CN110512125B - 一种用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法 - Google Patents

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    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/057—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with copper as the next major constituent

Abstract

本发明是一种用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，包括均匀化处理、热挤压、粗拉、去应力退火、精拉、去应力退火、精刮、在线清洗、打轴包装等一系列步骤。本发明通过特定的拉拔、去应力退火、表面处理工艺，成功制备出高质量的增材制造专用直径

Description

一种用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法
技术领域
本发明是一种用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，属于新材料范围内的有色金属材料制备、加工领域。
背景技术
铝锂合金相较于常规铝合金，结构减重10％～20％，刚度提高约20％，具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比刚度等一系列优点，满足航空航天领域武器装备的减重需求，在航空航天领域有着广阔的应用前景。
2196铝锂合金Alcan公司研发的第三代新型铝锂合金，相较于1420等第二代铝锂合金，其化学成分降低了Li元素含量，增加了Cu元素含量，并添加了Ag、Zn等新的元素，使其具有更高的强度、更低的密度和良好的耐腐蚀性能。2196铝锂合金经时效处理后的抗拉强度达到440MPa，屈服强度可达到420MPa，但其延伸率仅为4.0％，塑形加工性能较差。2196铝锂合金在航空航天领域有较广泛的应用，如飞行器燃料贮箱、火箭推进器贮箱、飞机地板梁、机身长桁、框、梁、腹板等部位，如空客A380-800飞机、国产C919大飞机均使用了2196-T铝锂合金挤压材。
随着增材制造技术的迅猛发展，以电弧+丝材的熔丝沉积成形为代表的增材制造技术越来越多的应用于航空构件。相比于传统的减法式制造，电弧+丝材增材制造这种新兴的加工制造方法能实现金属件的高效、近净成形，前期无需模具投入、可突破尺寸规格限制，制备小批量且复杂几何形状的构件，具有材料利用率高、制备周期短、快速响应等优点。目前国内相关技术团队已着手开展采用电弧+丝材增材制造的方法制备2196铝锂合金结构件的课题研究，但高质量的增材制造专用2196铝锂合金丝材目前处于市场空白，亟需开发一种增材制造专用直径
Figure BDA0002185848190000011
2196铝锂合金丝材。
研发增材制造专用直径
Figure BDA0002185848190000021
2196铝锂合金丝材存在以下技术难题。第一，2196铝锂合金的塑形加工性能差，延伸率不足10％，在减径过程中极难变形，尤其是批量生产直径
Figure BDA0002185848190000022
超细规格的增材制造用丝材更为困难；第二，相较于普通TIG/MIG用焊丝，增材制造专用2196铝锂合金丝材需满足更高的质量要求，尺寸精度应控制在-0.02-0mm，表面光亮、无划痕、表面油污含量不高于0.4mg/L，松弛直径应控制在600～750mm以内，翘距不超过25mm。
发明内容
本发明正是为解决上述技术难题，设计提供了一种用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，该方法的步骤如下：
步骤一、均匀化退火：将铝锂合金锭在420～480℃下保温10-12h后，随炉冷却至室温；
步骤二、挤压：将铝锂合金锭加热至400～420℃并保温热透后，采用挤压机在450℃下进行连续挤压，得到直径
Figure BDA0002185848190000023
的盘条；
步骤三、粗拉拔：采用硬质合金模将直径
Figure BDA0002185848190000024
的盘条在单道立式拉拔机拉拔至直径不大于
Figure BDA0002185848190000025
的盘条；
步骤四、中拉拔前去应力退火：将步骤三所述直径不大于
Figure BDA0002185848190000026
的盘条在420～440℃下保温3-5h后炉冷至100℃下出炉空冷；
步骤五、中拉拔：将去应力退火后的直径不大于
Figure BDA0002185848190000028
的盘条采用硬质合金模经过拉拔，获得直径
Figure BDA0002185848190000029
的半成品丝材；
步骤六、精拉拔前的去应力退火：将直径
Figure BDA0002185848190000027
的半成品丝材在400～420℃下保温2h后空冷至室温；
步骤七、将经过步骤六后的直径
Figure BDA00021858481900000210
的半成品丝材采用聚晶模、拔丝油润滑剂拉拔至精刮尺寸；
步骤八、表面精刮：将步骤七得到的半成品丝材在精刮机上去除表面氧化膜，获得待清洗丝材；
步骤九、表面清洗：对所述表面精刮后的待清洗丝材进行清洗，去除表面油污，获得表面光亮、尺寸合格的成品丝材；
步骤十、打轴包装：将步骤九的成品丝材在打轴机上打轴包装。
在一种实施中，所述铝锂合金为2196铝锂合金，其化学成分及重量百分比为：Cu：2.5～3.3、Li：1.4～2.1、Mg：0.25～0.8、Ag：0.25～0.6、Zr：0.04～0.18、Zn<0.35、Ti<0.1、Fe<0.1、Si<0.1、余量为Al。
在一种实施中，步骤一中，铝锂合金锭尺寸为：
Figure BDA0002185848190000031
在一种实施中，步骤三中粗拉拔的的单次变形量不超过10％，拉拔道次总数不少于5次。
