CN108941227A - 一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺。工艺流程如下:合金铸锭均匀化→铸锭挤压成园锭坯→园锭坯反挤压成管初坯→管初坯拉伸→中间退火→拉伸→成品退火。本发明通过先对均匀化铸锭挤压开坯,将铸锭组织转变为变形组织,有效改善坯锭在管初坯热挤压过程中的热变形能力,随后采用反向穿孔挤压制备管初坯;再根据铝镁钪合金冷变形‑退火过程中回复‑再结晶特点,优化出管坯后续拉拔‑退火工艺及参数,成功制备铝镁钪合金管材;解决了铝镁钪合金管材制备中热变形容易开裂、管坯冷变形抗力大、拉拔过程中管材容易断裂的难题。与现有的5A06合金管材相比,本发明的合金管材抗拉强度和屈服强度分别提高28%和56%,伸长率仍然保持在18.7%的高水平。
Description
技术领域
本发明涉及到一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,属于铝合金制备技术领域。
背景技术
现有的5A06铝合金耐腐蚀、成型性能好,航空器上许多管道都是采用这种合金,为了减轻航空器本身的重量,增加其有效载荷,应用部门希望研制出一种强度更高的新型铝合金管材。铝镁钪合金是在铝镁合金基础上采用Sc和Zr复合微合金化的改进型合金,相对于铝镁合金,依Sc含量的不同,铝镁钪合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了25~35%和40~65%,塑韧性仍然保持在比较高的水平,然而由于变形抗力增加,铝镁钪合金热变形和冷变形相对变得困难。迄今为止,铝镁钪合金还只有板材、锻件供应。
现有技术中,铝合金管材通常采用铸锭均匀化处理后进行挤压制备管材,由于铝镁钪合金变形抗力大,其热变形和冷变形相对变得困难,采用现有铝合金管材生产工艺制备管材,通常出现管坯表面粗造、出现横向裂纹等现象,无法制备出合格的管材。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足,提供一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺。
本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,包括以下步骤:
第一步:锭坯预处理
将铸锭均匀化后进行热挤压变形,得到挤压态园锭坯;所述热挤压变形工艺参数为:挤压温度420~450℃,挤压比7:1~10:1;优选挤压温度440℃,挤压比8:1;
第二步:成型管初坯
将第一步得到的挤压态园锭坯(挤压坯)在反向卧式挤压机上反向穿孔挤压成管初坯;
第三步:初坯后处理
将第二步得到的初坯依次进行一次退火、一次冷拉、中间退火、二次冷拉、成品退火。
本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,第一步中,铸锭采用半连续铸造成锭,铸造工艺为:铸造温度700-720℃、水压0.05~0.18MPa,铸造速度为30~40mm/min.
