CN108677041B - 一种7055铝合金扁排及其生产工艺与应用 - Google Patents
一种7055铝合金扁排及其生产工艺与应用 Download PDFInfo
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Abstract
一种7055铝合金扁排及其生产工艺与应用，涉及铝合金领域。7055铝合金扁排的生产工艺是按照7055铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼、铸造成铸棒；采用双级均匀化制度将铸棒进行均匀化处理；将均匀化处理后的铸棒进行挤压处理，得到制品；将制品进行预拉伸；采用双级固溶制度将预拉伸后的制品进行固溶热处理；在固溶热处理后的6小时内对制品进行拉伸矫直；采用双级时效制度将制品进行人工时效热处理，7055铝合金扁排的生产工艺的生产流程及工艺参数标准化；制得的7055铝合金扁排力学性能、电导率、剥落腐蚀均满足AMS4336标准要求，并获得较高的断裂韧性值。该7055铝合金扁排主要应用于制造航空座椅结构件。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金领域，且特别涉及一种7055铝合金扁排及其生产工艺与应用。
背景技术
7055铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系可热处理强化多元时效合金，其具有高强度、低密度和热加工性能好等优点，是航空航天领域的主要结构材料之一，适用于制造飞机蒙皮、翼梁、隔框、起落架部件，以及液压系统部件等，也用于其他要求高强度和良好耐蚀性的高应力结构部件。7055铝合金的合金元素组成包括：0wt％-0.40wt％的Si、0wt％-0.50wt％的Fe、1.2wt％-2.0wt％的Cu、2.1wt％-2.9wt％的Mg、5.1wt％-6.1wt％的Zn、0wt％-0.30wt％的Mn、0wt％-0.20wt％的Ti、0.18wt％-0.28wt％的Cr；余量的Al。
目前，7055铝合金板材的加工方法主要是将铝合金板材进行固溶淬火处理，随后将淬火后的铝合金进行单级或多级时效，得到7055铝合金T×或T×51状态的板材。采用上述方法得到的7055铝合金板材的抗拉强度在490-580MPa范围。
航空座椅结构件主要受压应力，要求材料具有较高的力学拉伸性能、压缩屈服强度及较高的断裂韧性值，产品标准需满足美国航空材料标准(AMS4336)的性能要求，该产品的使用性能还要求为机加工过程中不变形、氧化着色后无明显黑条缺陷。目前一般是采用7055-T6511扁排产品应用于制造航空座椅结构件，该产品的压缩性能比较差，导致产品的重量比较大。
因此，需要一种能提高产品压缩性能的7055铝合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种7055铝合金扁排的生产工艺，生产流程及工艺参数标准化，制得的产品的压缩性能显著提高。
本发明的另一目的在于提供一种7055铝合金扁排，满足AMS4336标准中的力学性能、剥落腐蚀和电导率指标要求，且具有较高的断裂韧性值。
本发明的另一目的在于提供一种7055铝合金扁排的应用，主要应用于制造航空座椅结构件。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种7055铝合金扁排的生产工艺，其包括以下步骤：
按照7055铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼、铸造成铸棒；
采用双级均匀化制度将铸棒进行均匀化处理，第一级均匀化处理是在455-460℃的条件下保温30-32h，第二级均匀化处理是在470-475℃的条件下保温7.5-8.5h；
将均匀化处理后的铸棒进行挤压处理，铸棒温度为330-380℃，模具温度为350-380℃，挤压桶温度为350-370℃，得到制品；
将制品进行预拉伸；
采用双级固溶制度将预拉伸后的制品进行固溶热处理，第一级固溶热处理是在466±2.5℃的条件下保温0.8-1.2h，第二级固溶热处理是在474±2.5℃的条件下保温1.2-1.8h；
