CN109022852B - 一种2007铝合金棒材生产工艺 - Google Patents

一种2007铝合金棒材生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种2007铝合金棒材生产工艺，包括以下步骤：熔铸、均质、挤压、在线淬火、拉伸、锯切装框、时效热处理和打包，其中均质工艺为将熔铸得到的铝合金铸锭加热至480℃后保温8h，然后加热至510℃保温3h，冷却至360～420℃，得到均质后的铝合金铸锭，使得挤压工艺中挤压机的突破压力降低至260Bar，整个挤压过程更易于平稳挤压，不容易出现设备憋压等情况，不容易对设备及模具造成损伤，解决了2007铝合金棒材在线淬火困难的问题。

Description

一种2007铝合金棒材生产工艺
技术领域
本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种2007铝合金棒材生产工艺。
背景技术
2007铝合金属于Al-Cu-Mg系可热处理强化型铝合金，作为结构型高强度铝合金，应用范围非常广泛，是许多承重结构比如飞机的机身、机翼和连接件以及轨道列车等重要材料。2007铝合金主要是应用在航空和航天领域，新型飞机设计的主导思想是减少油耗、提高飞行速度、增加载重量，以便提高战术性能和经济效益。因此，在结构设计上尽可能要求减轻机体重量，在选材方面一般选用能代表当代的最高比强度的材料。也可以说，航空材料的进展在飞机发展上起到了极其重要的作用。在飞机用铝材中，2007铝合金中强高韧铝合金起着重要作用。
近年来，随着铝合金技术的发展，有逐渐取代钢铁部件的趋势，但通常2007大米重表面要求严格的棒材，淬火速率达到5.5℃/s才可以在线生产，离线淬火表面容易产生水渍，离线淬火增加生产周期的同时，也增加了能源损耗，提高了生产成本和降低了生产效率。
2007铝合金挤压生产时，由于铸锭均质化程度低，铸锭硬度高，挤压生产时突破压力高，挤压速度慢，淬火速率低，因此很难达到在线淬火要求。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决φ200-210mm铝合金棒材在线淬火困难的问题，提供一种2007铝合金棒材生产工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种2007铝合金棒材生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制2007铝合金原料：Si：0.50～0.60％，Mg：0.40～0.60％，Fe：0.60～0.80％，Cu：4.0～4.2％，Mn：0.45％～0.55％，Cr：0.03％，Ni：0.02％；Zn：0.02％，Pb：0.80～0.90％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至480℃后保温8h，然后加热至510℃保温3h，冷却至360～420℃，得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到2007铝合金棒材，其中挤压模具的加热温度为420～450℃，挤压筒的挤压比为40～40.5，挤压速度为1.5-1.8m/min，挤压模具的出料口温度控制在410～420℃，挤压后铝合金棒材的温度为410～420℃，挤压机的突破压力为260Bar；
D、在线淬火：将挤压后的2007铝合金棒材置于在线淬火装置进行淬火，淬火冷却速率为5.0～6.0℃/s，淬火时间为60～80s，淬火后铝合金棒材的温度为25～28℃；
E、拉伸：将在线淬火后的2007铝合金棒材夹入拉伸装置且在1小时内进行拉伸；
F、锯切装框：将拉伸后的2007铝合金棒材进行锯切装框，锯切后的铝合金棒材长度为300～400mm，直径为200～210mm；
G、时效热处理：将拉伸后的2007铝合金棒材进行时效热处理，时效热处理温度为170～180℃，时效时间为8～12h；
H、打包：将时效热处理后的2007铝合金棒材进行检验、包装。
进一步，步骤A液态铝合金熔炼温度为720～750℃。
进一步，步骤A中各元素依次按照先高熔点、后低熔点、先大密度、后小密度的顺序加入熔炼炉中熔炼，待炉内出现铝水时，进行电磁搅拌，然后向炉中通入氩气进行精炼除杂，氩气流量为35～55scfh，将经扒渣得到的合格铝液注入到保温炉中保温，然后细化处理。
进一步，步骤C中挤压筒的挤压比为40.2，挤压后铝合金棒材的温度为420℃。
进一步，步骤D淬火冷却速率为5.5℃/s。