本发明航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,第二步中,成型管初坯工艺参数为:挤压温度为420~450℃,挤压比为35:1~45:1,挤压速度1.0~1.5mm/s。
本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,第三步中,一次退火工艺参数为:初坯在420-460℃保温退火1-2小时,随炉冷却到120℃±10℃之后空冷;优选一次退火工艺参数为:退火温度450℃,保温时间1小时。
本发明航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,第三步中,一次冷拉工艺参数为:冷拉变形量为20~30%;优选的一次冷拉工艺参数为:冷拉变形量为24%。
本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,第三步中,中间退火工艺参数为:退火温度480-510℃,保温时间1.5~2.5小时;优选的退火温度为500℃,保温时间1小时。
本发明航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,第三步中,二次冷拉工艺参数为:,冷拉变形量为28~35%;优选的冷拉变形量为32%。
本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,第三步中,成品退火工艺参数为:退火温度370-420℃,保温时间1-2小时;优选的成品退火工艺参数为:退火温度400℃,保温时间1.5小时。
本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,所述铝镁钪合金的名义成分为Al-6.2Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.12Zr-0.03Ti,具体包括6.2%Mg、0.4%Mn、0.24%Sc、0.12%Zr、0.03%Ti,0.0002Be、余量为Al和Fe、Si等杂质。
发明人在长期从事铝镁钪合金研发的基础上,采用半连续铸锭→铸锭均匀化→两道次挤压(挤压锭坯→挤压管坯)→拉伸→中间退火→拉伸→软化退火,解决了铝镁钪合金管材制备中热变形容易开裂、管坯冷变形抗力大、拉拔过程中管材容易断裂的难题。
本发明通过对均匀化铸锭进行挤压开坯,将铸锭组织转变为变形组织,有效改善了坯锭在管初坯热挤压过程中的热变形能力,随后采用反向穿孔挤压工艺,可以制备出表面质量好、无裂纹的管初坯;再根据铝镁钪合金冷变形-退火过程中独特的回复再结晶特点,优化出管坯后续拉拔-退火工艺及参数;管初坯通过随后的一次退火、一次冷拉、中间退火、二次冷拉、成品退火的协同配合,成功地制备出一种新型铝镁钪合金管材,与现有的5A06合金管材相比,本发明的合金管材退火软化状态抗拉强度和屈服强度分别提高28%和56%,伸长率仍然保持在18.7%的高水平。
附图说明
附图1为本发明实施例1中铸锭经过第一次挤压后的挤压坯锭图。
附图2为本发明实施例1中反挤压后得到的Ф45X2.0mm管初坯图。
附图3为本发明实施例1制备的Ф45X1.0mm成品管材图。
具体实施方式
本发明具体的实施过程为:
本发明合金按以下质量百分数配料:6.2%Mg、0.4%Mn、0.25%Sc、0.12%Zr、0.03%Ti,0.0002Be、余量为Al,合金中Fe、Si等杂质的总含量不大于0.15%。配料后合金在熔炼炉中熔化精炼、半连续铸造成锭,铸锭经均匀化→挤压成锭坯→挤压成管坯→拉伸→中间退火→拉伸→软化退火后得到成品管材。
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明进一步限定。
实施例1:Ф45X 1mm铝镁钪合金管材制备
(1)合金的化学成分见表1。
表1合金的化学成分(质量分数,%)
Mg | Mn | Sc | Zr | Ti | Be | Fe | Si | Al |
6.2 | 0.35 | 0.24 | 0.12 | 0.03 | 0.0002 | 0.08 | 0.06 | 余量 |
(2)按照表1要求的含量将铝锭、Al-Mn、Al-Zr加入炉温为720-740℃熔炼炉中熔化;铝液温度上升到800℃时加Al-Sc中间合金、搅拌、保温;熔体为720℃时加Al-Ti、加Be,加Mg;扒渣、搅拌、调整成分、精炼;静置。
(3)熔体精炼除气静置后半连续铸造成锭,铸造温度710℃、水压0.10MPa、铸造速度40mm/min。
(4)将上述铸锭在350℃的温度下均匀化处理8小时,空冷;均匀化处理后对铸锭进行锯切和铣面。
(5)铸锭均匀化后先进行挤压开坯,得到Ф130mm挤压坯锭;挤压温度为440℃,挤压比8:1。
(6)所述步骤(5)的锭坯在反向卧式挤压机上反向穿孔挤压,坯锭加热温度为440℃,挤压比为40:1,挤压速度1.2mm/s,挤压后的中空管坯尺寸为Ф45X2mm。
(7)所述步骤(6)的管坯在450℃中间退火1小时。
(8)所述步骤(7)的管坯第一次拉拔,冷拉后管材尺寸为Ф45X1.5mm。
