CN109338183B - 一种高强度铝合金螺栓的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度铝合金螺栓的制备方法,包括合金铸造、铸棒连轧、螺栓成形、螺栓热处理及螺栓表面处理等工艺过程,本发明提供的一种高强度铝合金螺栓的制备方法,能够实制备出抗拉强度达到700MPa以上,抗剪切强度达到360MPa以上的高强度铝合金螺栓,完全能够满足高强度铝合金材料的连接需要。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金器件制备技术领域,特别涉及一种高强度铝合金螺栓的制备方法。
背景技术
伴随着轻量化的发展趋势,铝合金作为轻合金结构材料的代表,愈来愈多的应用于现代工业的各个领域。铝合金的大量应用必将涉及材料之间的连接问题,由于铝合金自身特性,强度大于460MPa的铝合金通常不采用焊接的方式连接,栓接是高强铝合金常用的连接方式。出于性能匹配和防止腐蚀的原则,高强度铝合金的栓接应该采用高强度铝合金螺栓。目前国内在铝合金螺栓,尤其是高强度铝合金螺栓生产技术方面还比较落后,在公开的文献上还没有关于抗拉强度在700MPa以上,抗剪切强度在360MPa以上的高强度铝合金螺栓制备技术的相关报告。因此,当前亟需一种生产高强度铝合金螺栓的方法,以满足高强度铝合金材料连接的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强度铝合金螺栓的制备方法,以保证铝合金螺栓的抗拉强度和抗剪切强度能够满足高强度铝合金材料连接的需要。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种高强度铝合金螺栓的制备方法,包括如下步骤:
合金铸造:将铝合金熔体通过半连续铸造工艺铸造成直径为60-100mm、长度为10-27米的铸棒,控制铸棒表面偏析层小于3mm,然后将铸棒均匀化处理,最后对铸棒铣面,铣面厚度1-3mm,所述铝合金熔体以重量百分比计成分为:Zn:8.0~9.5wt.%,Mg:1.7~2.9wt.%,Cu:2.0~2.7wt.%,Zr:0.08~0.2wt.%,Ti:0.01~0.03wt.%,Si:<0.1wt.%,Fe:<0.15wt.%。其他不可避免的杂质元素每种少于0.05wt.%,且总量少于0.15wt.%,余量为Al;
铸棒连轧:用短应力线连轧机组将所述铸棒轧制成直径为10-40mm的铝杆,轧制温度360-440℃,轧制速度0.5-3m/s,铸棒连轧加热采用梯度加热,铸棒先入轧机端的加热温度比尾端加热温度高15-35℃;
螺栓成形:将铝杆定尺下料并加热至360-410℃,通过热墩机制成螺栓坯料,通过搓丝机搓丝形成螺纹得到螺栓;
螺栓热处理:将螺栓在465℃保温2小时固溶处理,淬火转移时间小于20秒,淬火介质为软化水,水温30-60℃,然后进行两级时效处理;
表面处理:将热处理后的螺栓进行阳极氧化处理以增加螺栓表面硬度和耐蚀性。
进一步地,所述铝合金熔体的半连续铸造温度为700-730℃,铸造速度为115-200mm/min。
进一步地,所述半连续铸造工艺中,所述铝合金熔体在结晶区施加电磁搅拌,电磁磁场频率为50Hz,励磁电流为100-200A,铝合金的平均晶粒尺寸控制为30-100μm。
进一步地,所述结晶区设置油膜以控制铸锭与结晶器之间的一次冷却强度和界面润滑。
进一步地,所述铸棒均匀化处理的均质温度为460-480℃,均质时间为20-36小时。
进一步地,所述短应力线连轧机组的轧制道次6-16道,每道次机架均采用独立动力传动,轧机轧辊采用平-立交替布置,第一道次轧机为水平轧机。
进一步地,所述轧制道次为偶数道次,前50%道次延伸系数范围为1.27-1.39,后50%道次延伸系数为1.20-1.32。