在一种实施中，步骤五中的中拉拔每道次之间均进行去应力退火，去应力退火总数不低于4次，去应力退火工艺为：420℃下保温3h后，炉冷。
在一种实施中，步骤五中的中拉拔道次总数不少于15次，变形总量为32％～48.9％。
在一种实施中，步骤七中所述精刮尺寸为1.4mm～1.8mm。
在一种实施中，步骤八中所述精刮机包括导向模、精刮模、压缩模，丝材单边精刮量控制住0.03～0.05mm，压缩后的丝材直径控制在
Figure BDA0002185848190000032
在一种实施中，步骤十中所述打轴包装为真空包装，且单轴重量不超过7kg。
本发明技术方案的优点：
1、可批量化生产电弧增材制造、电子束增材制造用直径
Figure BDA0002185848190000033
2196铝锂合金丝材；
2、可根据市场需求提供
Figure BDA0002185848190000034
范围内任意直径的2196铝锂合金丝材；
3、该工艺方法是一种生产效率高，材料利用率高，丝材表面质量高，成本较低的增材制造专用
Figure BDA0002185848190000035
2196铝锂合金丝材的生产方法。
具体实施方式
实施例一
该种用于增材制造用
Figure BDA0002185848190000041
2196铝锂合金丝材的制备方法的步骤如下：
1.均匀化退火：将规格
Figure BDA0002185848190000042
的2196铝锂合金锭在450℃入炉保温12h后炉冷至室温出炉；
2.挤压：将均匀化退火后的2196铝锂合金锭在420℃入炉，保温3h后在800吨挤压机上进行挤压，挤压温度为450℃，获得直径
Figure BDA0002185848190000044
的盘条；
3.粗拉拔：采用硬质合金模将直径
Figure BDA0002185848190000043
的盘条在单道立式拉拔机按
Figure BDA0002185848190000045
工艺进行拉拔减径；
4.中拉拔前去应力退火：粗拉拔后的盘条在420℃保温4h后炉冷至83℃后出炉空冷；
5.中拉拔：将去应力退火后的直径
Figure BDA00021858481900000411
的盘条在单道立式拉拔机按
Figure BDA0002185848190000049
(退火：420℃保温3h后，炉冷)
Figure BDA00021858481900000410
(退火：420℃保温3h后，炉冷)
Figure BDA0002185848190000046
(退火：420℃保温3h后，炉冷)
Figure BDA0002185848190000048
(退火：420℃保温3h后，炉冷)
Figure BDA0002185848190000047
工艺进行拉拔减径；
6.精拉拔前的去应力退火：直径
Figure BDA00021858481900000412
的半成品丝材在420℃保温2h后空冷至室温；
7.精拉拔：去应力退火后直径
Figure BDA00021858481900000413
的半成品丝材采用聚晶模进行冷拉拔，拔丝油作润滑剂，按
Figure BDA00021858481900000414
拉拔减径获得直径1.8mm的2196铝锂合金半成品丝材；
8.表面精刮：将直径1.8mm半成品丝材在精刮机上进行精刮，单边刮削尺寸控制在0.05mm，压缩后获得直径1.6mm的2196丝材；
9.表面清洗：将精刮后的直径1.6mm的2196丝材经在线清洗去除丝材表面油污，获得表面光亮、直径1.6mm的成品丝材；；
10.打轴包装：将直径1.6mm的成品丝材在打轴机上以每轴7kg进行真空包装。
实施例二
该种用于增材制造用
Figure BDA0002185848190000051
2196铝锂合金丝材的制备方法的步骤如下：
1.均匀化退火：将规格
Figure BDA0002185848190000052
的2196铝锂合金锭在420℃入炉保温10h后炉冷至室温出炉；
2.挤压：将均匀化退火后的2196铝锂合金锭在420℃入炉，保温2h后在800吨挤压机上进行挤压，挤压温度为450℃，获得直径
Figure BDA0002185848190000054
的盘条；
3.粗拉拔：采用硬质合金模将直径
Figure BDA0002185848190000053
的盘条在单道立式拉拔机按
Figure BDA0002185848190000055
工艺进行拉拔减径；
4.中拉拔前去应力退火：粗拉拔后的盘条在420℃保温3h后炉冷至90℃后出炉空冷；
5.中拉拔：将去应力退火后的直径
Figure BDA00021858481900000511
的盘条在单道立式拉拔机按
Figure BDA0002185848190000056
(退火：420℃保温3h后，炉冷)
Figure BDA00021858481900000510
(退火：420℃保温3h后，炉冷)
Figure BDA0002185848190000058
(退火：420℃保温3h后，炉冷)
Figure BDA0002185848190000057
(退火：420℃保温3h后，炉冷)
Figure BDA0002185848190000059
工艺进行拉拔减径；
6.精拉拔前的去应力退火：直径
Figure BDA00021858481900000513
的半成品丝材在420℃保温2h后空冷至室温；
7.精拉拔：去应力退火后直径
Figure BDA00021858481900000512
的半成品丝材采用聚晶模进行冷拉拔，拔丝油作润滑剂，按
Figure BDA00021858481900000514
拉拔减径获得直径
Figure BDA00021858481900000515
的2196铝锂合金半成品丝材；
8.表面精刮：将直径φ1.4mm半成品丝材在精刮机上进行精刮，单边刮削尺寸控制在0.03mm，压缩后获得直径1.2mm的2196丝材；
9.表面清洗：将精刮后的直径1.2mm的2196丝材经在线清洗去除丝材表面油污，获得表面光亮、直径1.2mm的成品丝材；；
10.打轴包装：将直径1.2mm的成品丝材在打轴机上以每轴7kg进行真空包装。