进一步，步骤E中铝合金棒材的拉伸变形量≤2％。
进一步，步骤G中时效热处理温度为175℃，时效时间为10h。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的2007铝合金棒材生产工艺，在正常2007铝合金铸锭化学成分的基础上对铝合金铸锭中Si、Mg、Fe、Cu、Mn、Pb等合金元素进行优化，同时对铝合金铸锭的均质制度进行优化，铝合金棒材米重为92.132kg/m。由于Cu和铝组成固溶体，增加含铜量，能提高铝合金的流动性，有益于铝合金棒材抗拉强度和硬度的提高，但降低了耐蚀性和塑性，热裂倾向增大，但是可以通过双极的均质制度进行弥补。同时Si元素也是是改善流动性能的主要成份，从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。
Fe以FeAl3、Fe2A和Al-Si-Fe的片状或针状组织存在于合金中，降低机械性能，这种组织还会使合金的流动性减低，热裂性增大，但由于铝合金对模具的粘附作用十分强烈，当铁含量在0.6％以下时尤为强烈。当超过0.6％后，粘模现象便大为减轻，故含铁量一般应控制在0.6～1％范围内对挤压是有好处的，技术人员将2007铝合金铸锭中的Fe的含量控制在0.6～0.8％。Mg元素在Al-Cu这种材料中，Mg2Si会使铸件变脆，对于挤压没有益处，所以技术人员将2007铝合金铸锭的Mg含量控制在0.4％。
2、本发明所公开的2007铝合金棒材生产工艺，将熔铸后的铝合金铸锭进行480℃*8h+510℃*3h的均质化热处理，铝合金棒材表面及芯部硬度下降，挤压机突破压力有所下降，更易于平稳挤压，不容易出现设备憋压等情况，不容易对设备及模具造成损伤，解决了铝合金棒材在线淬火困难的问题。同时铝合金铸锭均质处理后，其内部化学成分均匀，在挤压时，棒材表面质量较好控制、较光洁；不容易产生划伤、拉毛等表面缺陷，因此均质处理后的铝合金铸锭常被用于腔体复杂的组合模产品中。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为现有技术中2007铝合金棒材生产工艺的工艺流程图；
图2为本发明2007铝合金棒材生产工艺的工艺流程图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
如图2所示一种2007铝合金棒材生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制2007铝合金原料：Si：0.50％，Mg：0.60％，Fe：0.80％，Cu：4.2％，Mn：0.45％％，Cr：0.03％，Ni：0.02％；Zn：0.02％，Pb：0.80％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，液态铝合金熔炼温度为720℃；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至480℃后保温8h，然后加热至510℃保温3h，冷却至420℃，得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到2007铝合金棒材，其中挤压模具的加热温度为450℃，挤压筒的挤压比为40，挤压速度为1.8m/min，挤压模具的出料口温度控制在410℃，挤压后铝合金棒材的温度为420℃，挤压机的突破压力为260Bar；
D、在线淬火：将挤压后的2007铝合金棒材置于在线淬火装置进行淬火，淬火冷却速率为5.5℃/s，淬火时间为80s，淬火后铝合金棒材的温度为25℃；
E、拉伸：将在线淬火后的2007铝合金棒材夹入拉伸装置且在1小时内进行拉伸，铝合金棒材的拉伸变形量为1％；
F、锯切装框：将拉伸后的2007铝合金棒材进行锯切装框，锯切后的铝合金棒材长度为400mm，直径为200mm；
G、时效热处理：将拉伸后的2007铝合金棒材进行时效热处理，时效热处理温度为175℃，时效时间为10h；
H、打包：将时效热处理后的2007铝合金棒材进行检验、包装。
实施例2
