CN109487102A - 一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,属于铝合金材料加工技术领域。该板材组织为纤维状变形组织,而非常规材料超塑性能所要求的等轴细晶组织,其特征是:所述合金的各元素质量百分比为:Mg:5.0%~6.8%,Sc:0.2%~0.45%,Zr:0.05%~0.15%,Mn:0.12%~0.5%,Ti≤0.03%,Fe≤0.10%,Si≤0.20%,Zn<0.05%,余量为Al。该板的制造方法,其过程包括:熔炼铸造、均匀化退火、热轧、中间退火、温轧、冷轧、拉伸矫直。本发明得到的铝镁钪合金板材具有良好高温超塑性能,板材的横向延伸率630~655%,纵向延伸率可达645‑670%,并以该板材为坯料,经高温超塑成形出800mm量级薄壁半球壳体,未来可进一步用于制造形状复杂,整体化程度高的各种航天飞行器的零部件。
Description
技术领域
本发明属于铝合金材料加工技术领域,具体涉及一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法。
背景技术
铝镁钪合金是在传统铝镁合金基础上开发的新一代航天结构材料,强度高、抗焊接软化性能更强。由于Sc元素的添加,合金的晶粒急剧细化,高温组织稳定性高,从而表现出了良好的超塑性性能,已成为国内外的超塑性成形领域重点关注的合金之一。
目前,国内外科研人员对铝镁钪合金超塑性开展大量研究,多数学者提出利用等径角挤压(ECAP)、搅拌摩擦焊(FSW)、高压扭转(HPT)等剧塑性变形技术来细化晶粒,从而满足超塑性的等轴、细晶条件。但由于成形效率低、不能制备大规格块体材料、变形不均匀等原因,剧塑性变形技术的应用受到一定程度的限制。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提出一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法。
本发明的技术解决方案是:
一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,该方法的步骤包括:
(1)熔炼铸造:将纯铝锭和中间金属进行熔炼,进行在线除渣除气工序降低铝熔体中的氢渣浓度,再经过过滤工序去除铝熔体中的非金属夹杂和氧化物,铸造出厚度为350mm的铝镁钪合金锭坯,所述中间金属包括纯镁锭、铝钪中间合金、镁锆中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金和铝钛硼晶粒细化剂,铸造出的铝镁钪合金锭坯各组分的质量百分比组成为:Mg:5.0%~6.8%,Sc:0.2%~0.45%,Zr:0.05%~0.15%,Mn:0.12%~0.5%,Ti≤0.03%,Fe≤0.10%,Si≤0.20%,Zn<0.05%,余量为Al;
(2)均匀化退火:将步骤(1)得到的铝镁钪合金锭坯在温度445~475℃的条件下,保温16~24h,保温结束后空冷至室温;
(3)热轧:对步骤(2)得到的均匀化退火后的铝镁钪合金锭坯铣面,去除表面氧化层和气孔,并将铝镁钪合金锭坯一端加工成楔形,然后放入台式炉中加热至400~440℃,保温3~5h后进行轧制成40mm厚热轧板;
(4)中间退火:将步骤(3)得到的热轧板在400~450℃条件下,保温1~3h,然后空冷;
(5)温轧:将步骤(4)得到的热轧板在温度为250~300℃条件下进行换向温轧,得到20mm厚温轧板;
(6)冷轧:对步骤(5)得到的温轧板进行换向冷轧,得到12mm厚冷轧板;
(7)拉伸矫直:将步骤(6)得到的冷轧板经过拉伸矫直,得到超塑成形用铝镁钪合金板材。
上述的方法得到的铝镁钪合金板材为纤维状组织,并具有高温超塑性能,横向延伸率可达630~655%,纵向延伸率可达645-670%。
本发明的有益效果为:
(1)本发明提供一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,属于铝合金材料加工技术领域。该板材组织为纤维状变形组织,而非常规材料超塑性能所要求的等轴细晶组织,其特征是:所述合金的各元素质量百分比为:Mg:5.0~6.8%,Sc:0.2~0.45%,Zr:0.05~0.15%,Mn:0.12~0.5%,Ti≤0.03%,Fe≤0.10%,Si≤0.20%,Zn<0.05%,余量为Al。该板的制造方法,其过程包括:熔炼铸造、均匀化退火、热轧、中间退火、温轧、冷轧、拉伸矫直。本发明得到的铝镁钪合金板材具有良好高温超塑性能,板材的横向延伸率630~655%,纵向延伸率可达645-670%,并以该板材为坯料,经高温超塑成形出800mm量级薄壁半球壳体,未来可进一步用于制造形状复杂,整体化程度高的各种航天飞行器的零部件。
(2)本发明制备铝镁钪合金超塑板材具有纤维状变形组织,省去繁杂的细晶处理,工序简单,成本低,更适合大规模工业生产;铝镁钪合金为非热处理强化合金,部件成形后无需固溶时效,避免了热处理变形,因而可充分利用本发明得到的铝镁钪合金板材来超塑成形高精度,形状复杂的中等强度钣金件。
附图说明
