CN114309110B - 一种2xxx硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法 - Google Patents

Abstract

一种2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法，涉及铝合金热挤压技术领域，解决了现有技术的硬铝合金异形型材综合性能无法满足市场需求的问题，针对2xxx无缝异形空腔型材的特性，使用不同形状异形模具和对应的穿孔针针头，根据反向无缝生产的特点，制定产品质量控制计划，利用穿孔针及模具水平对应调整，矫直率变化减小形位和内应力，有效控制产品的尺寸、形位和其他指标；形成以(Al2CuMg)强化相为主的组织，通过异形无缝型材模具和穿孔针头，再经过挤压过程中的有效控制，得到本发明的无缝异形空腔型材；该无缝异形空腔型材具有强度高、耐热性强、尺寸精度高、壁厚偏差低且易加工的优点。

Description

一种2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法

技术领域

本发明涉及铝合金热挤压技术领域，具体涉及一种2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法。

背景技术

现有技术中，反向双动热挤压机主要生产棒材或圆形管材，以获得壁厚一致的无缝管材，或者是形状规则的棒材。而2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材具有高比强度、低密度、应力小及抗疲劳抗干扰性能优良和易于加工的优点，在航空航天领域具有较为广阔的应用前景，是高速飞行器重要部位的关键结构材料。

现有的2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材受市场装备及技术能力限制，主要是采用铝棒，通过数控车床加工获得，不但成本高，效率低，而且所需的指标也低于通过挤压获得的产品。

热挤压2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型工艺，主要是突破常规的产品挤压技术，通过工装设计、工艺技术提升和材料选择，以追求高的机械性能、低的内应力和抗腐蚀抗疲劳性能。其中，以2A12合金的综合性能较为合适，机械性能Rp0.2≥275MPa，A≥10％。随着航空航天产品的质量标准越来越高、飞行速度越来越快，工作环境越来越复杂，对硬铝合金异形型材的性能要求越要越高，而现有的产品无论从强度、抗疲劳性及耐热性的综合性能，还是对快速变向、极冷、极热环境的适应方面都不能满足未来空天产品激烈竞争的需求，因此，提供一种生产高效、综合性能优良、能够适于复杂运行环境的硬铝合金异形型材成为重要研发方向。

发明内容

针对现有技术的硬铝合金异形型材综合性能无法满足市场需求的问题，本发明提供一种2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法，具有强度高、抗疲劳性好、耐腐蚀性强及耐热性强、尺寸精度高、壁厚偏差低和加工变形量小的优点。

本发明提供一种2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法，包括以下步骤：

1)车皮镗孔：将圆铸棒进行车皮、镗孔、探伤；

2)针对不同形状的异形空腔型材穿孔针头和制作挤压模具；

3)挤压处理：安装步骤2)的挤压模具，然后将获得的圆形空心棒进行无缝反向挤压；

4)高温热处理：将步骤3)的反向挤压的制品进行在线高温成型热处理，然后转立式淬火炉进行离线淬火热处理；

5)张力矫直：将经过离线淬火热处理的制品进行张力矫直处理；

6)将矫直后的制品经过精切，获得客户所需要的产品。

进一步地，步骤3)挤压处理的具体过程为：将经过步骤1)处理后的圆形空心棒加热到380℃-430℃，进行不同形状空心型材反向挤压，挤压速度为0.3mm/s-1.0mm/s。

进一步地，步骤3)挤压过程的挤压比为8-20。

进一步地，步骤3)挤压开始前，通过水平仪检测挤压针头的水平度和模具的水平度，针头和模具水平度匹配后开始挤压；挤压结束后，检测制品壁厚偏差，并校对下一次挤压时的针头和模具位置。

进一步地，步骤4)高温热处理的具体过程为：将经过步骤3)挤压后的制品转至离线淬火炉，经离线加热升温至490℃-510℃，保温一定时间后快速水冷冷却。

进一步地，步骤4)水冷冷却的速度为100℃/s-120℃/s。

进一步地，步骤5)张力矫直的条件为：确保离线淬火后的制品2h内矫直完成。

进一步地，步骤5)张力矫直时，在制品表面划线，确认实际矫直量满足工艺要求，以达到消除内应力，减少后期加工变形量的效果。

进一步地，步骤5)张力矫直处理的变形量为1.2％-2.5％。

针对2xxx无缝异形空腔型材的特性，使用不同形状异形模具和对应的穿孔针针头，根据反向无缝生产的特点，制定产品质量控制计划，利用穿孔针及模具水平对应调整，矫直率变化减小形位和内应力，有效控制产品的尺寸、形位和其他指标。