Claims (8)

1.一种用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，所述铝锂合金丝材的直径为
Figure FDA0002522391630000011
其特征在于：该方法针对2196铝锂合金，其化学成分及重量百分比为：Cu：2.5～3.3、Li：1.4～2.1、Mg：0.25～0.8、Ag：0.25～0.6、Zr：0.04～0.18、Zn<0.35、Ti<0.1、Fe<0.1、Si<0.1、余量为Al，该方法的步骤如下：
步骤一、均匀化退火：将铝锂合金锭在420～480℃下保温10-12h后，随炉冷却至室温；
步骤二、挤压：将铝锂合金锭加热至400～420℃并保温热透后，采用挤压机在450℃下进行连续挤压，得到直径
Figure FDA0002522391630000012
的盘条；
步骤三、粗拉拔：采用硬质合金模将直径
Figure FDA0002522391630000013
的盘条在单道立式拉拔机拉拔至直径不大于
Figure FDA0002522391630000014
的盘条；
步骤四、中拉拔前去应力退火：将步骤三所述直径不大于
Figure FDA0002522391630000015
的盘条在420～440℃下保温3-5h后炉冷至100℃下出炉空冷；
步骤五、中拉拔：将去应力退火后的直径不大于
Figure FDA0002522391630000016
的盘条采用硬质合金模经过拉拔，获得直径
Figure FDA0002522391630000017
的半成品丝材；
步骤六、精拉拔前的去应力退火：将直径
Figure FDA0002522391630000018
的半成品丝材在400～420℃下保温2h后空冷至室温；
步骤七、将经过步骤六后的直径
Figure FDA0002522391630000019
的半成品丝材采用聚晶模、拔丝油润滑剂拉拔至精刮尺寸；
步骤八、表面精刮：将步骤七得到的半成品丝材在精刮机上去除表面氧化膜，获得待清洗丝材；
步骤九、表面清洗：对所述表面精刮后的待清洗丝材进行清洗，去除表面油污，获得表面光亮、尺寸合格的成品丝材；
步骤十、打轴包装：将步骤九的成品丝材在打轴机上打轴包装。
2.根据权利要求1所述的用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，其特征在于：步骤一中，铝锂合金锭尺寸为：
Figure FDA0002522391630000021
3.根据权利要求1所述的用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，其特征在于：步骤三中粗拉拔的的单次变形量不超过10％，拉拔道次总数不少于5次。
4.根据权利要求1所述的用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，其特征在于：步骤五中的中拉拔每道次之间均进行去应力退火，去应力退火总数不低于4次，去应力退火工艺为：420℃下保温3h后，炉冷。
5.根据权利要求1或4所述的用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，其特征在于：步骤五中的中拉拔道次总数不少于15次，变形总量为32％～48.9％。
6.根据权利要求1所述的用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，其特征在于：步骤七中所述精刮尺寸为1.4mm～1.8mm。
7.根据权利要求1所述的用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，其特征在于：步骤八中所述精刮机包括导向模、精刮模、压缩模，丝材单边精刮量控制住0.03～0.05mm，压缩后的丝材直径控制在
Figure FDA0002522391630000022
8.根据权利要求1所述的用于增材制造的直径铝锂合金丝材的制备方法，其特征在于：步骤十中所述打轴包装为真空包装，且单轴重量不超过7kg。
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