CN105463277B - 一种铝合金棒材及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金棒材，包括以下质量分数的各组分：3.8％‑4.0％的Cu，0.6％‑0.7％的Mg，0.55％‑0.6％的Mn，0.5％‑0.55％的Si，0.25％‑0.3％的Fe，0.012％‑0.02％的Ti，0‑0.1％的Cr，0‑0.1％的Zn，余量为Al。本发明还公开了一种铝合金棒材的生产方法，包括以下步骤：将挤压形成的棒材半成品，放置一天，进行2次冷拔变形处理后再进行煤油清洗，然后进行随炉加热淬火处理得到铝合金棒材。能够使得生产出来的铝合金棒材具有较好的室温力学性能和切削性能，并且棒材无粗晶环，从而使各项性能达到标准要求，实现该合金棒材的工业化批量生产。

Description

一种铝合金棒材及其生产方法

技术领域

本发明涉及铝合金生产领域，尤其涉及一种铝合金棒材的生产方法。

背景技术

铝合金棒材是一种广泛应用于航空领域的铝合金切削材料，这种铝合金棒材的生产一般包括熔炼，铸造，均匀化退火，挤压，冷拉，淬火，矫直，自然时效处理这几个工序。在铝合金棒材的生产过程中会产生粗大晶粒组织即粗晶环，根据粗晶环出现的时间，将其分为两类：第一类是在挤压过程中已形成的粗晶环，这类粗晶环的形成是由于挤压模具工作带的长度以及入口的形状与摩擦力的作用造成金属流动不均匀。在反向挤压过程中，加热炉加热后会使得铸棒外层温度高，中心温度低，外层金属所承受的变形程度比内层大，晶粒受到剧烈的剪切变形，晶格畸变严重，再加上高温，从而使外层金属再结晶温度降低，发生再结晶长大，形成粗晶环，而内层金属保持纤维晶组织；第二类粗晶环是在铝合金棒材的淬火过程形成的，例如6061、7075、7050铝合金在淬火后，常常会出现较为严重的粗晶环组织，这类粗晶环的形成一方面与挤压过程的挤压比(即不均匀变形)有关，还与合金里面的元素Fe、Ti、Zr元素以及铸造晶粒组织有关。

现有的工艺技术在挤压时：材料的化学成分设计不够合理；反向挤压温度过高，达到460℃；反向挤压挤压比设计过大；反向挤压模具工作带设计过长；挤压模具出口采用在线淬火后进行冷拔工艺；加热时采用到温加热，保温时间过久；上述6个方面决定了铝棒挤压出来会产生粗晶，以及对后续加工是否会产生粗晶有直接影响。常规的工艺生产出来的棒材多数是纤维晶组织，各向异性明显，切削性能较差。

发明内容

本发明的一个目的是提出了铝合金棒材，另一个目的是提出了铝合金棒材的生产方法，能够使得生产出来的铝合金棒材具有较好的室温力学性能和切削性能，并且棒材无粗晶环，从而使各项性能达到标准要求，实现该合金棒材的工业化批量生产。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种铝合金棒材包含以下质量分数的各组分：3.8％-4.0％的Cu，0.6％-0.7％的Mg，0.55％-0.6％的Mn，0.5％-0.55％的Si，0.25％-0.3％的Fe，0.012％-0.02％的Ti，0-0.1％的Cr，0-0.1％的Zn，余量为Al。

一种铝合金棒材的生产方法,包括以下步骤：将挤压形成的棒材半成品，放置一天，进行两次限量的冷拉拔变形处理后再进行煤油清洗，然后进行随炉加热淬火处理得到铝合金棒材。

进一步，所述棒材半成品由以下方法制得：熔炼原材料得到铝合金溶液；对铝合金溶液成分进行调整，将其铸造成铸锭；将所述铸锭进行均匀化退火；再进行挤压处理得到铝合金棒材半成品。

进一步，挤压时铸锭温度范围设置为420-440℃，挤压筒温度范围设置为400-420℃，挤压速度设置为0.2-0.5mm/s。

进一步，冷拔变形处理采用打头抽管的方式，加工率范围设置为10％-12％。

进一步，随炉加热淬火处理中的淬火炉为电加热炉，淬火温度范围设置为495-510℃，淬火保温时间为30-45min。

进一步，铝合金棒材半成品随炉加热淬火处理后，切头300mm，切尾100mm，选取符合标准要求的棒材，以利于进行自然时效处理。

本发明的有益效果为：本发明的铝合金棒材的生产方法中对铝合金的化学成分进行了优化设计，铝合金挤压工艺进行了改进，并在淬火处理前进行了两次不同限量的冷拉拔处理，在冷拉拔时铝合金棒材半成品的外层金属组织受到与挤压时相反的力，挤压造成的铝合金棒材半成品的外层金属组织的畸变程度就会减小，这样势必减小了铝合金棒材半成品的外层金属与内层金属组织之间的不均匀性，增加了储存能，减少了随后的热处理过程中晶粒长大的可能，增加的储存能使得铝合金棒材在后续的热处理过程容易形成再结晶组织，使得铝合金棒材室温性能较好，且具有极好的切削性能，并且无粗晶环组织，从而使其室温力学性能、粗晶环和切削性能均达标，最终实现了铝合金棒材的工业化批量生产。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面通过以下实施例对本发明作进一步具体的阐述，但不可理解为对本发明的限定，对于本领域的技术人员根据上述发明内容所作的一些非本质的改进与调整，也视为落在本发明的保护范围内。

