CN108941227B - 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

一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺
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)的坯锭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，冷拉后管材尺寸为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45 X2mm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(/％)
Figure BDA0001724285180000041
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
Figure BDA0001724285180000051

Claims (1)

1.一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，包括以下步骤：
（1）铝镁钪合金的化学成分质量分数为：
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)按铝镁钪合金化学成分要求的含量将铝锭、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1.2 mm/s，挤压后的中空管坯尺寸为Ф45X2 mm；
(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Ф45X1.5 mm；
(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Ф45X1.0 mm；
(11) 所述步骤(10)的管材在400℃成品退火1.5小时。
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