CN109234514B - 一种控制3a21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法 - Google Patents

一种控制3a21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法 Download PDF

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Abstract

一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，本发明涉及控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法领域。本发明要解决常规退火工艺方法生产的3A21铝合金薄壁退火管材1级晶粒度等级合格率低，并且管材晶粒度不均匀的技术问题。方法：一、铸造空心铸锭；二、热挤压；三、冷轧；四、设定感应退火装置；五、将轧制管材匀速通过感应退火装置；六、空冷至室温。本发明方法解决了3A21航空用铝合金薄壁管材高晶粒度要求，使其1级晶粒度合格率由不足25％，提高到100％。本发明用于控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度。

Description

一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法
技术领域
本发明涉及控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法领域。
背景技术
目前，3A21铝合金薄壁退火管材主要用于化工设备导流管、飞机油箱的导油、输油管，要求此种合金薄壁管具有优异的抗腐蚀性能、弯曲变形能力。管材的组织晶粒度越小，抗腐蚀性能、弯曲变形能力就越好，为保证最终产品使用安全性能，客户要求该合金的管材晶粒度必须要达到1级(现有评定标准GB/T 3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法第2部分：低倍组织检验方法》共有5级，1级为最严要求)。但现有常规工艺生产的3A21铝合金薄壁退火管材合由于组织晶粒度不均匀，且整根管材各处无法均达到1级要求，合格率极低，只有25％左右导致制造成本极高，并且由于合格率过低造成管材的潜在使用安全性风险非常高。
发明内容
本发明要解决常规退火工艺方法生产的3A21铝合金薄壁退火管材1级晶粒度等级合格率低，并且管材晶粒度不均匀的技术问题，而提供一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法。
一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，具体按以下步骤进行：
一、铸造空心铸锭，空心铸锭的外径为Φ405mm、内径为Φ130mm，铸锭成分为3A21铝合金；
二、将步骤一制得的空心铸锭热挤压至外径为31mm～70mm，壁厚为4mm～10mm的管材坯料；其中热挤压温度为400℃～470℃；
三、将步骤二制得管材坯料进行冷轧，控制轧制率≥40％，得到外径为6mm～50mm，壁厚为1mm～3mm的轧制管材；
四、将感应退火装置的加热频率设定为1.5KHz～10KHz，加热温度设定为430℃～530℃，金属到温时间≤10秒；
五、将步骤三得到轧制管材以15cm/min～255cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置；
六、将步骤五处理的管材在空气中冷却到室温，得到薄壁退火管材，完成所述一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法。
其中金属到温时间为金属升温至设定温度的时间。
本方法将感应加热原理应用到铝合金退火热处理中，选取合适的加热频率1.5KHz～10KHz，实现超快速加热到温(铝合金金属温度可以快速越过其再结晶温度，从而防止组织晶粒异常长大)，然后将需要进行晶粒度控制退火的薄壁管材以15cm/min～255cm/min的速率匀速通过感应线圈，从而保证每根管材任何一处均可实现基本一致的快速加热退火工艺，保证整个管材晶粒度均匀一致，并且达到晶粒度要求。
本发明的有益效果是：
本发明通过合理利用感应加热原理，实现了管材退火过的快速加热(金属到温一般不超过10S)，解决了常规空气炉靠炉内热空气循环加热的加热速率慢(一般需要至少30min)，通过控制管材匀速通过感应退火装置，同时也避免了常规空气炉炉温固有的不均匀性(目前最好的空气退火炉炉温均匀性一般为±5℃，而感应加热炉则无炉温均匀性问题)造成的管材不同部为受热时间不一致而导致的管材组织晶粒度不均匀的问题。通过感应加热退火工艺的应用，目前生产的3A21铝合金薄壁退火管材组织晶粒度合格率达到100％，全部满足1级要求。
本发明用于控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度。
附图说明
图1为实施例一制备的薄壁退火管材的低倍晶粒度照片；
图2为GB/T3246.2中国家检测晶粒度标准样图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，具体按以下步骤进行：
一、铸造空心铸锭，空心铸锭的外径为Φ405mm、内径为Φ130mm，铸锭成分为3A21铝合金；
二、将步骤一制得的空心铸锭热挤压至外径为31mm～70mm，壁厚为4mm～10mm的管材坯料；其中热挤压温度为400℃～470℃；
三、将步骤二制得管材坯料进行冷轧，控制轧制率≥40％，得到外径为6mm～50mm，壁厚为1mm～3mm的轧制管材；
四、将感应退火装置的加热频率设定为1.5KHz～10KHz，加热温度设定为430℃～530℃，金属到温时间≤10秒；
五、将步骤三得到轧制管材以15cm/min～255cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置；
六、将步骤五处理的管材在空气中冷却到室温，得到薄壁退火管材，完成所述一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中3A21铝合金的元素按质量百分含量计，包括Si：≤0.6％、Fe：≤0.7％，Cu：≤0.2％、Mn：1.0％～1.6％、Mg：≤0.05％、Ti：≤0.15％、Zn：≤0.01％和余量的Al，其它杂质元素单个≤0.05％，合计≤0.10％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中冷轧工艺控制轧制率为50％～65％。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤四中加热温度设定为480℃，金属到温时间≤8秒。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤四中加热频率设定为2.5KHz。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四中加热频率设定为5KHz。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤五中轧制管材以20cm/min～85cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤五中轧制管材以85～155cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤五中轧制管材以155～255cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤六中薄壁退火管材晶粒度均达到1级。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，具体按以下步骤进行：
一、铸造空心铸锭，空心铸锭的外径为Φ405mm、内径为Φ130mm，铸锭成分为3A21铝合金；
3A21铝合金的元素按质量百分含量计，包括Si：0.0592％、Fe：0.4834％、Cu：0.0120％、Mn：1.1140％、Mg：0.0049％、Ti：≤0.0371％、Zn：≤0.0925％和余量的Al，其它杂质元素单个≤0.05％，合计≤0.10％
二、将步骤一制得的空心铸锭热挤压至外径为50mm，壁厚为4mm的管材坯料；
三、将步骤二制得管材坯料进行冷轧，得到外径为40mm，壁厚为1mm的轧制管材；
四、将感应退火装置的加热频率设定为2.5KHz，加热温度设定为480℃，金属到温时间≤8秒；
五、将步骤三得到轧制管材以20cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置；
六、将步骤五处理的管材在空气中冷却到室温，得到薄壁退火管材，完成所述一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法。
图1为本实施例制备的薄壁退火管材的低倍晶粒度照片；图2为GB/T3246.2中国家检检测晶粒度标准样图；
从图中可以看出本发明制备的3A21铝合金薄壁退火管材组织晶粒度全部满足1级要求，合格率达到100％。
本发明通过合理利用感应加热原理，实现了管材退火过的快速加热(金属到温一般不超过10S)，解决了常规空气炉靠炉内热空气循环加热的加热速率慢(一般需要至少30min)，通过控制管材匀速通过感应退火装置，同时也避免了常规空气炉炉温固有的不均匀性(目前最好的空气退火炉炉温均匀性一般为±5℃，而感应加热炉则无炉温均匀性问题)造成的管材不同部为受热时间不一致而导致的管材组织晶粒度不均匀的问题。通过感应加热退火工艺的应用，目前生产的3A21铝合金薄壁退火管材组织晶粒度合格率达到100％，全部满足1级要求。

