CN107937846A - 一种弯曲性能好的铝合金导管的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种弯曲性能好的铝合金导管的制备方法，包括：将空心锭依次进行加热、挤压、拉矫、蚀洗、轧制、减径退火、拉拔、矫直、清洗、检测和成品退火，得到铝合金导管；所述成品退火的方法包括以下步骤：(1)将空炉定温至480～500℃，达到预定温度后保温，进行烘炉；(2)烘炉结束后，迅速进行热炉装料，完成装炉；(3)装炉后将炉温设定为430～450℃保温，进行退火处理；(4)退火处理完成后迅速出炉，进行空冷；所述装炉完成到出炉的时间≤65min。本发明采用高温短时、快速加热冷却退火工艺，可以有效细化晶粒，本发明中的退火工艺能够获得表面晶粒度较小的导管，避免铝合金在后续的弯曲过程中产生“橘皮”。

Description

一种弯曲性能好的铝合金导管的制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种弯曲性能好的铝合金导管的制备方法。

背景技术

LF2合金薄壁管，广泛应用于航空飞机的油路导管。目前，LF2合金薄壁管存在的问题主要包括尺寸精度、表面质量(表面擦划伤、拉道、压入、凹痕)、弯曲试验橘皮和扩口气密试验漏气等问题。

因此，目前急需对LF2导管的生产工艺进行改进，以提高其质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弯曲性能好的铝合金导管的制备方法，本发明提供的方法制备得到的铝合金导管在弯曲过程中无“橘皮”产生。

本发明提供了一种弯曲性能好的铝合金导管的制备方法，包括：

将空心锭依次进行加热、挤压、拉矫、蚀洗、轧制、减径退火、拉拔、矫直、清洗、检测和成品退火，得到铝合金导管；

所述成品退火的方法包括以下步骤：

(1)将空炉定温至480～500℃，达到预定温度后保温，进行烘炉；

(2)烘炉结束后，迅速进行热炉装料，完成装炉；

(3)装炉后将炉温设定为430～450℃保温，进行退火处理；

(4)退火处理完成后迅速出炉，进行空冷；

所述装炉完成到出炉的时间≤65min。

在本发明中，所述空心锭的制备方法优选为：

将实心锭进行车皮和镗孔，得到空心锭。

在本发明中，所述实心锭的成分优选为：

0～0.40wt％的硅；

0～0.40wt％的铁；

0～0.10wt％的铜；

0.15～0.40wt％的锰；

2.0～2.5wt％的镁；

0～0.15wt％的钛；

铁和硅的总质量含量不大于0.6％；

余量为铝。

在本发明中，所述硅的质量含量优选为0.15～0.35％，更优选为0.2～0.3％；所述铁的质量含量优选为0.15～0.35％，更优选为0.2～0.3％；所述铜的质量含量优选为0.02～0.08％，更优选为0.04～0.06％；所述锰的质量含量优选为0.2～0.35％，更优选为0.25～0.3％；所述镁的质量含量优选为2.1～2.4％，更优选为2.2～2.3％；所述钛的质量含量优选为0.02～0.12％，更优选为0.04～0.1％，最优选为0.06～0.08％。在本发明中，所述铁和硅总的质量含量优选为0～0.6％，更优选为0.2～0.5％，最优选为0.3～0.4％。

在本发明中，所述空心锭是由实心锭经车皮镗孔加工而成。本发明对所述车皮镗孔的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的车皮镗孔的方法进行机械加工即可。

在本发明中，所述空心锭外表面的粗糙度优选≤Ra12.5，更优选为Ra6.3～12.5，更优选为Ra3.2～6.3，最优选为Ra1.6～3.2。在本发明中，所述空心锭的外径偏差优选为±0.5～±1.5mm，更优选为±0.8～±1.2mm，最优选为±1mm。在本发明中，所述空心锭的内径偏差优选为±0.5～±1mm，更优选为±0.6～±0.9mm，最优选为±0.7～±0.8mm。在本发明中，所述空心锭的长度偏差优选为±4～±8mm，更优选为±5～±7mm，最优选为±6mm。