如图2所示一种2007铝合金棒材生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制2007铝合金原料：Si：0.60％，Mg：0.40％，Fe：0.60％，Cu：4.0％，Mn：0.55％，Cr：0.03％，Ni：0.02％；Zn：0.02％，Pb：0.90％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，液态铝合金熔炼温度为750℃；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至480℃后保温8h，然后加热至510℃保温3h，冷却至360℃，得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到2007铝合金棒材，其中挤压模具的加热温度为420℃，挤压筒的挤压比为40.5，挤压速度为1.5m/min，挤压模具的出料口温度控制在420℃，挤压后铝合金棒材的温度为420℃，挤压机的突破压力为260Bar；
D、在线淬火：将挤压后的2007铝合金棒材置于在线淬火装置进行淬火，淬火冷却速率为5.5℃/s，淬火时间为70s，淬火后铝合金棒材的温度为25℃；
E、拉伸：将在线淬火后的2007铝合金棒材夹入拉伸装置且在1小时内进行拉伸，铝合金棒材的拉伸变形量为1.5％；
F、锯切装框：将拉伸后的2007铝合金棒材进行锯切装框，锯切后的铝合金棒材长度为300mm，直径为210mm；
G、时效热处理：将拉伸后的2007铝合金棒材进行时效热处理，时效热处理温度为175℃，时效时间为10h；
H、打包：将时效热处理后的2007铝合金棒材进行检验、包装。
对比例1
如图1所示一种2007铝合金棒材生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制2007铝合金原料：Si：0.20％，Mg：1.0％，Fe：0.25％，Cu：3.1％，Mn：0.45％％，Cr：0.03％，Ni：0.02％；Zn：0.01％，Pb：0.80％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，液态铝合金熔炼温度为720℃；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至470℃后保温10h后，冷却至420℃，得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到2007铝合金棒材，其中挤压模具的加热温度为400℃，挤压筒的挤压比为40，挤压速度为0.1m/min，挤压模具的出料口温度控制在370℃，挤压后铝合金棒材的温度为360℃，挤压机的突破压力为290Bar；
D、锯切装框：将挤压后的2007铝合金棒材进行锯切装框，锯切后的铝合金棒材长度为400mm，直径为200mm；
E、运输：将锯切装框后的2007铝合金棒材运输至淬火装置进行离线淬火；
F、离线淬火：将锯切装框后的2007铝合金棒材进行离线淬火，淬火冷却速率为3.5℃/s，淬火后铝合金棒材的温度为25℃；
G、拉伸：将离线淬火后的2007铝合金棒材夹入拉伸装置且在1小时内进行拉伸，铝合金棒材的拉伸变形量为1％；
H、锯切装框：将拉伸后的铝合金棒材进行二次锯切装框；
I、时效热处理：将二次锯切装框后的2007铝合金棒材进行时效热处理，时效热处理温度为175℃，时效时间为10h；
J、打包：将时效热处理后的2007铝合金棒材进行检验、包装。
对比例2
如图1所示一种2007铝合金棒材生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制2007铝合金原料：Si：0.30％，Mg：1.2％，Fe：0.35％，Cu：3.3％，Mn：0.55％％，Cr：0.03％，Ni：0.02％；Zn：0.01％，Pb：0.90％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，液态铝合金熔炼温度为720℃；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至470℃后保温10h后，冷却至420℃，得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到2007铝合金棒材，其中挤压模具的加热温度为400℃，挤压筒的挤压比为40，挤压速度为0.1m/min，挤压模具的出料口温度控制在370℃，挤压后铝合金棒材的温度为360℃，挤压机的突破压力为290Bar：
D、锯切装框：将挤压后的2007铝合金棒材进行锯切装框，锯切后的铝合金棒材长度为400mm，直径为200mm；
E、运输：将锯切装框后的2007铝合金棒材运输至淬火装置进行离线淬火；
F、离线淬火：将锯切装框后的2007铝合金棒材进行离线淬火，淬火冷却速率为3.5℃/s，淬火后铝合金棒材的温度为25℃；