在固溶热处理后的6小时内对制品进行拉伸矫直；
采用双级时效制度将制品进行人工时效热处理，第一级时效热处理是在118±5℃的条件下保温4.5-5.5h，第二级时效热处理制度是在156±5℃的条件下保温6.5-7.5h，得到7055铝合金扁排。
进一步地，在本发明较佳实施例中，按重量分数计，7055合金铸棒的合金元素组成包括：Si：≤0.06％，Fe：≤0.08％，Cu：2.10-2.40％，Mg：2.00-2.20％，Mn：≤0.05％，Cr：≤0.02％，Zn：7.80-8.20％，Ti：≤0.06％，Zr：≤0.15％，其他单个元素≤0.030％，其他杂质元素总量≤0.100％，余量为Al。
进一步地，在本发明较佳实施例中，均匀化处理时的升温速率为37-43℃/min。
进一步地，在本发明较佳实施例中，预拉伸的拉伸率为0.5％-2.0％。
进一步地，在本发明较佳实施例中，拉伸矫直的拉伸率为1.5％-2.5％。
进一步地，在本发明较佳实施例中，挤压处理时的挤压系数为20-50，挤压型材出口速度为0.8-2.0m/min，挤压残余高度为40-60mm。
进一步地，在本发明较佳实施例中，挤压处理时的模具的导流口呈哑铃结构，最大挤压力为90MN。
进一步地，在本发明较佳实施例中，挤压处理时的模具的工作端面设有一个深度15-20mm的凹兜。
本发明提出一种7055铝合金扁排，其是采用上述的7055铝合金扁排的生产工艺的制得。
本发明提出一种上述的7055铝合金扁排的应用，7055铝合金扁排用于制造航空座椅结构件。
本发明实施例的7055铝合金扁排及其生产工艺与应用的有益效果是：本发明实施例的7055铝合金扁排的生产工艺是按照7055铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼、铸造成铸棒；采用双级均匀化制度将铸棒进行均匀化处理；将均匀化处理后的铸棒进行挤压处理，得到制品；将制品进行预拉伸；采用双级固溶制度将预拉伸后的制品进行固溶热处理；在固溶热处理后的6小时内对制品进行拉伸矫直；采用双级时效制度将制品进行人工时效热处理，7055铝合金扁排的生产工艺的生产流程及工艺参数标准化；制得的7055铝合金扁排的具有较高的断裂韧性值，满足AMS4336标准中的力学性能、剥落腐蚀和电导率指标要求；该7055铝合金扁排主要应用于制造航空座椅结构件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的7055铝合金扁排及其生产工艺与应用进行具体说明。
本发明实施例提供一种7055铝合金扁排的生产工艺，其包括以下步骤：
S1、熔铸：按照7055铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼、铸造成铸棒；具体是将纯净的电解铝液倒入倾倒式熔炼炉内，按照7055铝合金的合金元素组成添加其它各合金元素组分，再进行熔炼得到成分均匀的铝合金熔体，然后将铝合金熔体冷却铸造为铸棒。本实施例中，7055合金铸棒的合金元素组成按重量分数计包括：Si：≤0.06％，Fe：≤0.08％，Cu：2.10-2.40％，Mg：2.00-2.20％，Mn：≤0.05％，Cr：≤0.02％，Zn：7.80-8.20％，Ti：≤0.06％，Zr：≤0.15％，其他单个元素≤0.030％，其他杂质元素总量≤0.100％，余量为Al。
S2、均匀化退火：采用双级均匀化制度将铸棒进行均匀化处理，具体是将铸棒放入均质化炉中进行均匀化处理，第一级均匀化处理是在455-460℃的条件下保温30-32h，优选在460℃的条件下保温30h，第二级均匀化处理是在470-475℃的条件下保温7.5-8.5h，优选是在475℃条件下保温8h；均匀化处理时的升温速率为37-43℃/min。
本实施例的第一级均匀化处理采用较低的温度保温较长的时间，第二级均匀化处理采用较高的温度保温较短的时间，经过上述双级均匀化退火后，铸棒中共晶相完全消除，S相液基本完全溶解，残留相很少，即达到很好的均匀化效果，还能节约能源。