在本发明中，所述空心锭的切斜度优选≤2mm；所述空心锭的壁厚差优选≤2mm；所述空心锭的弯曲度优选为0.4～0.6mm。在本发明中，所述空心锭的切斜度优选≤1.5mm，更优选为0～1.2mm，更优选为0.2～1mm，更优选为0.4～0.8mm，最优选为0.5～0.6mm。在本发明中，所述空心锭的壁厚差优选≤0.75mm，更优选为0～0.7mm，更优选为0.1～0.6mm，更优选为0.2～0.5mm，最优选为0.3～0.4mm。在本发明中，所述空心锭的弯曲度优选为0.4～0.6mm，更优选为0.5mm；所述弯曲度指的是每500mm长度上的弯曲度。

在本发明中，所述空心锭加热优选在感应加热炉中进行，所述空心锭加热的温度优选为450～520℃，更优选为460～500℃，最优选为470～490℃。

在本发明中，所述挤压过程中空心锭的长度≤350mm，优选为50～300mm，更优选为100～250mm，更优选为150～250mm，最优选为200mm。在本发明中，所述挤压过程中穿孔针的长度优选为200～850mm，更优选为250～800mm，更优选为300～750mm，更优选为350～700mm，更优选为400～650mm，更优选为450～600mm，更优选为500～550mm，最优选为240mm、630mm、730mm或830mm。

在本发明中，所述挤压过程中空心锭的外径优选为30～32mm，更优选为31mm；所述空心锭的内径优选为24～26mm，更优选为25mm；所述空心锭的壁厚优选为2.5～4mm，更优选为3～3.5mm。在本发明中，所述挤压过程中穿孔针的直径优选为24～26mm，更优选为25mm。

在本发明中，采用上述技术方案所述长度的穿孔针能够使制备得到的铝合金导管的壁厚差明显减小，进一步提高制备得到的铝合金导管的尺寸精度。

在本发明中，所述挤压的方法优选为无润滑挤压，本发明使用上述技术方案所述长度的穿孔针进行无润滑挤压，本发明提供的挤压方法能够避免制备得到的铝合金导管内壁出现起皮、凹陷等缺陷，提高铝合金导管的内表面质量。

在本发明中，所述挤压过程中的挤压速度优选为1～2.5m/min，更优选为1.3～2.2m/min，更优选为1.5～2m/min，最优选为1.6～1.8m/min；所述挤压过程中的挤压温度优选为440～460℃，更优选为445～455℃，最优选为450℃；所述挤压过程中的挤压比优选为15～45，更优选为20～40，更优选为25～35，最优选为30。

在本发明中，所述拉矫的作用为消除挤压过程中的弯曲，便于后续轧制过程穿芯杆，所述拉矫过程中的拉伸率优选为0.5～2.0％，更优选为0.8～1.6％，更优选为1～1.4％，最优选为1.2～1.3％。

在本发明中，所述蚀洗的作用为去除管毛料挤压过程产生的轻微擦划伤、铝屑毛刺等，所述蚀洗的方法优选为酸碱洗，所述蚀洗的具体方法优选为：

用压缩空气将拉矫后的铝合金管材内部的铝屑吹净，依次进行清水洗、酸洗、冷水洗(中和槽)、碱洗、冷水洗(中和槽)、酸洗和清水洗。

在本发明中，所述轧制之前优选检查蚀洗后的导管毛坯内外表面是否符合要求，若导管毛坯有明显起皮、擦划伤等缺陷，应对不符合要求的料最后集中轧制，单独打捆并注明。有严重缺陷的管毛料，应及时挑出切废处理。在本发明中，优选轧制调式时以及轧制过程中产生的废料(如尺寸超差、内外表面缺陷等)，及时切废，绝不允许混入到正常生产的合格料中。在本发明中，所述轧制时，润滑油优选要求清洁，不得有砂子、金属碎屑等脏物。润滑油循环系统应有完好的过滤装置。