本发明的有益效果在于：形成以(Al2CuMg)强化相为主的组织，通过异形无缝型材模具和穿孔针头，再经过挤压过程中的有效控制，得到本发明的无缝异形空腔型材；该无缝异形空腔型材具有强度高、耐热性强、尺寸精度高、壁厚偏差低且易加工的优点。

采用反向热挤压、离线高温热处理和挤压半成品离线去应力矫直工艺，不仅获得较高强度的产品，也提高了产品的抗疲劳性能和热强性。

获得的产品性能优异，拉伸性能：Rp0.2≥280MPa，A≥15％；耐高温性能：在100℃、600h条件下，屈服强度保持量≥85％；疲劳性能：T6态试样，在r＝0、N＝1×10⁷周次下，光滑试样极限疲劳强度σ≥240MPa。

合金成分组成简单、易于获取，生产方法经济实用，避免了贵重金属的加入，使该异形无缝异形空腔型材具有生产成本低的优点，生产成本较现有技术同类产品降低25％-30％。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法为：

1)将原料铸造成圆铸棒，按照GB/T 6519中A级探伤要求，对圆铸棒100％进行超声波探伤；

2)对符合要求的圆铸棒进行车皮、镗孔，得到圆形空心棒；

3)将圆形空心棒加热到415℃，进行反向无缝挤压，按照模具及对应针头加热工艺要求，将模具加热至410℃，上模后，调整针头、模具对应的水平度，当水平度偏差≤±1°时，挤压时，对最大壁厚35mm，最小壁厚21.9mm的异形型材，挤压比为10，挤压速度为0.3-0.5mm/s，挤压结束后，获得无缝管坯，并检测型材的壁厚偏差，控制在±10％以内；

4)处理结束后，通过模轴内导路，减少挤压出料头端的硬弯长度，通过在线预拉伸矫直(拉伸率0.5％)后，转立式淬火炉离线淬火，离线淬火制度500±3℃，保温160min后快速冷却，冷却速度为120℃/s，得到成品；

5)将经过离线淬火后的型材，快速转运至离线拉伸机(矫直前换专用矫直钳口)，2小时内完成拉伸，同时增加内腔矫直垫块，拉伸率2.0％。

型材的壁厚35±1.5mm壁厚实测34-36mm，21.9±1mm壁厚实测21.2-22.6mm；

经上述制造方法得到的铝合金无缝异形空腔型材，数控加工后无变形，取试样验证综合理化指标如下：

拉伸性能：Rm为441-448MPa，Rp0.2为285-300MPa，A为24.0-26.0％；

耐高温性能：在100℃、600h屈服强度保持量≥85％，实测值248MPa；

疲劳性能：在r＝0、N＝1×10⁷周次下，光滑试样极限疲劳强度σ≥225MPa。

实施例2

2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法为：

1)将原料铸造成圆铸棒，按照GB/T 6519中A级探伤要求，对圆铸棒100％进行超声波探伤；

2)对符合要求的圆铸棒进行车皮、镗孔，得到圆形空心棒；

3)将圆形空心棒加热到405℃，进行反向无缝挤压，按照模具及对应针头加热工艺要求，将模具加热至420℃，上模后，调整针头、模具对应的水平度，当水平度偏差≤±1°时，挤压时，对最大壁厚35mm，最小壁厚25mm的异形型材，挤压比为9，挤压速度为0.7-1.0mm/s，挤压结束后，获得无缝管坯，并检测型材的壁厚偏差，控制在±8％以内；

4)处理结束后，通过模轴内导路，减少挤压出料头端的硬弯长度，通过在线预拉伸矫直(拉伸率0.7％)后，转立式淬火炉离线淬火，离线淬火制度495±3℃，保温170min后快速冷却，冷却速度为100℃/s，得到成品；