S3、挤压：将均匀化处理后的铸棒进行挤压处理，具体是将铸棒放入150MN挤压机的挤压筒中进行挤压处理，铸棒温度为330-380℃，模具温度为350-380℃，挤压桶温度为350-370℃，挤压系数为20-50，挤压型材出口速度为0.8-2.0m/min，挤压残余高度为40-60mm，挤压处理时的模具的导流口呈哑铃结构，最大挤压力为90MN，得到制品。本实施例的挤压处理时的挤压温度较高，挤压速度较低，不仅能保证挤压过程顺利，而且得到的扁排表面质量较好。
挤压处理时的模具的工作端面设有一个深度15-20mm的凹兜，将挤压金属导入凹兜内，能使与相邻的扁排之间配合即可实现前后两支扁排连接起来，保证了挤出制品的直线度。
S4、预拉伸：将挤压后制品根据测量尺寸进行适当的预拉伸，预拉伸的拉伸率一般为0.5％-2.0％。
S5、固溶淬火：采用双级固溶制度将预拉伸后的制品进行固溶热处理，第一级固溶热处理是在466±2.5℃的条件下保温0.8-1.2h，第二级固溶热处理是在474±2.5℃的条件下保温1.2-1.8h。第一级固溶热处理采用较低温度，第二级固溶热处理温度不超过477℃，第二相回溶效果好，即固溶效果好，且不发生过烧。
S6、拉伸：在固溶热处理后的6小时内对制品进行拉伸矫直，拉伸矫直的拉伸率一般为1.5％-2.5％。
S7、人工时效：采用双级时效制度将制品进行人工时效热处理，第一级时效热处理是在118±5℃的条件下保温4.5-5.5h，第二级时效热处理制度是在156±5℃的条件下保温6.5-7.5h，得到7055铝合金扁排。本实施例制得的每一支扁排的宽度为428mm，厚度为28mm。该7055铝合金扁排的生产工艺的生产流程及工艺参数标准化，制得的产品的压缩性能显著提高。
本发明实施例提供一种7055铝合金扁排，即7055-T76511扁排，其是采用上述的7055铝合金扁排的生产工艺的制得。该7055铝合金扁排的断裂韧性值高，满足AMS4336标准中的力学性能、剥落腐蚀和电导率指标要求。
本发明实施例提供一种上述的7055铝合金扁排的应用，7055铝合金扁排用于制造航空座椅结构件。该7055-T76511扁排用于替代7055-T6511扁排制造航空座椅结构件，在机加工过程中不会出现变形现象；该7055-T76511扁排在后续制造航空座椅结构件过程中需经机加工车削和阳极氧化，不会出现明显黑条缺陷，该7055-T76511扁排制造的航空座椅结构件的断裂韧性值较7055-T6511扁排提高5％左右，还满足AMS4336标准中的力学性能、剥落腐蚀和电导率指标要求。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种7055-T76511扁排，其是采用以下制备方法制得：
按照7055铝合金的合金元素重量分数组成配制原料：Si：0.02％，Fe：0.04％，Cu：2.12％，Mg：2.03％，Mn：0.004％，Cr：0.006％，Zn：7.98％，Ti：0.04％，Zr：0.1％，余量为Al，将纯净的电解铝液倒入倾倒式熔炼炉内，添加其它各合金元素组分，再进行熔炼得到成分均匀的铝合金熔体，然后将铝合金熔体冷却铸造为铸棒。
将铸棒放入均质化炉中进行双级均匀化处理，第一级均匀化处理是在460℃的条件下保温30h，第二级均匀化处理是在475℃的条件下保温8h；均匀化处理时的升温速率为40℃/min。
将均匀化处理后铸棒放入150MN挤压机的挤压筒中进行挤压处理，铸棒温度为350℃，模具温度为360℃，挤压桶温度为360℃，挤压系数为30，挤压型材出口速度为1.5m/min，挤压残余高度为50mm，挤压处理时的模具的导流口呈哑铃结构，最大挤压力为90MN，得到制品。
将挤压后制品进行预拉伸，拉伸率为1.5％。
将预拉伸后的制品进行双级固溶热处理，第一级固溶热处理是在466±2.5℃的条件下保温1h，第二级固溶热处理是在474±2.5℃的条件下保温1.5h。
在固溶热处理后的6小时内对制品进行拉伸矫直，拉伸率为2％。
将制品进行双级人工时效热处理，第一级时效热处理是在118±5℃的条件下保温5h，第二级时效热处理制度是在156±5℃的条件下保温7h，得到7055-T76511扁排。
实施例2
本实施例提供一种7055-T76511扁排，其是采用以下制备方法制得：