在本发明中，所述轧制方法优选为二辊周期式冷轧管法，所述轧制过程中的送料量优选不大于3.0mm，更优选为0～3mm，更优选为0.5～2.5mm，最优选为1～2,mm。在本发明中，所述轧制后得到的管材的外径公差优选为±0.5mm～±1.5mm，更优选为±0.8mm～±1.2mm，最优选为±1mm；所述轧制后得到的管材的壁厚公差优选为±0.05mm～±0.1mm，更优选为±0.06mm～±0.08mm，最优选为±0.07mm；所述轧制后得到的管材的平均壁厚公差优选为+0.02～-0.01mm，更优选为+0.01～-0.005mm。在本发明中，所述轧制后得到的管材表面优选没有擦划伤、金属或非金属压入、压坑、裂纹、裂口、飞边、波浪、孔型啃伤等缺陷。

在本发明中，所述减径退火能够释放轧制后产品的应力，增加轧制后产品的延展性和韧性，便于后续进行拉拔。在本发明中，所述减径退火的温度优选为195～205℃，更优选为198～202℃，最优选为200℃；所述减径退火的时间优选为0.5～1.5小时，更优选为0.8～1.2小时，最优选为1小时。

在本发明中，所述拉拔的作用为减径，消除轧制过程的椭圆波浪，精确控制导管成品外径公差；所述拉拔方法优选为空拉，所述拉拔过程中每道次减径量优选不大于3mm，更优选为0.5～2.5mm，更优选为1～2mm，最优选为1.5mm。在本发明中，所述拉拔后得到的管材表面优选没有划道、擦伤、裂纹、起皮、压入物、楞子、跳环、过长空拉段等缺陷。在本发明中，所述拉拔后的管材的外径公差优选控制在-0.15～0mm，更优选为-0.12～0mm，更优选为-0.1～0mm，最优选为-0.05～0mm。

在本发明中，优选慢速拉拔，尽量拉直(尤其是成品外径≥50mm的导管毛坯，后续将不再进行矫直处理)；外径≤12mm的导管毛坯，在拉拔过程中优选打捆，每捆直径优选不超过100mm。

在本发明中，所述拉拔调试生产时，优选若发现管材粘模或外径超差，应及时挑出。拉拔过程中要经常抽检，抽检过程中不合格的料要挑出，绝不允许混入到正常生产的合格料中。待整批料生产完后，将不合格的料集中切废。在本发明中，所述拉拔时优选使用专用工模具生产。导管拉拔工模具(包括模具、芯头等)，实施专门管理。

在本发明中，所述矫直的作用为消除弯曲。在本发明中，所述矫直的方法优选为辊矫(辊式矫直)或拉伸矫直，更优选为辊矫。所述矫直过程中优选辊式矫直辊面光滑无损伤，无有金属屑等脏物。在本发明中，发现辊面上有脏物、粘金属、有损伤时应及时处理，辊式矫直完的管材表面优选光洁，无有划伤、碰伤、压坑、金属压入、严重的螺旋痕等缺陷，在本发明中，所述矫直后管材的外径偏差、椭圆度和弯曲度应符合技术条件要求。

在本发明中，所述清洗(成品洗)的作用为清洗拉拔过程中导管内外表面的润滑油，所述清洗的方法优选为先进行热水洗然后进行煤油洗，所述清洗的方法优选为：

清洗前，用压缩空气将管材内的铝屑吹干净；将管材先在热水里进行清洗，上下升降，清洗时间适中；热水清洗后，将管材放在煤油槽里清洗，上下升降，把管材内外表面油污清洗干净，清洗时间不限。

