶粒细化剂作为原料。其它步骤及参数与具体实施方式二相同。
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：步骤一中按元素的质量百分比为Cu：4.0％、Mg：0.7％、Mn：0.7％、Si：0.5％、Zr：0.7％、Ti：0.10％、Fe：≤0.5％、Zn：≤0.15％、Cr：≤0.08％和余量的Al的比例称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭和铝钛硼晶粒细化剂作为原料。其它步骤及参数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：步骤二中铝合金熔液在温度为720℃，铸造速度为92mm/min，冷却水强度为0.07MPa和冷却水温度为25℃的条件下铸造。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：步骤三中切断后每段铸棒长度为550mm。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：步骤四将切断后的铸棒车去表面的氧化皮，得到直径为162mm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：步骤五中在退火温度为490℃的条件下进行均匀化退火10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410℃。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：步骤七中挤压温度为410℃，得到Ф12mm铝合金线材。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：步骤八中铝合金线材在405℃下进行中间退火，保温2小时。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：步骤九中在变形率为26％的条件下通过拉伸模具冷拉。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：本实施例的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法是按下列步骤实施：
一、按元素的质量百分比为Cu：4.0％、Mg：0.7％、Mn：0.7％、Si：0.5％、Zr：0.7％、Ti：0.10％、Fe：0.5％、Zn：0.15％、Cr：0.08％和余量的Al，称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭和铝钛硼晶粒细化剂作为原料，将原料加入到熔炼炉中，在温度为740℃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温度为720℃，铸造速度为92mm/min，冷却水强度为0.07MPa和冷却水温度为25℃的条件下铸造成直径为172mm的铸棒；
三、将步骤二制得的铸棒切断，切断后每段铸棒长度为500mm；
四、将经步骤三处理的铸棒车去表面的氧化皮，得到直径为162mm的铝合金铸锭；
五、将经步骤四处理的铝合金铸锭在退火温度为490℃的条件下进行均匀化退火10小时，得到退火后的铝合金铸锭；
六、将步骤五制得的退火后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410℃；
七、将经步骤六处理的铝合金铸锭放入铝合金线材模具中挤压，挤压温度为410℃，得到Ф12mm铝合金线材；
八、将步骤七制得的铝合金线材在400℃下进行中间退火，保温2小时；
九、将经步骤八退火后的铝合金线材在变形率为26％的条件下通过拉伸模具冷拉，得到航空航天用铝合金铆钉线材。
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，H13态线材抗拉强度达到205MPa；T4态丝材的抗拉强度达到380MPa、规定非比例延伸强度达到220MPa、断后伸长率达到10％、抗剪切强度达到225MPa。适合制作航空用铝合金铆钉线材。
Claims (10)
1.一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法是按下列步骤进行：
一、按元素的质量百分比Cu：3.5％～4.5％、Mg：0.4％～1.0％、Mn：0.4％～1.0％、Si：0.20％～0.8％、Zr：0.2％～0.10％、Ti：0.5％～0.15％、Fe：≤0.7％、Zn：≤0.25％、Cr：≤0.10％和余量Al，称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭和铝钛硼晶粒细化剂作为原料，将原料加入到熔炼炉中，在温度为720℃～760℃的条件下熔炼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温度为715℃～730℃，铸造速度为90mm/min～95mm/min，冷却水强度为0.05MPa～0.10MPa和冷却水温度为10℃～30℃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，切断后每段铸棒长度为500mm～550mm；
四、将经步骤三处理的铸棒车去表面的氧化皮，得到直径为160mm～164mm的铝合金铸锭；
五、将经步骤四处理的铝合金铸锭在退火温度为480℃～495℃的条件下进行均匀化退火10小时，得到退火后的铝合金铸锭；
六、将步骤五制得的退火后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℃～450℃；
七、将经步骤六处理的铝合金铸锭放入铝合金线材模具中挤压，挤压温度为400℃～450℃，得到Ф10mm～Ф12mm铝合金线材；
八、将步骤七制得的铝合金线材在380℃～410℃下进行中间退火，保温2～3小时；
九、将经步骤八退火后的铝合金线材在变形率为25％～30％的条件下通过拉伸模具冷拉，得到航空航天用铝合金铆钉线材。
2.根据权利要求1所述的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于步骤一中按元素的质量百分比为Cu：3.6％～4.4％、Mg：0.5％～0.9％、Mn：0.5％～0.9％、Si：0.30％～0.7％、Zr：0.3％～0.9％、Ti：0.8％～0.13％、Fe：≤0.6％、Zn：≤0.20％、Cr：≤0.09％和余量的Al的比例称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭和铝钛硼晶粒细化剂作为原料。
3.根据权利要求1所述的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于步骤一中按元素的质量百分比为Cu：4.0％、Mg：0.7％、Mn：0.7％、Si：0.5％、Zr：0.7％、Ti：0.10％、Fe：≤0.5％、Zn：≤0.15％、Cr：≤0.08％和余量的Al的比例称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭和铝钛硼晶粒细化剂作为原料。
4.根据权利要求1所述的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于步骤一中在温度为740℃的条件下熔炼3.5小时。
5.根据权利要求1所述的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于步骤二中铝合金熔液在温度为720℃，铸造速度为92mm/min，冷却水强度为0.07MPa和冷却水温度为25℃的条件下铸造。
6.根据权利要求1所述的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于步骤四将切断后的铸棒车去表面的氧化皮，得到直径为162mm的铝合金铸锭。
7.根据权利要求1所述的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于步骤五中在退火温度为490℃的条件下进行均匀化退火10小时。
8.根据权利要求1所述的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于步骤七中挤压温度为410℃，得到Ф12mm铝合金线材。
9.根据权利要求1所述的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于步骤八中铝合金线材在405℃下进行中间退火，保温2小时。
10.根据权利要求1所述的一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法，其特征在于步骤九中在变形率为26％的条件下通过拉伸模具冷拉。
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