CN109940059A - 一种精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，属于金属加工技术领域。该方法首先进行实心锭穿孔挤压，采用双动挤压机正挤压方法，将铝合金实心锭进行穿孔挤压，得到管坯；然后进行基于等Q值的多道次两辊轧制，采用两辊冷轧管机对管坯进行轧制，同时进行壁厚纠偏，两辊轧制变形曲线采用等Q值原理，Q值即轧制过程中壁厚减薄量与外径减小量的比值为恒定值；最后进行热处理工艺，将轧制后的成品管材进行退火或固溶处理。本发明在提高管材壁厚偏差的基础上又大幅改善了管材的直线度精度；本发明成品热处理过程中采取了防止管材热处理变形的措施，阻止了热处理过程中管材应力释放时变椭、变弯曲。

Description

一种精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，属于金属加工技术领域。
技术背景
精密薄壁大直径铝合金管材主要用于航空飞行器液压、燃油、环控等系统中。随着航空系统中数控扩口、弯曲设备的应用，原来按照国标生产的铝管由于尺寸精度低，批次间尺寸波动范围较大，导致弯曲、扩口后系统的气密性合格率低，甚至发生抛锚滴漏等严重事故。当前航空用大直径薄壁铝合金管材生产制备工艺生产的管材已经不适应当前航空工业的发展。
发明内容
本发明的目的主要是为了解决当前铝合金管材外径、壁厚、直线度等尺寸精度差、批量生产批次间尺寸波动大等问题，提供一种精密、薄壁、大直径铝合金管材的制备方法。
一种精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，包括如下步骤：
(1)实心锭穿孔挤压：采用双动挤压机正挤压方法，将铝合金实心锭进行穿孔挤压，得到管坯；
(2)基于等Q值的多道次两辊轧制：采用两辊冷轧管机对管坯进行轧制，同时进行壁厚纠偏，两辊轧制变形曲线采用等Q值原理，Q值即轧制过程中壁厚减薄量与外径减小量的比值，为恒定值；
(3)热处理工艺：将轧制后的成品管材进行退火或固溶处理，退火或固溶温度可根据不同的铝合金种类进行选择。
步骤(1)中，穿孔挤压管坯的外径为65～180mm，优选为65～90mm，壁厚为2mm～5mm，挤压管坯壁厚波动控制在小于等于0.2mm。
步骤(2)中，采用两辊冷轧管机大压下量进行轧制，同时保证两辊轧制过程中壁厚纠偏率，即保证两辊轧制壁厚纠偏能力达50％以上。Q值优选在1.0～2.0之间，即轧制过程中壁厚减薄量与外径减小量的比值在1.0～2.0之间。
步骤(3)中，优选的，退火温度为350～450℃，退火时间为30min～60min；固溶温度为450～550℃，固溶时间为30min～60min。
成品管材在进行热处理过程中采取夹紧套进行夹紧处理；所述的夹紧套内径与成品管材外径的差为0.02～0.05mm，夹紧套壁厚为1～2mm，长度为200～500mm；夹紧套为上下两个半圆，将夹紧套包裹在成品管材上，用外力夹紧，成品管材上每间隔300mm放置一个夹紧套。
本发明方法所制备的成品管材的尺寸精度为：
壁厚范围：0.5～2.0mm，壁厚公差波动范围：0.01～0.03mm；
管材外径范围：20～120mm，管材外径公差波动范围：0.01～0.05mm；
管材直线度：1500mm/0.3mm；
管材批次间尺寸波动范围小于0.05mm。
本发明的优点：
本发明采用实心锭大挤压比穿孔挤压大直径薄壁管坯，并对挤压管坯的壁厚波动范围进行了规定，从坯料源头上保证了成品管材的尺寸精度。
本发明采用等Q值原理设计轧制工艺，Q值取值范围为：1.0～2.0。轧制变形过程中金属在圆周方向上充分流动，保证了两辊轧制壁厚纠偏能力达50％以上，使得轧制成品管材壁厚偏差在挤压管坯基础上又有了大幅度的提升。根据塑性变形体积不变原理，管坯壁厚偏差大是管材变形过程中发生弯曲变形的重要因素。因此本发明在提高管材壁厚偏差的基础上又大幅改善了管材的直线度精度。
本发明成品热处理过程中采取了防止管材热处理变形的措施，即在铝合金管外部装夹紧套，对管材施加预夹外力，箍住管材外径，阻止了热处理过程中管材应力释放时变椭、变弯曲，从而保证了热处理过程中不会降低轧制管材的尺寸精度。
具体实施方式
本发明的精密薄壁大直径铝合金管材制备方法，管材尺寸精度要求高，壁厚为0.5～2.0mm，壁厚公差波动在0.01～0.03mm之间；管材外径为20～120mm，管材外径公差波动在0.01～0.05mm之间；管材直线度要求在1500mm/0.3mm以内；管材批次间尺寸波动小于0.05mm。
为了获得上述管材，制造工艺采用实心锭穿孔挤压+基于等Q值(轧制过程中相对减壁量与相对减径量的比值)的多道次两辊轧制+热处理工艺路线制备。
原材料采用铝合金实心锭，双动挤压机正挤压方法穿孔挤压管坯。实心锭穿孔挤压管坯外径范围：65～180mm，壁厚范围：2mm～5mm，挤压管坯壁厚波动控制范围小于0.2mm。
采用两辊冷轧管机大压下量进行轧制，同时保证两辊轧制过程中壁厚纠偏率。两辊轧制工艺基于等Q值理论设计，即轧制过程中壁厚减薄量与外径减小量的比值为恒定值。本发明Q值取值范围在1.0～2.0之间。
成品管材在进行热处理过程中采取夹紧处理，以防止管材在热处理过程中发生变椭、弯曲等尺寸变形。夹紧套内径尺寸为成品管材外径尺寸基础上增加0.02～0.05mm，夹紧套壁厚1～2mm，长度200～500mm。夹紧套为上下两个半圆，将夹紧套包裹在成品管材上，用外力夹紧。成品管材每间隔300mm放置一个夹紧套。
实施例1
规格的5A06铝合金管制备，具体实施步骤如下：
采用实心锭尺寸：外径180mm，长度350mm，采用1800吨双动卧式挤压机，挤压管坯尺寸外径65mm，壁厚5mm，挤压管壁厚沿圆周方向测量4个点，壁厚最大值与最小值差小于0.2mm。
采用两辊轧机将开坯为Q值取值1.39；开坯后管材壁厚沿圆周方向测量4个点，壁厚最大值与最小值差小于0.1mm。采用两辊轧机将开坯为Q值取值1.47；开坯后管材壁厚沿圆周方向测量4个点，壁厚最大值与最小值差小于0.03mm。
轧制后的成品管材进退火处理，退火温度390～410℃，退火时间60min，退火前将铝管采用夹紧套夹紧铝管，夹紧套材质6061铝合金，夹紧套内径25.02～25.05，外径29mm，沿轴向一分为二成两个半圆，成品管长度方向上每隔300mm安装一个夹紧套。
实施例1制备的规格的5A06铝合金管，壁厚公差波动小于0.03mm；管材外径公差波动在0.01～0.05mm之间；管材直线度为1500mm/0.3mm；管材批次间尺寸波动小于0.05mm。
实施例2
规格的2A12铝合金管制备，具体实施步骤如下：
采用实心锭尺寸：直径180mm，长度350mm，采用1800吨双动卧式挤压机，挤压管坯尺寸直径75mm，壁厚2mm，挤压管壁厚沿圆周方向测量4个点，壁厚最大值与最小值差小于0.2mm。
采用两辊轧机将75×2mm开坯为55×1mm，Q值取值1.86；开坯后管材壁厚沿圆周方向测量4个点，壁厚最大值与最小值差小于0.1mm。采用两辊轧机将55×1mm开坯为38×0.5mm，Q值取值1.62；开坯后管材壁厚沿圆周方向测量4个点，壁厚最大值与最小值差小于0.03mm。
轧制后的成品管材进固溶热处理，固溶温度490～500℃，固溶时间30min，固溶前将铝管采用夹紧套夹紧铝管，夹紧套材质6061铝合金，夹紧套内径38.02～38.05，外径42mm，沿轴向一分为二成两个半圆，成品管长度方向上每隔300mm安装一个夹紧套。
实施例2制备的规格的2A12铝合金管，壁厚公差波动小于0.03mm；管材外径公差波动在0.01～0.05mm之间；管材直线度为1500mm/0.3mm；管材批次间尺寸波动小于0.05mm。