在本发明中，所述检测(成品预检)的作用为检查导管外径、壁厚和表面质量，将不合格品选出切废。

在本发明中，所述成品退火的方法包括以下步骤：

(1)将空炉定温至480～500℃，达到预定温度后保温，进行烘炉；

(2)烘炉结束后，迅速进行热炉装料，完成装炉；

(3)装炉后将炉温设定为430～450℃保温，进行退火处理；

(4)退火处理完成后迅速出炉，进行空冷；

所述装炉完成到出炉的时间≤65min。

经过发明人的大量研究发现，晶粒度为1级的导管在弯曲试验中均未出现橘皮，晶粒度为2级的导管出现轻微橘皮，说明晶粒度级别是导管弯曲出现橘皮的重要影响因素。导管弯曲变形产生橘皮，通常与材料晶粒尺寸较大有关，粗大的晶粒在弯曲时易产生不均匀的变形和织构，从而导致表面出现橘皮现象。

本发明采用上述技术方案所述的成品退火的方法，这种方法能够在保证制备得到的铝合金导管性能满足要求的同时提高铝合金导管的表面晶粒度，避免铝合金导管在后期弯曲过程中，弯曲表面出现“橘皮”现象。本发明采用上述高温短时、快速加热冷却退火工艺，热炉装料能使管材的金属温度快速上升到再结晶温度以上，短时间保温后，金属就能完成再结晶过程。出炉后快速冷却，能有效防止晶粒长大。提高加热冷却速度，可以有效细化晶粒。本发明采用高温、短时退火工艺，可抑制晶粒长大速度，起到晶粒细化的作用。本发明提供的退火方法能够制备得到表面晶粒度较小的导管，进而避免导管在弯曲过程中产生“橘皮”。

在本发明中，所述成品退火优选在1.5T退火炉中进行。在本发明中，所述步骤(1)中的保温时间优选为10～30min，更优选为15～25min，最优选为20min；所述步骤(3)中的保温时间优选为10～30min，更优选为15～25min，最优选为20min。在本发明中，所述热炉装料后优选立即关闭炉门。在本发明中，所述风冷的方法优选为开风机快速冷却。

在本发明中，所述成品退火过程中退火料筐的高度优选为200mm～350mm；更优选为250～300mm；所述退火料筐的装炉量优选为外径＞Ф20mm的导管，可以装满筐；Ф20mm≥外径＞Ф10mm的导管，每筐的装料高度优选不超过半筐；外径≤Ф10mm的导管，每筐的装料高度优选不超过100mm。本发明在装筐时，优选将管材均匀平铺。采用本发明上述退火料筐以及装炉量能够保证通风良好，使退火更加充分。

与现有技术相比，本发明采用高温短时、快速加热冷却退火工艺，热炉装料能使管材的金属温度快速上升到再结晶温度以上，短时间保温后，金属就能完成再结晶过程。出炉后快速冷却，能有效防止晶粒长大。提高加热冷却速度，可以有效细化晶粒，本发明中的退火工艺能够获得表面晶粒度较小的导管，避免铝合金在后续的弯曲过程中产生“橘皮”。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将实心锭进行车皮和镗孔，得到空心锭；所述实心锭的成分为：0.06wt％的硅；0.16wt％的铁；0.02wt％的铜；0.31wt％的锰；2.48wt％的镁；0.01wt％的钛；铁和硅的总质量含量0.22％；余量为铝。

所述空心锭的切斜度为1.5mm；所述空心锭的壁厚差为1.6mm；所述空心锭的弯曲度为0.5mm；所述空心锭的外径偏差为-1mm；所述空心锭的内径偏差为+0.5mm；所述空心锭的长度偏差为+6mm；所述空心锭的外表面粗糙度≤Ra12.5，内表面粗糙度≤Ra6.3。

将所述空心锭在480℃加热后在2500T的挤压机上挤压，得到导管毛坯；所述挤压为无润滑挤压，所述挤压过程中的穿孔针的长度为830mm；所述挤压过程中空心锭的长度为350mm，空心锭的内径为90mm，外径为98mm，厚度为4mm；所述挤压过程中的挤压速度为1.5m/min、挤压温度为450℃、挤压比为33.42。