按照7055铝合金的合金元素重量分数组成配制原料：Si：0.04％，Fe：0.05％，Cu：2.22％，Mg：2.1％，Mn：0.03％，Cr：0.01％，Zn：8.02，Ti：0.03％，Zr：≤0.05％，余量为Al，将纯净的电解铝液倒入倾倒式熔炼炉内，添加其它各合金元素组分，再进行熔炼得到成分均匀的铝合金熔体，然后将铝合金熔体冷却铸造为铸棒。
将铸棒放入均质化炉中进行双级均匀化处理，第一级均匀化处理是在455℃的条件下保温32h，第二级均匀化处理是在470℃的条件下保温8.5h，均匀化处理时的升温速率为38℃/min。
将均匀化处理后铸棒放入150MN挤压机的挤压筒中进行挤压处理，铸棒温度为360℃，模具温度为370℃，挤压桶温度为370℃，挤压系数为40，挤压型材出口速度为1m/min，挤压残余高度为50mm，挤压处理时的模具的导流口呈哑铃结构，最大挤压力为90MN，得到制品。
将挤压后制品进行预拉伸，拉伸率为1.5％。
将预拉伸后的制品进行双级固溶热处理，第一级固溶热处理是在466±2.5℃的条件下保温1.2h，第二级固溶热处理是在474±2.5℃的条件下保温1.2h。
在固溶热处理后的6小时内对制品进行拉伸矫直，拉伸率为2.2％。
将制品进行双级人工时效热处理，第一级时效热处理是在118±5℃的条件下保温5.5h，第二级时效热处理制度是在156±5℃的条件下保温6.5h，得到7055-T76511扁排。
实施例3
本实施例提供一种7055-T76511扁排，其是采用以下制备方法制得：
按照7055铝合金的合金元素重量分数组成配制原料：Si：0.01％，Fe：0.03％，Cu：2.08％，Mg：1.98％，Mn：0.005％，Cr：0.005％，Zn：7.76％，Ti：0.04％，Zr：0.09％，余量为Al，将纯净的电解铝液倒入倾倒式熔炼炉内，添加其它各合金元素组分，再进行熔炼得到成分均匀的铝合金熔体，然后将铝合金熔体冷却铸造为铸棒。
将铸棒放入均质化炉中进行双级均匀化处理，第一级均匀化处理是在460℃的条件下保温30h，第二级均匀化处理是在470℃的条件下保温7.5h，均匀化处理时的升温速率为42℃/min。
将均匀化处理后铸棒放入150MN挤压机的挤压筒中进行挤压处理，铸棒温度为340℃，模具温度为350℃，挤压桶温度为350℃，挤压系数为30，挤压型材出口速度为1.0m/min，挤压残余高度为40mm，挤压处理时的模具的导流口呈哑铃结构，最大挤压力为90MN，得到制品。
将挤压后制品进行预拉伸，拉伸率为1％。
将预拉伸后的制品进行双级固溶热处理，第一级固溶热处理是在466±2.5℃的条件下保温0.8h，第二级固溶热处理是在474±2.5℃的条件下保温1.8h。
在固溶热处理后的6小时内对制品进行拉伸矫直，拉伸率为2％。
将制品进行双级人工时效热处理，第一级时效热处理是在118±5℃的条件下保温4.5h，第二级时效热处理制度是在156±5℃的条件下保温7.5h，得到7055-T76511扁排。
对比例1
本对比例提供一种高强高韧7055合金，其是按照以下制备方法制得：
(1)按重量百分比取Si：0.1％、Fe：0.15％、Cu：2-2.6％、Mn：0.05％、Mg：1.8-2.3％、Cr：0.04％、Ti：0.06％、Zr：0.08-0.25％、Zn：7.6-8.4％和余量的Al配料，投料前在炉底均匀铺撒一层1号熔剂，将除Zr以外的原料都投到熔炉中，投料后在炉料上均匀铺撒一层覆盖剂，以减少熔体的氧化、吸气和造渣；
(2)熔炼时采用快速升温熔化，即从固体料装炉到全部熔化为10-14小时，加入Zr后尽快使熔体温度降到精炼温度，减少熔体在炉内的停留时间，以减少熔体的吸气和氧化；
(3)严格控制熔炼温度和800℃以上的停留时间，停留时间≤30分钟；
(4)精炼时采用二次精炼，先用熔剂块精炼，然后再用氩气精炼7min；熔炼工具接触铝熔体的部分喷涂TiO2；
(5)采用陶瓷过滤片过滤，减少夹渣；
(6)铸造温度685-710℃，铸造速度26-35mm/min，铸造水压0.06-0.1MPa。
对比例2
对比例2提供一种7055-T6511扁排。
以下对本发明实施例的产品进行检测。
一、对实施例1-3的7055-T76511扁排的纵向拉伸性能进行检测。