制备铝合金棒材的原材料按照质量百分比包含3.8％-4.0％的Cu，0.6％-0.7％的Mg，0.55％-0.6％的Mn，0.5％-0.55％的Si，0.25％-0.3％的Fe，0.012％-0.02％的Ti，0-0.1％的Cr，0-0.1％的Zn，余量为Al。

铝合金棒材生产方法的基本流程主要包括步骤：

将所述材料放入倾倒式熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度为740-760℃，使得所述合金原料完全熔化，并得到成分分布均匀的熔体：对所述熔体进行熔体净化处理，将所述熔体净化处理的熔体铸造成铸锭，铸造温度为730-740℃，模盘温度控制在690-710℃之间，铸造速度为95-105mm/min，铸造水压为0.06-0.12Mpa；

将铸造出来的铸锭进行460℃的均匀化退火工艺；

经过均匀化退火后的铝合金铸锭进行挤压，挤压时采用高温低速的方式，将铸锭温度设置为420-440℃，筒温设置为400-420℃，并且以0.2-0.5mm/s速度进行挤压；

对挤压成形的铝合金棒材半成品进行两次限量的冷拉拔；

第一次拉拔余量控制在8％左右，第二次拉拔余量控制在5％左右；

对冷拉拔处理后的棒材进行淬火处理。

由于通过化学成分的调整可以控制粗晶环以及再结晶的形成，经本发明的发明人研究实践发现，按上述比例提供的原材料在进行熔炼时能有效地降低粗晶环的形成。

均匀化退火的主要目的是为了减少铝合金铸锭在铸造过程中引起的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保温，然后进行缓慢冷却，以达到化学成分和组织均匀化的目的。对均匀化后的棒材进行热剥皮挤压处理得到铝合金棒材半成品。

反向挤压就是将加热到一定温度的铸锭，放在挤压筒内，通过施加外力，使之从平面模具的模孔中流出，从而获得所需的棒材尺寸的棒材的一种塑性加工方法。

本发明的发明人在研究实践中发现采用高温低速的方式进行挤压，可使得铝合金棒材挤压后得到纤维晶组织，外层无粗晶环，可降低铝合金棒材在挤压过程的外层和中心层所产生的组织不均匀性。

本发明的发明人在研究实践中发现铝合金棒材在淬火前进行限量的冷拉拔处理，能够增加棒材内部的储存能，使得棒材的外层和内层之间因挤压产生的组织的不均匀性得到一定程度的改善，从而改善淬火后铝棒的晶粒组织状况，形成沿着挤压方向的再结晶组织，无粗晶环形成，并且提高生产出来的棒材的室温力学性能和各批次的一致性，最终使得材料的切削性能得到了提高。

将铝合金棒材半成品经过两次冷拔，使得棒材储存一定数量的储存能，材料发生金属畸变，改善材料在挤压和冷拔过程产生的不均匀性，使得铝合金棒材半成品在随后的淬火处理中，由原来的纤维晶变化为再结晶组织，不会发生晶粒长大，无粗晶环，不会形成沿着挤压方向的再结晶组织，最终使得材料的抗拉强度在420-450Mpa之间，屈服强度在340-360Mpa，延伸率>12％，使得航空用铝合金棒材具有较好的切削性能，最终能够实现棒材的大批量生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种铝合金棒材的生产方法，其特征在于包括以下质量分数的各组分：3.8％-4.0％的Cu，0.6％-0.7％的Mg，0.55％-0.6％的Mn，0.5％-0.55％的Si，0.25％-0.3％的Fe，0.012％-0.02％的Ti，0-0.1％的Cr，0-0.1％的Zn，余量为Al，将所有组分熔炼后挤压形成的棒材半成品，放置一天，进行两次限量的冷拉拔变形处理后再进行煤油清洗，然后进行随炉加热淬火处理得到铝合金棒材；冷拔变形处理采用打头抽管的方式，加工率范围设置为10％-12％；所述随炉加热淬火处理中的淬火炉为电加热炉，淬火温度范围设置为495-510℃，淬火保温时间为30-45min。

2.如权利要求1所述的铝合金棒材的生产方法，其特征在于，所述棒材半成品由以下方法制得：熔炼原材料得到铝合金溶液；对铝合金溶液成分进行调整，将其铸造成铸锭；将所述铸锭进行均匀化退火；再进行挤压处理得到铝合金棒材半成品。

3.如权利要求1所述的铝合金棒材的生产方法，其特征在于：挤压时铸锭温度范围设置为420-440℃，挤压筒温度范围设置为400-420℃，挤压速度设置为0.2-0.5mm/s。

4.如权利要求1所述的铝合金棒材的生产方法，其特征在于：铝合金棒材半成品随炉加热淬火处理后，切头300mm，切尾100mm，选取符合标准要求的棒材，以利于进行自然时效处理。