进一步地,所述两级时效处理的第一级时效温度为105-115℃,时效时间为6-12小时,第二级时效温度为155-165℃,时效时间为4-10小时。
进一步地,所述高强度铝合金螺栓的抗拉强度达到700MPa以上,抗剪切强度达到360MPa以上。
本发明提供的一种高强度铝合金螺栓的制备方法,将设计成分的铝合金熔体通过合金铸造、铸棒连轧、螺栓成形、螺栓热处理及螺栓表面处理等工艺过程,能够实制备出抗拉强度达到700MPa以上,抗剪切强度达到360MPa以上的高强度铝合金螺栓,完全能够满足高强度铝合金材料连接的需要。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高强度铝合金螺栓的制备方法的流程图。
具体实施方式
参见图1,本发明实施例提供的一种高强度铝合金螺栓的制备方法,包括如下步骤:
合金铸造:将铝合金熔体通过半连续铸造工艺铸造成直径为60-100mm、长度为10-27米的铸棒,控制铸棒表面偏析层小于3mm,然后将铸棒均匀化处理,最后对铸棒铣面,铣面厚度1-3mm,所述铝合金熔体以重量百分比计成分为:Zn:8.0~9.5wt.%,Mg:1.7~2.9wt.%,Cu:2.0~2.7wt.%,Zr:0.08~0.2wt.%,Ti:0.01~0.03wt.%,Si:<0.1wt.%,Fe:<0.15wt.%。其他不可避免的杂质元素每种少于0.05wt.%,且总量少于0.15wt.%,余量为Al;
铸棒连轧:用短应力线连轧机组将所述铸棒轧制成直径为10-40mm的铝杆,轧制温度360-440℃,轧制速度0.5-3m/s,铸棒连轧加热采用梯度加热,铸棒先入轧机端的加热温度比尾端加热温度高15-35℃;
螺栓成形:将铝杆定尺下料并加热至360-410℃,通过热墩机制成螺栓坯料,通过搓丝机搓丝形成螺纹得到螺栓;
螺栓热处理:将螺栓在465℃保温2小时固溶处理,淬火转移时间小于20秒,淬火介质为软化水,水温30-60℃,然后进行两级时效处理;
表面处理:将热处理后的螺栓进行阳极氧化处理以增加螺栓表面硬度和耐蚀性。
其中,所述铝合金熔体的半连续铸造温度为700-730℃,铸造速度为115-200mm/min。
其中,所述半连续铸造工艺中,所述铝合金熔体在结晶区施加电磁搅拌,电磁磁场频率为50Hz,励磁电流为100-200A,铝合金的平均晶粒尺寸控制为30-100μm。
其中,所述结晶区设置油膜以控制铸锭与结晶器之间的一次冷却强度和界面润滑。
其中,所述铸棒均匀化处理的均质温度为460-480℃,均质时间为20-36小时。
其中,所述短应力线连轧机组的轧制道次6-16道,每道次机架均采用独立动力传动,轧机轧辊采用平-立交替布置,第一道次轧机为水平轧机。
其中,所述轧制道次为偶数道次,前50%道次延伸系数范围为1.27-1.39,后50%道次延伸系数为1.20-1.32。
其中,所述两级时效处理的第一级时效温度为105-115℃,时效时间为6-12小时,第二级时效温度为155-165℃,时效时间为4-10小时。
其中,所述高强度铝合金螺栓的抗拉强度达到700MPa以上,抗剪切强度达到360MPa以上。
下面通过具体实施例对本发明提供的一种高强度铝合金螺栓的制备方法做具体说明。
实施例1
原料配制:合金成分为Zn:8.8wt.%,Mg:2.6wt.%,Cu:2.5wt.%,Zr:0.15wt.%,Ti:0.02wt.%,Si:<0.1wt.%,Fe:<0.15wt.%,其他不可避免的杂质元素每种少于0.05wt.%,且总量少于0.15wt.%,余量为Al。以纯金属铝、纯金属锌、纯金属铜、纯金属镁、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金作为原料,进行备料。