(9)所述步骤(8)的管材在500℃中间退火2小时。
(10)所述步骤(9)的管材第二次拉拔,冷拉管材尺寸为Ф45X1.0mm。
(11)所述步骤(10)的管材在400℃成品退火1.5小时。
与现有的5A06合金管材(对比例3)相比,本发明的合金抗拉强度和屈服强度分别提高28%和56%,伸长率仍然保持在18.7%的高水平。
实施例2
与实施例1步骤1-6相同,但Ф45*2mm管坯不退火,拉拔到Ф45X1.5mm,容易拉断。
实施例3
与实施例1步骤1-8相同,但Ф45*1.5mm管坯450℃中间退火2小时,拉拔到Ф45X1.0mm,部分容易拉断。
实施例4
与实施例1步骤1-10相同,但不进行成品退火,可以拉拔,但Ф45X1.0管材强度高、伸长率低。
对比例1
对比例1的合金成分与实施例1相同,采用Ф130mm铸锭按5A06常规工艺挤压制成45X 2mm管坯,挤压温度440℃,挤压比40:1,挤压速度1.2mm/s,管坯表面出现横向裂纹。
对比例2
对比例2的合金成分与实施例1相同,采用Ф130mm铸锭剥皮后反挤压制成45X 2mm管坯,挤压温度440℃,挤压比40:1,挤压速度1.2mm/s,管坯表面粗造,仍有少量横向裂纹。
对比例3
对5A06合金铸锭均匀化后直接进行穿孔挤压,制备得到管材,质量合格,但由于5A06合金抗拉强度和屈服强度较低,不能满足航空器的应用要求。表2为本发明实施例1制备的管材与现有的5A06合金管材室温拉伸力学性能对比。
表2
本发明合金 | 307 | 161 | 18.7 |
现有的5A06合金 | 240 | 103 | 28.8 |
下表3为本发明实施例1-4与对比例1、2使用的合金及对比例3使用的合金名义成分:
表3合金组分质量百分数(/%)
下表4为本发明实施例1-4及对比例1、2的制备工艺及实验结果:
表4实施例、对比例及实验结果
Claims (9)
1.一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,包括以下步骤:
第一步:铸锭预处理
将铸锭均匀化后进行热挤压变形,得到挤压态园锭坯;所述热挤压变形工艺参数为:挤压温度420~450℃,挤压比7:1~10:1;
第二步:成型管初坯
将第一步得到的挤压态园锭坯(挤压坯)在反向卧式挤压机上反向穿孔挤压成管初坯;
第三步:初坯后处理
将第二步得到的初坯依次进行一次退火、一次冷拉、中间退火、二次冷拉、成品退火。
2.根据权利要求1所述的一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,其特征在于:第一步中,铸锭采用半连续铸造成锭,铸造工艺为:铸造温度700-720℃、水压0.05~0.18MPa,铸造速度为30~40mm/min。
3.根据权利要求1所述的一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,其特征在于:第二步中,成型管初坯工艺参数为:挤压温度为420~450℃,挤压比为35:1~45:1,挤压速度1.0~1.5mm/s。
4.根据权利要求1所述的一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,其特征在于:第三步中,一次退火工艺参数为:初坯在420-460℃保温退火1-2小时,随炉冷却到120℃±10℃之后空冷。
5.根据权利要求4所述的一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,其特征在于:第三步中,一次冷拉工艺参数为:冷拉变形量为20~30%。
6.根据权利要求5所述的一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,其特征在于:第三步中,中间退火工艺参数为:退火温度480-510℃,保温时间1.5~2.5小时。
7.根据权利要求6所述的一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,其特征在于:第三步中,二次冷拉工艺参数为:冷拉变形量为28~35%。
8.根据权利要求7所述的一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,其特征在于:第三步中,成品退火工艺参数为:退火温度370-420℃,保温时间1-2小时。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺,其特征在于:所述铝镁钪合金的名义成分为:
Al-6.2Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.12Zr-0.03Ti,具体包括6.2%Mg、0.4%Mn、0.24%Sc、0.12%Zr、0.03%Ti,0.0002Be、余量为Al和Fe、Si杂质。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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