将挤压后得到的导管毛坯进行拉矫，所述拉矫过程中的拉伸率为1.5％；

将拉矫后的产品进行蚀洗，所述蚀洗的方法为：

用压缩空气将拉矫后的管材内部的铝屑吹净，依次进行清水洗、酸洗、冷水洗(中和槽)、碱洗、冷水洗(中和槽)、酸洗和清水洗。

将蚀洗后的产品进行轧制，所述轧制方法为二辊周期式冷轧管法，所述轧制过程中的送料量为2.5mm；所述轧制后得到的管材的外径公差为+1mm；所述轧制后得到的管材的壁厚公差为-0.07mm；所述轧制后得到的管材的平均壁厚公差为-0.01mm。

将轧制后的产品进行减径退火，所述减径退火的温度为200℃，所述减径退火的时间为1小时。

将减径退火后的产品进行拉拔，所述拉拔的方法为空拉，所述空拉过程中每道次减径量为2.5mm。

将拉拔后的产品进行矫直，所述矫直的方法为辊式矫直。

将矫直后的产品进行清洗，所述清洗的方法为：

清洗前，用压缩空气将管材内的铝屑吹干净；将管材先在热水里进行清洗，上下升降，清洗时间适中；热水清洗后，将管材放在煤油槽里清洗，上下升降，把管材内外表面油污清洗干净，清洗时间不限。

将清洗后的产品进行外壁、壁厚和表面质量检测；

将检测合格的产品进行成品退火，得到铝合金导管；所述成品退火的方法为：

在1.5T退火炉中进行，空炉定温480～490℃，到温后保温10min；烘炉结束后，迅速热炉装料；装料结束后立即关闭炉门，炉温改设定为430～440℃，到温后保温15min，从关闭炉门到保温结束全程不超过65min。保温结束后，迅速出炉，并开风机快速冷却。

按照GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》、GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法》标准，检测本发明实施例1制备得到的铝合金导管的抗拉强度和表面晶粒度，检测结果为，抗拉强度为220～225MPa，晶粒度为1级。本发明实施例1制备得到的铝合金导管在后续弯曲过程中未出现橘皮。

实施例2

按照实施例1的方法制备得到铝合金导管；与实施例1的区别在于，在600T的挤压机上挤压，穿孔针的长度为240mm；所述挤压过程中空心锭的长度为200mm，空心锭的内径为25mm，外径为31mm，厚度为3mm。

在1.5T退火炉中进行，空炉定温485～495℃，到温后保温15min；烘炉结束后，迅速热炉装料；装料结束后立即关闭炉门，炉温改设定为435～445℃，到温后保温25min，从关闭炉门到保温结束全程不超过65min。保温结束后，迅速出炉，并开风机快速冷却。

按照上述技术方案所述的方法，检测本发明实施例2制备得到的铝合金导管的抗拉强度和表面晶粒度，检测结果为，抗拉强度为210～216MPa，晶粒度为1级。本发明实施例2制备得到的铝合金导管在后续弯曲过程中未出现橘皮。

实施例3

按照实施例1的方法制备得到铝合金导管；与实施例1的区别在于，在1.5T退火炉中进行，空炉定温490～500℃，到温后保温30min；烘炉结束后，迅速热炉装料；装料结束后立即关闭炉门，炉温改设定为440～450℃，到温后保温30min，从关闭炉门到保温结束全程不超过65min。保温结束后，迅速出炉，并开风机快速冷却。

按照上述技术方案所述的方法，检测本发明实施例3制备得到的铝合金导管的抗拉强度和表面晶粒度，检测结果为，抗拉强度为200～212MPa，晶粒度为1级。本发明实施例3制备得到的铝合金导管在后续弯曲过程中未出现橘皮。

比较例1

按照实施例1的方法制备得到铝合金导管；与实施例1的区别在于，成品退火的方法为：

冷炉装料，随炉升温，温度到达380℃后进行保温，保温1.5h后，出炉空冷。

按照上述技术方案所述的方法，检测本发明比较例1制备得到的铝合金导管的抗拉强度和表面晶粒度，检测结果为，抗拉强度为222～225MPa，晶粒度为4级。本发明比较例1制备得到的铝合金导管在后续弯曲过程中出现橘皮。