图1是铝镁钪合金板材的纤维状组织示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:一种超塑成形用铝镁钪合金板材中各元素质量百分比为:Mg:5.0~6.8%,Sc:0.2~0.45%,Zr:0.05~0.15%,Mn:0.12~0.5%,Ti≤0.03%,Fe≤0.10%,Si≤0.20%,Zn<0.05%,余量为Al。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是,超塑成形用铝镁钪合金板材中各元素质量百分比如下:6.08%的Mg,0.25%的Sc,0.11%的Zr,0.02%的Ti,0.30%的Mn,Fe≤0.10%,Si≤0.20%,Zn<0.05%,其余为Al。
具体实施方式三:一、熔炼铸造:将纯铝锭和中间金属熔炼,进行在线除渣除气工序降低铝熔体中的氢渣浓度,再经过过滤工序去除铝熔体中的非金属夹杂和氧化物,铸造出厚度为350mm的铝镁钪合金锭坯,所述中间合金包括纯镁锭、铝钪中间合金、镁锆中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金和铝钛硼晶粒细化剂,铸造出的铝合金锭坯各组分的质量百分比组成为:Mg:5.0%~6.8%,Sc:0.2%~0.45%,Zr:0.05%~0.15%,Mn:0.12~0.5%,Ti≤0.03%,Fe≤0.10%,Si≤0.20%,Zn<0.05%,余量为Al。
二、均匀化退火:将合金铸锭在温度445~475℃的条件下,保温16~24h,空冷至室温;
三、热轧:对均匀化后的合金铸锭铣面至300mm~310mm,去除表面氧化层和气孔,并将铸锭一端加工成楔形,然后放入台式炉加热中加热至400~440℃,保温3~5h后进行轧制成40mm厚热轧板;
四、中间退火:将步骤三所述的热轧板坯在400~450℃条件下,保温1~3h,然后空冷;
五、温轧:将热轧板在温度为250~300℃条件下进行换向温轧,得到20mm厚温轧板;
六、冷轧:对温轧板坯进行再次换向冷轧,得到12mm厚冷轧板;
七、拉伸矫直:将冷轧板经过拉伸矫直,即得到超塑成形用铝镁钪合金板材。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式三不同的是,步骤二所述的将合金铸锭在温度为460℃的条件下,保温20h。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式三和四不同的是,步骤三所述的加热温度为420℃,保温时间为4h。其它与具体实施方式三和四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式三至五不同的是,步骤四中所述中间退火温度为425℃,保温时间为1.5h,然后空冷。其他与具体实施方式三至五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式三至六不同的是,步骤五所述的温轧温度为260℃。其他与具体实施方式三至六相同。
实施例1
一种具有超塑性的铝镁钪合金板材的制备方法按下列步骤实施:
1)熔炼铸造:将纯铝锭和中间金属熔炼,进行在线除渣除气工序降低铝熔体中的氢渣浓度,再经过过滤工序去除铝熔体中的非金属夹杂和氧化物,铸造出厚度为350mm的铝镁钪合金锭坯,所述中间合金包括纯镁锭、铝钪中间合金、镁锆中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金和铝钛硼晶粒细化剂,铸造出的铝合金锭坯各组分的质量百分比组成为:6.08%的Mg,0.25%的Sc,0.11%的Zr,0.02%的Ti,0.30%的Mn,Fe≤0.10%,Si≤0.20%,Zn<0.05%,其余为Al。
2)均匀化退火:将合金铸锭在温度460℃的条件下,保温20h,空冷至室温;
3)热轧:对均匀化后的合金铸锭铣面至305mm,去除表面氧化层和气孔,并将铸锭一端加工成楔形,然后放入台式炉加热中加热至420℃,保温4h后开始轧制。在轧制过程中采用小压下量多道次轧制工艺,然后随着轧制道次增加而增大压下量,开始道次变形量在5%~7%,总变形量为15%~25%;轧制中期,道次变形量控制在7%~12%,总变形量为50%~60%;轧制后期,道次变形量控制在12%~25%,总变形量为87%,毛坯终轧温度控制在260~320℃,最终将均匀化退火后的铸锭轧制成40mm厚的热轧板;
4)中间退火:将步骤三所述的热轧板坯在425℃条件下,保温1.5h,然后空冷;
5)温轧:将热轧板在温度在260℃条件下进行换向温轧,道次变形量控制在15%~25%,最终得到20mm厚的温轧板;
6)冷轧:对温轧板坯进行换向冷轧,道次变形量控制在10%~20%,得到12mm厚冷轧板;
7)拉伸矫直:将冷轧板经过拉伸矫直,即得到超塑成形用铝镁钪合金板材。
本实施例制备的铝镁钪合金板材在500℃,ε=1×10-3s-1条件下,其横向延伸率为630%~655%,纵向延伸率为645%-670%。该板材具有纤维状变形组织,如图1所示,而非常规超塑材料所要求的等轴细晶组织(晶粒尺寸≤10μm),因此无需复杂的细晶处理。此外,以该板材为坯料,经高温超塑成形出800mm量级薄壁半球壳体,成形后工件不存在残余应力,回弹小,尺寸稳定。
性能测试标准:GB/T 24172《金属超塑性材料拉伸性能测试方法》。
Claims (10)
