CN112359235B - 一种铝合金飞机行李架型材生产工艺 - Google Patents

一种铝合金飞机行李架型材生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铝合金飞机行李架型材生产工艺，以解决现有技术中的飞机行李架强度差、不易焊接和笨重的技术问题。本发明主要包括成分确定、材料熔炼、材料精炼和炉前分析等十个步骤。本发明在材料上选用了7003铝合金，且详细计算和严格控制了金属元素的含量，提高了型材的强度，使型材更易焊接、不易断裂且更轻便。

Description

一种铝合金飞机行李架型材生产工艺
技术领域
本发明涉及一种铝合金飞机行李架型材生产工艺。
背景技术
7xxx系Al-Zn-Mg-Cu铝合金由于具有密度小、比强度高、塑性好等特点被广泛应用于要求轻质高强的结构件，是航天航空、交通运输以及军事领域中重要的轻质结构材料。其中7003铝合金是属于一种典型的中强、可焊合金，在车辆、建筑、桥梁、航天等方面得到了广泛的应用。既要保证产品的轻量化，又要保证产品使用的安全可靠性，对航天用铝合金型材的稳定性就提出了严格的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝合金飞机行李架型材生产工艺，以解决现有技术中生产出的飞机行李架强度差、不易焊接和笨重的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种铝合金飞机行李架型材生产工艺，包括下述步骤：
(1)成分确定：根据型材的抗拉强度、屈服强度、抗应力腐蚀性能和焊接性能确定型材中Si、Fe、Mg、Cu、Mn、Zn、Ti、Cr、Zr和Al的含量；
(2)材料熔炼：向熔炼炉中加入准备好的铝锭，控制熔炼炉炉膛温度为1000-1050℃；再加入准备好的Cu、Zr合金作为熔剂，直到炉内熔融态物料淹没炉料时加入Zn和Mg纯金属并搅拌均匀，得到熔体，控制熔体温度为740-760℃；
(3)材料精炼：用浓度为99.99％以上的高纯氮气和精炼熔剂法，对步骤(2)中所得熔体精炼三次，每次时间为15-20分钟，直至熔体表面浮渣被扒干净，得到干净熔体；
(4)炉前分析：对步骤(3)中所得干净熔体进行炉前分析，合格后静置25-30分钟；
(5)铸造机清理：所述铸造机包括溜槽、分流盘和过滤箱；采用氮化硼涂料将所述溜槽和分流盘清理干净，并在所述过滤箱前端设置双层20ppi的过滤布；
(6)二次净化：使用在线除气装置，减少铸锭中的气体含量；
(7)铸造：采用同水平热顶铸造工艺并控制铸造温度为740-760℃、铸造速度为125-130mm/min和铸造水压为0.15-0.17MPa，得到棒径为125-135mm的铸棒；
(8)均匀化退火：将步骤(7)中所得铸棒装炉，炉内温度控制在140-150℃，加热升温，升温速度为70-80℃/h，均质温度为440-460℃，保温11.5-12.5h；出炉，采用强风和水冷的方式快速冷却，降温速度为200-220℃/h，直至铸棒温度达到常温，得到冷却铸棒；
(9)挤压淬火：将步骤(8)中所得冷却铸棒放入挤压机中挤压，所述挤压机包括铸锭挤压筒、模具和出料口；控制铸棒温度为480-500℃、挤压筒温度为440-450℃和模具温度为480-500℃以4m/min-5m/min的速度进行高速挤压，挤压完成后保证所述出料口的温度为490-510℃；出料后，采用水冷的方式快速冷却并淬火至温度50-60℃，拉伸率0.1-1％，得到型材初品；
(10)时效处理：在95-105℃下处理6h，再在145-155℃下处理8h，得到型材成品。