Claims (9)

1.一种精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，包括如下步骤：
(1)实心锭穿孔挤压：采用双动挤压机正挤压方法，将铝合金实心锭进行穿孔挤压，得到管坯；
(2)基于等Q值的多道次两辊轧制：采用两辊冷轧管机对管坯进行轧制，同时进行壁厚纠偏，两辊轧制变形曲线采用等Q值原理，Q值即轧制过程中壁厚减薄量与外径减小量的比值，为恒定值；
(3)热处理工艺：将轧制后的成品管材进行退火或固溶处理。
2.根据权利要求1所述的精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，其特征在于：所述管坯的外径为65～180mm，壁厚为2mm～5mm，挤压管坯壁厚波动范围小于0.2mm。
3.根据权利要求1所述的精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，其特征在于：Q值为1.0～2.0。
4.根据权利要求1所述的精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，其特征在于：采用两辊冷轧管机进行轧制时，保证两辊轧制壁厚纠偏能力达50％以上。
5.根据权利要求1所述的精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，其特征在于：退火温度为350～450℃，固溶温度为450～550℃。
6.根据权利要求1所述的精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，其特征在于：轧制后的成品管材在进行热处理过程中采取夹紧套进行夹紧处理。
7.根据权利要求6所述的精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，其特征在于：所述的夹紧套内径与成品管材外径差为0.02～0.05mm，夹紧套壁厚为1～2mm，长度为200～500mm。
8.根据权利要求7所述的精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，其特征在于：所述的夹紧套为上下两个半圆，将夹紧套包裹在成品管材上，用外力夹紧，成品管材上每间隔300mm放置一个夹紧套。
9.根据权利要求1所述的精密薄壁大直径铝合金管材的制备方法，其特征在于：所述成品管材的尺寸精度为：壁厚为0.5～2.0mm，壁厚公差波动范围为0.01～0.03mm；管材外径为20～120mm，管材外径公差波动范围为0.01～0.05mm；管材直线度为1500mm/0.3mm；管材批次间尺寸波动范围小于0.05mm。
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