比较例2

按照实施例1的方法制备得到铝合金导管；与实施例1的区别在于，在1.5T退火炉中进行，空炉定温460～470℃，到温后保温30min；烘炉结束后，迅速热炉装料；装料结束后立即关闭炉门，炉温改设定为400～420℃，到温后保温30min，从关闭炉门到保温结束全程不超过65min。保温结束后，迅速出炉，并开风机快速冷却。

按照上述技术方案所述的方法，检测本发明比较例2制备得到的铝合金导管的抗拉强度和表面晶粒度，检测结果为，抗拉强度为218～224MPa，晶粒度为2级。本发明比较例2制备得到的铝合金导管在后续弯曲过程中出现轻微橘皮。

比较例3

按照实施例1的方法制备得到铝合金导管；与实施例1的区别在于，在1.5T退火炉中进行，空炉定温510～520℃，到温后保温30min；烘炉结束后，迅速热炉装料；装料结束后立即关闭炉门，炉温改设定为460～470℃，到温后保温30min，从关闭炉门到保温结束全程不超过65min。保温结束后，迅速出炉，并开风机快速冷却。

按照上述技术方案所述的方法，检测本发明比较例3制备得到的铝合金导管的抗拉强度和表面晶粒度，检测结果为，抗拉强度为200～210MPa，晶粒度为3～4级。本发明比较例3制备得到的铝合金导管在后续弯曲过程出现橘皮。

由以上实施例可知，本发明提供了一种弯曲性能好的铝合金导管的制备方法，包括：将空心锭依次进行加热、挤压、拉矫、蚀洗、轧制、减径退火、拉拔、矫直、清洗、检测和成品退火，得到铝合金导管；所述成品退火的方法包括以下步骤：(1)将空炉定温至480～500℃，达到预定温度后保温，进行烘炉；(2)烘炉结束后，迅速进行热炉装料，完成装炉；(3)装炉后将炉温设定为430～450℃保温，进行退火处理；(4)退火处理完成后迅速出炉，进行空冷；所述装炉完成到出炉的时间≤65min。本发明采用高温短时、快速加热冷却退火工艺，可以有效细化晶粒，本发明中的退火工艺能够获得表面晶粒度较小的导管，避免铝合金在后续的弯曲过程中产生“橘皮”。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种弯曲性能好的铝合金导管的制备方法，包括：

将空心锭依次进行加热、挤压、拉矫、蚀洗、轧制、减径退火、拉拔、矫直、清洗、检测和成品退火，得到铝合金导管；

所述成品退火的方法包括以下步骤：

(1)将空炉定温至480～500℃，达到预定温度后保温，进行烘炉；

(2)烘炉结束后，迅速进行热炉装料，完成装炉；

(3)装炉后将炉温设定为430～450℃保温，进行退火处理；

(4)退火处理完成后迅速出炉，进行空冷；

所述装炉完成到出炉的时间≤65min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中的保温时间为10～30min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的保温时间为10～30min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)热炉装料后立即关闭炉门。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风冷的方法为开风机快速冷却。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成品退火过程中采用的退火料筐的高度为200mm～350mm。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述退火料筐的装炉量为：

外径＞Ф20mm的导管，装满筐；

Ф20mm≥外径＞Ф10mm的导管，每筐的装料高度不超过半筐；

外径≤Ф10mm的导管，每筐的装料高度不超过100mm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述减径退火的温度为195～205℃；所述减径退火的时间为0.5～1.5小时。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轧制方法为二辊周期式冷轧管法，所述轧制过程中的送料量不大于3.0mm。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挤压过程中的挤压速度为1.0～2.5m/min；

所述挤压过程中的挤压温度为440～460℃；

所述挤压过程中的挤压比为15～45。