G、拉伸：将离线淬火后的2007铝合金棒材夹入拉伸装置且在1小时内进行拉伸，铝合金棒材的拉伸变形量为1％；
H、锯切装框：将拉伸后的铝合金棒材进行二次锯切装框；
I、时效热处理：将二次锯切装框后的2007铝合金棒材进行时效热处理，时效热处理温度为175℃，时效时间为10h；
J、打包：将时效热处理后的2007铝合金棒材进行检验、包装。
实施例1～2和对比例1～2所制备铝合金棒材硬度及力学性能测试结果见表一
表一
硬度(HBW) 屈服强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 伸长率(％)
标准 95 250 370 6
实施例1 105 286 402 10
实施例2 106 285 400 9.5
对比例1 102 277 390 11
对比例2 101 275 393 11.5
由表一可以看到，通过本发明2007铝合金棒材生产工艺制备的铝合金棒材硬度、屈服强度和抗拉强度都得到了提高。铝合金铸锭挤压过程中突破压力260Bar，较原来290Bar下降了30Bar，突破后压力呈降低趋势，挤压速度最大可达到1.5mm/s，由于挤压速度提高，淬火前温度可达到410～420℃，淬火速率可达到5.5℃/s，满足了棒材在线淬火条件，解决了2007铝合金棒材在线淬火困难的问题。同时由附图可以看到，本发明所保护的铝合金棒材生产工艺相对于现有技术减少了离线淬火、锯切装框和运输工序，相对于现有技术每吨铝合金可节省周期12h，提高了铝合金的生产效率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种2007铝合金棒材生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制2007铝合金原料：Si：0.50～0.60％，Mg：0.40～0.60％，Fe：0.60～0.80％，Cu：4.0～4.2％，Mn：0.45％～0.55％，Cr：0.03％，Ni：0.02％；Zn：0.02％，Pb：0.80～0.90％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量A1，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至480℃后保温8h，然后加热至510℃保温3h，冷却至360～420℃，得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到2007铝合金棒材，其中挤压模具的加热温度为420～450℃，挤压筒的挤压比为40～40.5，挤压速度为1.5～1.8m/min，挤压模具的出料口温度控制在410～420℃，挤压后铝合金棒材的温度为410～420℃，挤压机的突破压力为260Bar；
D、在线淬火：将挤压后的2007铝合金棒材置于在线淬火装置进行淬火，淬火冷却速率为5.0～6.0℃/s，淬火时间为60～80s，淬火后铝合金棒材的温度为25～28℃；
E、拉伸：将在线淬火后的2007铝合金棒材夹入拉伸装置且在1小时内进行拉伸；
F、锯切装框：将拉伸后的2007铝合金棒材进行锯切装框，锯切后的铝合金棒材长度为300～400mm，直径为200～210mm；
G、时效热处理：将拉伸后的2007铝合金棒材进行时效热处理，时效热处理温度为170～180℃，时效时间为8～12h；
H、打包：将时效热处理后的2007铝合金棒材进行检验、包装。
2.如权利要求1所述的2007铝合金棒材生产工艺，其特征在于，步骤A液态铝合金熔炼温度为720～750℃。
3.如权利要求1所述的2007铝合金棒材生产工艺，其特征在于，步骤A中各元素依次按照先高熔点、后低熔点、先大密度、后小密度的顺序加入熔炼炉中熔炼，待炉内出现铝水时，进行电磁搅拌，然后向炉中通入氩气进行精炼除杂，氩气流量为35～55scfh，将经扒渣得到的合格铝液注入到保温炉中保温，然后细化处理。
4.如权利要求1所述的2007铝合金棒材生产工艺，其特征在于，步骤C中挤压筒的挤压比为40.2，挤压后铝合金棒材的温度为420℃。
5.如权利要求1所述的2007铝合金棒材生产工艺，其特征在于，步骤D淬火冷却速率为5.5℃/s。
6.如权利要求1所述的2007铝合金棒材生产工艺，其特征在于，步骤E中铝合金棒材的拉伸变形量≤2％。
7.如权利要求1所述的2007铝合金棒材生产工艺，其特征在于，步骤G中时效热处理温度为175℃，时效时间为10h。
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