1.一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于该方法的步骤包括:
(1)熔炼铸造:将纯铝锭和中间金属进行熔炼,熔炼结束后进行浇注,得到铝镁钪合金锭坯;
(2)均匀化退火:将步骤(1)得到的铝镁钪合金锭坯在温度445~475℃的条件下,保温16~24h,保温结束后空冷至室温;
(3)热轧:对步骤(2)得到的均匀化退火后的铝镁钪合金锭坯进行铣面,然后加热至400~440℃,保温3~5h后进行轧制,得到热轧板;
(4)中间退火:将步骤(3)得到的热轧板在400~450℃条件下,保温1~3h,然后空冷;
(5)温轧:将步骤(4)得到的退火后的热轧板在温度为250~300℃条件下进行换向温轧,得到温轧板;
(6)冷轧:对步骤(5)得到的温轧板进行换向冷轧,得到冷轧板;
(7)拉伸矫直:将步骤(6)得到的冷轧板经过拉伸矫直,得到超塑成形用铝镁钪合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于:所述的步骤(1)中,在熔炼过程中,进行在线除渣除气和过滤工序,得到的铝镁钪合金锭坯的厚度为350mm。
3.根据权利要求1所述的一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于:所述的步骤(1)中,中间金属包括纯镁锭、铝钪中间合金、镁锆中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金和铝钛硼晶粒细化剂,以铸造出的铝镁钪合金锭坯的总质量为100%计算,铸造出的铝镁钪合金锭坯各组分的质量百分比组成为:Mg:5.0%~6.8%,Sc:0.2%~0.45%,Zr:0.05%~0.15%,Mn:0.12%~0.5%,Ti≤0.03%,Fe≤0.10%,Si≤0.20%,Zn<0.05%,余量为Al。
4.根据权利要求1所述的一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于:所述的步骤(3)中,在轧制过程中采用小压下量多道次轧制工艺,然后随着轧制道次增加而增大压下量。
5.根据权利要求4所述的一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于:开始道次变形量在5%~7%,总变形量为15%~25%;轧制中期,道次变形量控制在7%~12%,总变形量为50%~60%;轧制后期,道次变形量控制在12%~25%,总变形量为87%。
6.根据权利要求4所述的一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于:终轧温度为260~320℃。
7.根据权利要求1所述的一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于:所述的步骤(3)中,得到的热轧板的厚度为40mm。
8.根据权利要求1所述的一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于:所述的步骤(5)中,得到的温轧板的厚度为20mm。
9.根据权利要求1所述的一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于:所述的步骤(6)中,得到的冷轧板的厚度为12mm。
10.根据权利要求1所述的一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法,其特征在于:所述的热轧、温轧和冷轧过程中,轧辊轧制线速度为1~2m/min;换向温轧是指与热轧的轧制方向成90度,换向冷轧是指与温轧的轧制方向成90度,在步骤(3)中的轧制之前,将铝镁钪合金锭坯的一端加工成30mm倒边的45°的楔形。
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-
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US4486244A (en) * | 1982-12-17 | 1984-12-04 | Reynolds Metals Company | Method of producing superplastic aluminum sheet |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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何振波: "中强可焊铝镁钪合金板材制备及焊接性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113000667A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-22 | 上海交通大学 | 铝锂合金薄壁构件电辅助超塑成形与时效处理全流程制造方法 |
CN113000667B (zh) * | 2021-03-12 | 2022-06-03 | 上海交通大学 | 铝锂合金薄壁构件电辅助超塑成形与时效处理全流程制造方法 |
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