熔炼铸造:在反射式熔铝炉中进行熔炼,将纯金属铝、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金同时加入炉中熔化,熔化后加入纯金属铜,升温至740℃,加入纯金属锌、纯金属镁,加金属镁时要通过压罩将镁块完全压入液面以下;待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至750℃,使用精炼剂进行精炼处理15min,精炼剂用量2kg每吨铝;处理完毕后搅拌合金熔体并在730℃静置20min,静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣,然后通过半连续铸造法进行铸造;铸造温度为710℃,铸造速度170mm/min,铸棒直径80mm,单支铸棒长度20米;在结晶区施加电磁搅拌以细化晶粒,磁场频率50Hz,励磁电流150A,平均晶粒尺寸60-80μm;在结晶区施加油膜控制铸锭与结晶器之间的一次冷却强度和界面润滑,控制铸棒表面偏析层小于2mm。铸棒均质温度465℃,均质时间27小时;铸棒铣面厚度2mm。
热连轧:将均质铣面后的铸棒加热至380-400℃后开始轧制,铸棒入轧端温度400℃,铸棒尾端加热温度380℃。轧机采用短应力线连轧机组,轧辊直径350mm,轧辊分平-立交替布置,轧制道次16道,道次延伸系数分别为1.34-1.33-1.36-1.34-1.36-1.34-1.35-1.33-1.31-1.29-1.31-
1.29-1.29-1.26-1.23-1.21;最后道次轧制速度1.5m/s;轧制成品直径10.5mm。
螺栓成形:将轧制铝杆定尺下料并加热至400℃,通过热墩机墩成螺栓坯料;通过搓丝机搓丝,形成M10螺纹。
螺栓热处理:将螺栓在465℃保温2小时进行固溶处理,淬火转移时间小于20秒,淬火介质为软化水,水温30-60℃;淬火后进行两级时效处理,第一级时效温度110℃,时效时间10小时,第二级时效温度155℃,时效时间6小时。
表面处理:将热处理后的螺栓进行阳极氧化处理以增加螺栓表面硬度和耐蚀性。
通过以上步骤制备的高强度铝合金螺栓抗拉强度733MPa,抗剪切强度367MPa。
实施例2
原料配制:合金成分为Zn:8.0wt.%,Mg:2.3wt.%,Cu:2.0wt.%,Zr:0.08wt.%,Ti:0.01wt.%,Si:<0.1wt.%,Fe:<0.15wt.%,其他不可避免的杂质元素每种少于0.05wt.%,且总量少于0.15wt.%,余量为Al。以纯金属铝、纯金属锌、纯金属铜、纯金属镁、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金作为原料,进行备料。
熔炼铸造:在反射式熔铝炉中进行熔炼,将纯金属铝、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金同时加入炉中熔化,熔化后加入纯金属铜,升温至740℃,加入纯金属锌、纯金属镁,加金属镁时要通过压罩将镁块完全压入液面以下;待这些金属熔化并搅拌均匀后升温至750℃,使用精炼剂进行精炼处理15min,精炼剂用量2kg每吨铝;处理完毕后搅拌合金熔体并在730℃静置20min,静置完毕后捞去合金熔体表面的浮渣,然后通过半连续铸造法进行铸造;铸造温度为700℃,铸造速度200mm/min,铸棒直径60mm,单支铸棒长度27米;在结晶区施加电磁搅拌以细化晶粒,磁场频率50Hz,励磁电流100A,平均晶粒尺寸30-50μm;在结晶区施加油膜控制铸锭与结晶器之间的一次冷却强度和界面润滑,控制铸棒表面偏析层小于2mm。铸棒均质温度470℃,均质时间20小时;铸棒铣面厚度2mm。
热连轧:将均质铣面后的铸棒加热至360-380℃后开始轧制,铸棒入轧端温度380℃,铸棒尾端加热温度360℃。轧机采用短应力线连轧机组,轧辊直径350mm,轧辊分平-立交替布置,轧制道次10道,道次延伸系数分别为1.33-1.37-1.36-1.34-1.36-1.32-1.30-1.27-1.24-1.21;最后道次轧制速度1.5m/s;轧制成品直径14.6mm。