可选或优选地，所述Si的含量为0.08-0.15％，所述Fe的含量为0.1-0.2％，所述Mg的含量为0.7-0.8％，所述Cu的含量为0.13-0.18％，所述Mn的含量为0.01-0.1％，所述Zn的含量为6.1-6.3％，所述Ti的含量为0.03-0.06％，所述Cr的含量为0.1-0.15％，所述Zr的含量为0.12-0.14％，剩余全为Al。
可选或优选地，所述铝锭为硅铁含量较少、Zn和Mg含量总和为6.8-7％的铝锭。
可选或优选地，所述步骤(7)铸造中需在线加入Al-Ti-B丝晶粒细化剂至型材中Ti的含量为0.03-0.05％。
可选或优选地，在进行所述步骤(10)时效处理前，需将型材初品放置2-70小时。
可选或优选地，所述型材为7003铝合金。
基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：
(1)本发明提供的铝合金飞机行李架型材生产工艺，在材料上选用了7003铝合金，且详细计算和严格控制了金属元素的含量，提高了型材的强度，使型材更易焊接、不易断裂且更轻便。
(2)本发明提供的铝合金飞机行李架型材生产工艺，在用料上采用了Al-Ti-B丝晶粒细化剂。保证熔体获得充分的晶粒细化效果，保证了型材的强度均匀。
(3)本发明提供的铝合金飞机行李架型材生产工艺，在出炉时采用水冷快速冷却，提升了管材的力学性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例1：
1.1生产方法
(1)成分确定：根据型材的抗拉强度、屈服强度、抗应力腐蚀性能和焊接性能确定型材中Si为0.08％、Fe为0.1％、Mg为0.7％、Cu为0.13％、Mn为0.01％、Zn为6.1％、Ti为0.03％、Cr为0.1％、Zr为0.12％和Al为92.63％；
(2)材料熔炼：向熔炼炉中加入准备好的铝锭，控制熔炼炉炉膛温度为1000℃；再加入准备好的Cu、Zr合金作为熔剂，直到炉内熔融态物料淹没炉料时加入Zn和Mg纯金属并搅拌均匀，得到熔体，控制熔体温度为740℃；
(3)材料精炼：用浓度为99.99％以上的高纯氮气和精炼熔剂法，对步骤(2)中所得熔体精炼三次，每次时间为15分钟，直至熔体表面浮渣被扒干净，得到干净熔体；
(4)炉前分析：对步骤(3)中所得干净熔体进行炉前分析，合格后静置25分钟；
(5)铸造机清理：所述铸造机包括溜槽、分流盘和过滤箱；采用氮化硼涂料将所述溜槽和分流盘清理干净，并在所述过滤箱前端设置双层20ppi的过滤布；
(6)二次净化：使用在线除气装置，减少铸锭中的气体含量；
(7)铸造：采用同水平热顶铸造工艺并控制铸造温度为740℃、铸造速度为125mm/min和铸造水压为0.15MPa，并在线加入Al-Ti-B丝晶粒细化剂，得到棒径为125mm的铸棒；
(8)均匀化退火：将步骤(7)中所得铸棒装炉，炉内温度控制在140℃，加热升温，升温速度为70℃/h，均质温度为440℃，保温11.5h；出炉，采用强风和水冷的方式快速冷却，降温速度为200℃/h，直至铸棒温度达到常温，得到冷却铸棒；
(9)挤压淬火：将步骤(8)中所得冷却铸棒放入挤压机中挤压，所述挤压机包括铸锭挤压筒、模具和出料口；控制铸棒温度为480℃、挤压筒温度为440℃和模具温度为480℃以4m/min的速度进行高速挤压，挤压完成后保证所述出料口的温度为490℃；出料后，采用水冷的方式快速冷却并淬火至温度50℃，拉伸率0.1-1％，得到型材初品；
(10)时效处理：将型材初品放置2小时，之后在95℃下处理6h，再在145℃下处理8h，得到型材成品。
实施例2：
1.1生产方法
(1)成分确定：根据型材的抗拉强度、屈服强度、抗应力腐蚀性能和焊接性能确定型材中Si为0.15％、Fe为0.2％、Mg为0.8％、Cu为0.18％、Mn为0.1％、Zn为6.3％、Ti为0.06％、Cr为0.15％、Zr为0.14％和Al为91.92％。