可见，本发明实施例的7055-T76511扁排完全满足AMS4336标准要求。
二、对实施例1-3的7055-T76511扁排和对比例1-2产品的综合性能进行检测，发现实施例1-3的7055-T76511扁排的断裂韧性值较对比例1-2的产品的断裂韧性值提高5％以上。。
综上所述，本发明实施例的7055铝合金扁排的生产工艺的生产流程及工艺参数标准化，制得的产品的压缩性能显著提高；本发明实施例的7055铝合金扁排的断裂韧性值高，且满足AMS4336标准中的力学性能、剥落腐蚀和电导率指标要求；本发明的7055铝合金扁排主要应用于制造航空座椅结构件。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种7055铝合金扁排的生产工艺，其特征在于，其包括以下步骤：
按照7055铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼、铸造成铸棒；按重量分数计，所述铸棒的合金元素组成为：Si：≤0.06％，Fe：≤0.08％，Cu：2.10-2.40％，Mg：2.00-2.20％，Mn：≤0.05％，Cr：≤0.02％，Zn：7.80-8.20％，Ti：≤0.06％，Zr：≤0.15％，其他单个元素≤0.030％，其他杂质元素总量≤0.100％，余量为Al；
采用双级均匀化制度将所述铸棒进行均匀化处理，第一级均匀化处理是在455-460℃的条件下保温30-32h，第二级均匀化处理是在470-475℃的条件下保温7.5-8.5h；
将均匀化处理后的所述铸棒进行挤压处理，铸棒温度为330-380℃，模具温度为350-380℃，挤压桶温度为350-370℃，得到制品；挤压处理时的模具的导流口呈哑铃结构，最大挤压力为90MN；挤压处理时的模具的工作端面设有一个深度15-20mm的凹兜；
将所述制品进行预拉伸；
采用双级固溶制度将预拉伸后的所述制品进行固溶热处理，第一级固溶热处理是在466±2.5℃的条件下保温0.8-1.2h，第二级固溶热处理是在474±2.5℃的条件下保温1.2-1.8h；
在固溶热处理后的6小时内对制品进行拉伸矫直；
采用双级时效制度将制品进行人工时效热处理，第一级时效热处理是在118±5℃的条件下保温4.5-5.5h，第二级时效热处理制度是在156±5℃的条件下保温6.5-7.5h，得到7055铝合金扁排。
2.根据权利要求1所述的7055铝合金扁排的生产工艺，其特征在于，均匀化处理时的升温速率为37-43℃/min。
3.根据权利要求1所述的7055铝合金扁排的生产工艺，其特征在于，预拉伸的拉伸率为0.5％-2.0％。
4.根据权利要求1所述的7055铝合金扁排的生产工艺，其特征在于，拉伸矫直的拉伸率为1.5％-2.5％。
5.根据权利要求1所述的7055铝合金扁排的生产工艺，其特征在于，挤压处理时的挤压系数为20-50，挤压型材出口速度为0.8-2.0m/min，挤压残余高度为40-60mm。
6.一种7055铝合金扁排，其特征在于，其是采用如权利要求1至5中任一项所述的7055铝合金扁排的生产工艺的制得。
7.一种如权利要求6所述的7055铝合金扁排的应用，其特征在于，所述7055铝合金扁排用于制造航空座椅结构件。
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Denomination of invention: 7055 aluminum alloy flat bar and its production process and Application Effective date of registration: 20211117 Granted publication date: 20200616 Pledgee: Yantai Donghai aluminum foil Co.,Ltd. Pledgor: Shandong Nanshan Aluminium Co.,Ltd. Registration number: Y2021980012518 |
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