螺栓成形:将轧制铝杆定尺下料并加热至380℃,通过热墩机墩成螺栓坯料;通过搓丝机搓丝,形成M14螺纹。
螺栓热处理:将螺栓在465℃保温2小时进行固溶处理,淬火转移时间小于20秒,淬火介质为软化水,水温30-60℃;淬火后进行两级时效处理,第一级时效温度115℃,时效时间10小时,第二级时效温度160℃,时效时间7小时。
表面处理:将热处理后的螺栓进行阳极氧化处理以增加螺栓表面硬度和耐蚀性。
通过以上步骤制备的高强度铝合金螺栓抗拉强度711MPa,抗剪切强度364MPa。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种高强度铝合金螺栓的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
合金铸造:将铝合金熔体通过半连续铸造工艺铸造成直径为60-100mm、长度为10-27米的铸棒,控制铸棒表面偏析层小于3mm,然后将铸棒均匀化处理,最后对铸棒铣面,铣面厚度1-3mm,所述铝合金熔体以重量百分比计成分为:Zn:8.0~9.5wt.%,Mg:1.7~2.9wt.%,Cu:2.0~2.7wt.%,Zr:0.08~0.2wt.%,Ti:0.01~0.03wt.%,Si:<0.1wt.%,Fe:<0.15wt.%,其他不可避免的杂质元素每种少于0.05wt.%,且总量少于0.15wt.%,余量为Al;
铸棒连轧:用短应力线连轧机组将所述铸棒轧制成直径为10-40mm的铝杆,轧制温度360-440℃,轧制速度0.5-3m/s,铸棒连轧加热采用梯度加热,铸棒先入轧机端的加热温度比尾端加热温度高15-35℃;所述短应力线连轧机组的轧制道次6-16道,每道次机架均采用独立动力传动,轧机轧辊采用平-立交替布置,第一道次轧机为水平轧机;且所述轧制道次为偶数道次,前50%道次延伸系数范围为1.27-1.39,后50%道次延伸系数为1.20-1.32;
螺栓成形:将铝杆定尺下料并加热至360-410℃,通过热墩机制成螺栓坯料,通过搓丝机搓丝形成螺纹得到螺栓;
螺栓热处理:将螺栓在465℃保温2小时固溶处理,淬火转移时间小于20秒,淬火介质为软化水,水温30-60℃,然后进行两级时效处理;
表面处理:将热处理后的螺栓进行阳极氧化处理以增加螺栓表面硬度和耐蚀性。
2.根据权利要求1所述的高强度铝合金螺栓的制备方法,其特征在于:所述铝合金熔体的半连续铸造温度为700-730℃,铸造速度为115-200mm/min。
3.根据权利要求1所述的高强度铝合金螺栓的制备方法,其特征在于:所述半连续铸造工艺中,所述铝合金熔体在结晶区施加电磁搅拌,电磁磁场频率为50Hz,励磁电流为100-200A,铝合金的平均晶粒尺寸控制为30-100μm。
4.根据权利要求3所述的高强度铝合金螺栓的制备方法,其特征在于:所述结晶区设置油膜以控制铸棒与结晶器之间的一次冷却强度和界面润滑。
5.根据权利要求1所述的高强度铝合金螺栓的制备方法,其特征在于:所述铸棒均匀化处理的均质温度为460-480℃,均质时间为20-36小时。
6.根据权利要求1所述的高强度铝合金螺栓的制备方法,其特征在于:所述两级时效处理的第一级时效温度为105-115℃,时效时间为6-12小时,第二级时效温度为155-165℃,时效时间为4-10小时。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高强度铝合金螺栓的制备方法,其特征在于:所述高强度铝合金螺栓的抗拉强度达到700MPa以上,抗剪切强度达到360MPa以上。
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GR01 | Patent grant | ||
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