(2)材料熔炼：向熔炼炉中加入准备好的铝锭，控制熔炼炉炉膛温度为1050℃；再加入准备好的Cu、Zr合金作为熔剂，直到炉内熔融态物料淹没炉料时加入Zn和Mg纯金属并搅拌均匀，得到熔体，控制熔体温度为760℃；
(3)材料精炼：用浓度为99.99％以上的高纯氮气和精炼熔剂法，对步骤(2)中所得熔体精炼三次，每次时间为20分钟，直至熔体表面浮渣被扒干净，得到干净熔体；
(4)炉前分析：对步骤(3)中所得干净熔体进行炉前分析，合格后静置30分钟；
(5)铸造机清理：所述铸造机包括溜槽、分流盘和过滤箱；采用氮化硼涂料将所述溜槽和分流盘清理干净，并在所述过滤箱前端设置双层20ppi的过滤布；
(6)二次净化：使用在线除气装置，减少铸锭中的气体含量；
(7)铸造：采用同水平热顶铸造工艺并控制铸造温度为760℃、铸造速度为130mm/min和铸造水压为0.17MPa，并在线加入Al-Ti-B丝晶粒细化剂，得到棒径为135mm的铸棒；
(8)均匀化退火：将步骤(7)中所得铸棒装炉，炉内温度控制在150℃，加热升温，升温速度为80℃/h，均质温度为460℃，保温12.5h；出炉，采用强风和水冷的方式快速冷却，降温速度为220℃/h，直至铸棒温度达到常温，得到冷却铸棒；
(9)挤压淬火：将步骤(8)中所得冷却铸棒放入挤压机中挤压，所述挤压机包括铸锭挤压筒、模具和出料口；控制铸棒温度为500℃、挤压筒温度为450℃和模具温度为500℃以4m/min的速度进行高速挤压，挤压完成后保证所述出料口的温度为510℃；出料后，采用水冷的方式快速冷却并淬火至温度60℃，拉伸率1％，得到型材初品；
(10)时效处理：将型材初品放置70小时，之后在105℃下处理6h，再在155℃下处理8h，得到型材成品。
实施例3：
1.1生产方法
(1)成分确定：根据型材的抗拉强度、屈服强度、抗应力腐蚀性能和焊接性能确定型材中Si为0.12％、Fe为0.15％、Mg为0.75％、Cu为0.15％、Mn为0.05％、Zn为6.2％、Ti为0.04％、Cr为0.12％、Zr为0.13％和Al为92.21％。
(2)材料熔炼：向熔炼炉中加入准备好的铝锭，控制熔炼炉炉膛温度为1020℃；再加入准备好的Cu、Zr合金作为熔剂，直到炉内熔融态物料淹没炉料时加入Zn和Mg纯金属并搅拌均匀，得到熔体，控制熔体温度为750℃；
(3)材料精炼：用浓度为99.99％以上的高纯氮气和精炼熔剂法，对步骤(2)中所得熔体精炼三次，每次时间为18分钟，直至熔体表面浮渣被扒干净，得到干净熔体；
(4)炉前分析：对步骤(3)中所得干净熔体进行炉前分析，合格后静置28分钟；
(5)铸造机清理：所述铸造机包括溜槽、分流盘和过滤箱；采用氮化硼涂料将所述溜槽和分流盘清理干净，并在所述过滤箱前端设置双层20ppi的过滤布；
(6)二次净化：使用在线除气装置，减少铸锭中的气体含量；
(7)铸造：采用同水平热顶铸造工艺并控制铸造温度为750℃、铸造速度为128mm/min和铸造水压为0.16MPa，并在线加入Al-Ti-B丝晶粒细化剂，得到棒径为130mm的铸棒；
(8)均匀化退火：将步骤(7)中所得铸棒装炉，炉内温度控制在145℃，加热升温，升温速度为75℃/h，均质温度为450℃，保温12h；出炉，采用强风和水冷的方式快速冷却，降温速度为210℃/h，直至铸棒温度达到常温，得到冷却铸棒；
(9)挤压淬火：将步骤(8)中所得冷却铸棒放入挤压机中挤压，所述挤压机包括铸锭挤压筒、模具和出料口；控制铸棒温度为490℃、挤压筒温度为445℃和模具温度为490℃以4.5m/min的速度进行高速挤压，挤压完成后保证所述出料口的温度为500℃；出料后，采用水冷的方式快速冷却并淬火至温度55℃，拉伸率0.5％，得到型材初品；