5)将经过离线淬火后的型材，快速转运至离线拉伸机(矫直前换专用矫直钳口)，2小时内完成拉伸，同时增加内腔矫直垫块，拉伸率1.5％。

型材的壁厚35±1.5mm壁厚实测35.2-36.3mm，25±1mm壁厚实测24.5-25.6mm；

经上述制造方法得到的铝合金无缝异形空腔型材，数控加工后无变形，取试样验证综合理化指标如下：

拉伸性能：Rm为497-519MPa，Rp0.2为320-360MPa，A为14.5-16％；

耐高温性能：在100℃、600h屈服强度保持量≥85％，实测值285MPa；

疲劳性能：在r＝0、N＝1×10⁷周次下，光滑试样极限疲劳强度σ≥228MPa。

实施例3

2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法为：

1)将原料铸造成圆铸棒，按照GB/T 6519中A级探伤要求，对圆铸棒100％进行超声波探伤；

2)对符合要求的圆铸棒进行车皮、镗孔，得到圆形空心棒；

3)将圆形空心棒加热到395℃，进行反向无缝挤压，按照模具及对应针头加热工艺要求，将模具加热至425℃，上模后，调整针头、模具对应的水平度，当水平度偏差≤±1°时，挤压时，对最大壁厚36mm，最小壁厚21mm的异形型材，挤压比为13，挤压速度为0.5-0.8mm/s，挤压结束后，获得无缝管坯，并检测型材的壁厚偏差，控制在±9％以内；

4)处理结束后，通过模轴内导路，减少挤压出料头端的硬弯长度，通过在线预拉伸矫直(拉伸率0.5％)后，转立式淬火炉离线淬火，离线淬火制度490±3℃，保温180min后快速冷却，冷却速度为110℃/s，得到成品；

5)将经过离线淬火后的型材，快速转运至离线拉伸机(矫直前换专用矫直钳口)，2小时内完成拉伸，同时增加内腔矫直垫块，拉伸率1.2％。

型材的壁厚36±1.5mm壁厚实测35.2-36.5mm，21±1mm壁厚实测20.5-21.6mm；

经上述制造方法得到的铝合金无缝异形空腔型材，数控加工后无变形，取试样验证综合理化指标如下：

拉伸性能：Rm为486-502MPa，Rp0.2为302-337MPa，A为15.0-19％；

耐高温性能：在100℃、600h屈服强度保持量≥85％，实测值272MPa；

疲劳性能：在r＝0、N＝1×10⁷周次下，光滑试样极限疲劳强度σ≥230MPa。

将3个实施例的测试结果制成表1，从表1可以看出，综合三个实施例的测试结果：获得的产品性能优异，拉伸强度：Rm≥440MPa；拉伸性能：Rp0.2≥280MPa，A≥15％；耐高温性能：在100℃、600h条件下，屈服强度保持量≥85％；疲劳性能：T6态试样，在r＝0、N＝1×10⁷周次下，光滑试样极限疲劳强度σ≥240MPa。

表1:性能测定结果

项目	实施例1	实施例2	实施例3
				拉伸强度(MPa)	441-448	497-519	486-502
屈服强度(MPa)	285-300	320-360	302-337
				延伸率(％)	24-26	14.5-16	15-19
高温屈服强度(MPa)	248	285	272
				极限疲劳强度(MPa)	225	228	230

尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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 (3)

1.一种2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）车皮镗孔：将圆铸棒进行车皮、镗孔、探伤；

2）针对不同形状的异形空腔型材制作穿孔针头和挤压模具；

3）挤压处理：安装步骤2）的挤压模具，然后将经过步骤1）处理后的圆形空心棒加热到380℃-430℃，进行不同形状异形空腔型材的反向挤压，挤压速度为0.3mm/s-1.0mm/s，挤压过程的挤压比为8-20；

4）高温热处理：将经过步骤3）挤压后的制品转至离线淬火炉，经离线加热升温至490℃-510℃，保温一定时间后快速水冷冷却，水冷冷却的速度为100℃/s-120℃/s；

5）张力矫直：将经过离线淬火热处理的制品进行张力矫直处理，张力矫直处理的变形量为1.2%-2.5%；确保离线淬火后的制品2h内矫直完成；

6）将矫直后的制品经过精切，获得客户所需要的产品

产品形成以Al2CuMg强化相为主的组织，产品的拉伸性能：Rp0.2≥280MPa，A≥15%；耐高温性能：在100℃、600h条件下，屈服强度保持量≥85%；疲劳性能：T6态试样，在r=0、N=1×10⁷周次下，光滑试样极限疲劳强度σ≥240MPa。

2.根据权利要求1所述的2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法，其特征在于，步骤3）挤压开始前，通过水平仪检测穿孔针头的水平度和挤压模具的水平度，穿孔针头和挤压模具水平度匹配后开始挤压；挤压结束后，检测制品壁厚偏差，并校对下一次挤压时穿孔针头和挤压模具的位置。

3.根据权利要求1所述的2XXX硬铝合金无缝异形空腔型材的反向挤压成型方法，其特征在于，步骤5）张力矫直时，在制品表面划线，确认实际矫直量满足工艺要求。