Claims (9)

1.一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、铸造空心铸锭，空心铸锭的外径为Φ405mm、内径为Φ130mm，铸锭成分为3A21铝合金；
二、将步骤一制得的空心铸锭热挤压至外径为31mm～70mm，壁厚为4mm～10mm的管材坯料；其中热挤压温度为400℃～470℃；
三、将步骤二制得管材坯料进行冷轧，控制轧制率≥40％，得到外径为6mm～50mm，壁厚为1mm～3mm的轧制管材；
四、将感应退火装置的加热频率设定为1.5KHz～10KHz，加热温度设定为430℃～530℃，金属到温时间≤10秒；
五、将步骤三得到轧制管材以15cm/min～255cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置；
六、将步骤五处理的管材在空气中冷却到室温，得到薄壁退火管材，完成所述一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法；
步骤一中3A21铝合金的元素按质量百分含量计，包括Si：≤0.6％、Fe：≤0.7％，Cu：≤0.2％、Mn：1.0％～1.6％、Mg：≤0.05％、Ti：≤0.15％、Zn：≤0.01％和余量的Al，其它杂质元素单个≤0.05％，合计≤0.10％。
2.根据权利要求1所述的一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，其特征在于步骤三中冷轧工艺控制轧制率为50％～65％。
3.根据权利要求1所述的一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，其特征在于步骤四中加热温度设定为480℃，金属到温时间≤8秒。
4.根据权利要求1所述的一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，其特征在于步骤四中加热频率设定为2.5KHz。
5.根据权利要求1所述的一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，其特征在于步骤四中加热频率设定为5KHz。
6.根据权利要求1所述的一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，其特征在于步骤五中轧制管材以20cm/min～85cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置。
7.根据权利要求1所述的一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，其特征在于步骤五中轧制管材以85～155cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置。
8.根据权利要求1所述的一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，其特征在于步骤五中轧制管材以155～255cm/min的速率匀速通过按步骤四设定的感应退火装置。
9.根据权利要求1所述的一种控制3A21铝合金薄壁退火管材晶粒度的方法，其特征在于步骤六中薄壁退火管材晶粒度均达到1级。
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