(10)时效处理：将型材初品放置31小时，之后在100℃下处理6h，再在150℃下处理8h，得到型材成品。
二、检测结果
将实施例1-3中的型材成品按顺序编号为1-3，对1-3号型材成品进行力学性能检测，所得结果如表1所示；
表1-力学性能测试结果
Figure GDA0003297584420000071
结论：根据表1所示，用本发明所提供的方法生产出的铝合金飞机行李架型材具有较高的屈服强度和抗拉性能，延伸率也较好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铝合金飞机行李架型材生产工艺，其特征在于：包括下述步骤：
（1）成分确定：根据型材的抗拉强度、屈服强度、抗应力腐蚀性能和焊接性能确定型材中Si、Fe、Mg、Cu、Mn、Zn、Ti、Cr、Zr和Al的含量；所述型材为7003铝合金；
所述Si的含量为0.08-0.15%，所述Fe的含量为0.1-0.2%，所述Mg的含量为0.7-0.8%，所述Cu的含量为0.13-0.18%，所述Mn的含量为0.01-0.1%，所述Zn的含量为6.1-6.3%，所述Ti的含量为0.03-0.06%，所述Cr的含量为0.1-0.15%，所述Zr的含量为0.12-0.14%，剩余全为Al；
（2）材料熔炼：向熔炼炉中加入准备好的铝锭，控制熔炼炉炉膛温度为1000-1050℃；再加入准备好的Cu、Zr合金作为熔剂，直到炉内熔融态物料淹没炉料时加入Zn和Mg纯金属并搅拌均匀，得到熔体，控制熔体温度为740-760℃；所述铝锭为硅铁含量较少、Zn和Mg含量总和为6.8-7%的铝锭；
（3）材料精炼：用浓度为99.99%以上的高纯氮气和精炼熔剂法，对步骤（2）中所得熔体精炼三次，每次时间为15-20分钟，直至熔体表面浮渣被扒干净，得到干净熔体；
（4）炉前分析：对步骤（3）中所得干净熔体进行炉前分析，合格后静置25-30分钟；
（5）铸造机清理：所述铸造机包括溜槽、分流盘和过滤箱；采用氮化硼涂料将所述溜槽和分流盘清理干净，并在所述过滤箱前端设置双层20ppi的过滤布；
（6）二次净化：使用在线除气装置，减少铸锭中的气体含量；
（7）铸造：采用同水平热顶铸造工艺并控制铸造温度为740-760℃、铸造速度为125-130mm/min和铸造水压为0.15-0.17MPa，得到棒径为125-135mm的铸棒；该步铸造中需在线加入Al-Ti-B丝晶粒细化剂至型材中Ti的含量为0.03-0.06%；
（8）均匀化退火：将步骤（7）中所得铸棒装炉，炉内温度控制在140-150℃，加热升温，升温速度为70-80℃/h，均质温度为440-460℃，保温11.5-12.5h；出炉，采用强风和水冷的方式快速冷却，降温速度为200-220℃/h，直至铸棒温度达到常温，得到冷却铸棒；
（9）挤压淬火：将步骤（8）中所得冷却铸棒放入挤压机中挤压，所述挤压机包括铸锭挤压筒、模具和出料口；控制铸棒温度为480-500℃、挤压筒温度为440-450℃和模具温度为480-500℃以4m/min-5m/min的速度进行高速挤压，挤压完成后保证所述出料口的温度为490-510℃；出料后，采用水冷的方式快速冷却并淬火至温度50-60℃，拉伸率0.1-1%，得到型材初品；
（10）时效处理：在95-105℃下处理6h，再在145-155℃下处理8h，得到型材成品。
2.根据权利要求1所述的铝合金飞机行李架型材生产工艺，其特征在于：在进行所述步骤（10）时效处理前，需将型材初品放置2-70小时。
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