CN115625226B - 6xxx系铝合金管材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种6xxx系铝合金管材及其制备方法。该制备方法包括：使6xxx系铝合金管坯毛料依次经过一次轧制、退火、一次拉拔、二次拉拔、二次轧制及三次拉拔，得到6xxx系铝合金管材。本发明基于上述特定的一次轧制→退火→一次拉拔→二次拉拔→二次轧制→三次拉拔工艺顺序，工序更加简单、工艺更加可控，从而大幅度地提高了小口径6xxx系铝合金管材的生产效率。且在高生产效率的基础上，本发明还可以获得性能优异的小口径6xxx系铝合金管材产品。

Description

6xxx系铝合金管材及其制备方法

技术领域

本发明涉及有色金属铝合金材料加工技术领，具体而言，涉及一种6xxx系铝合金管材及其制备方法。

背景技术

航空航天领域飞行器管路系统是其输送燃油等工作介质的重要部件之一，设计应用了大量铝合金高精薄壁管材。由于油路系统中的导管路径弯曲复杂、连接点多，对管材的尺寸精度，以及弯曲、扩口等工艺性能要求高。

目前，铝合金高精薄壁管材生产工序中常采用了多道次轧制、空拉或带芯头拉拔对管材进行减径处理，尤其是小口径管材，为达到最终尺寸，工艺十分繁琐。且各生产工序的工艺参数控制和技术难度高，容易造成管材内外表面划伤、开裂等问题，严重影响管路系统的气密性，最终管材生产效率低，管材尺寸性能的一致性和稳定性差，易出现壁厚不均匀和晶粒组织粗大等问题，造成管材应用弯曲和扩口处出现表面质量缺陷，如橘皮、掉渣、开裂等。此外由于生产工序的复杂性，造成了难以对问题产品的形成原因进行溯源分析。因此亟需一种工序更加简单科学的制备方法，有效控制加工工序，优化管材组织，改善或消除铝合金导管应用缺陷。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种6xxx系铝合金管材及其制备方法，以解决现有技术中生产小口径6xxx系铝合金管材时存在的生产效率低、操作复杂、产品性能较差等的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种6xxx系铝合金管材的制备方法，6xxx系铝合金管材的外直径为5~9mm、壁厚为1±0.2mm；制备方法包括：使6xxx系铝合金管坯毛料依次经过一次轧制、退火、一次拉拔、二次拉拔、二次轧制及三次拉拔，得到6xxx系铝合金管材。

进一步地，在二次拉拔及二次轧制之间，制备方法还包括对二次拉拔后料进行中间退火的步骤。

进一步地，6xxx系铝合金管坯毛料由6xxx系铝合金铸锭经挤压得到；优选地，6xxx系铝合金管坯毛料的外直径为35~40mm，壁厚为4±1mm。

进一步地，一次轧制过程中，控制一次轧制后料的外直径为18~23mm，壁厚为2±0.5mm。

进一步地，采用拉拔退火的方式完成退火；优选地，退火过程中，处理温度为380~430℃，处理时间为1.0~3.0h；优选地，控制退火后料的总变形量不低于85%。

进一步地，一次拉拔过程中，控制一次拉拔后料的外直径为16~20mm。

进一步地，二次拉拔过程中，控制二次拉拔后料的外直径为13~17mm。

进一步地，中间退火的处理温度为350~450℃，处理时间为1.0~3.0h；优选地，控制中间退火后料的总变形量不低于80%。

进一步地，二次轧制过程中，控制二次轧制后料的外直径为7~12mm，壁厚为1.0±0.2mm；优选地，三次拉拔过程中，控制三次拉拔后料的外直径为5~9mm、壁厚为1±0.2mm。

进一步地，6xxx系铝合金管材为6061铝合金管材或6063铝合金管材。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种采用前述的6xxx系铝合金管材的制备方法制备得到的6xxx系铝合金管材。

相较目前常用的减径生产工艺而言，本发明基于上述特定的一次轧制→退火→一次拉拔→二次拉拔→二次轧制→三次拉拔工艺顺序，工序更加简单（减少了多道拉拔与退火工序）、工艺更加可控（过多的工序容易造成管材内外表面划伤、开裂等问题，影响管路系统的气密性），从而大幅度地提高了小口径6xxx系铝合金管材的生产效率。且在高生产效率的基础上，本发明还可以获得性能优异的小口径6xxx系铝合金管材产品，一方面，该管材产品内外表面质量较优，无划伤、开裂、橘皮、掉渣等缺陷问题，故而后续将其应用于管路系统时，可使得产品具有十分优异的气密性。另一方面，该管材产品壁厚均匀，且晶粒组织较优，从而使得其尺寸性能一致性和稳定性也均较优。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例1中管材的纵截面晶粒组织测试图；

图2示出了本发明对比例1中管材的纵截面晶粒组织测试图；

图3示出了本发明实施例2中管材的纵截面晶粒组织测试图；

图4示出了本发明实施例3中管材的纵截面晶粒组织测试图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

正如本发明背景技术部分所描述的，现有技术中在生产小口径6xxx系铝合金管材时存在生产效率低、操作复杂、产品性能较差等问题。为了解决这一问题，本发明提供了6xxx系铝合金管材的制备方法，6xxx系铝合金管材的外直径为5~9mm、壁厚1±0.2mm；制备方法包括：使6xxx系铝合金管坯毛料依次经过一次轧制、退火、一次拉拔、二次拉拔、二次轧制及三次拉拔，得到6xxx系铝合金管材。

相较目前常用的减径生产工艺而言，本发明基于上述特定的一次轧制→退火→一次拉拔→二次拉拔→二次轧制→三次拉拔工艺顺序，工序更加简单（减少了多道拉拔与退火工序）、工艺更加可控（过多的工序容易造成管材内外表面划伤、开裂等问题，影响管路系统的气密性），从而大幅度地提高了小口径6xxx系铝合金管材的生产效率。且在高生产效率的基础上，本发明还可以获得性能优异的小口径6xxx系铝合金管材产品（外直径为5~9mm、壁厚1±0.2mm），一方面，该管材产品内外表面质量较优，无划伤、开裂、橘皮、掉渣等缺陷问题，故而后续将其应用于管路系统时，可使得产品具有十分优异的气密性。另一方面，该管材产品壁厚均匀，且晶粒组织较优，从而使得其尺寸性能一致性和稳定性也均较优。

在一种优选的实施方式中，在二次拉拔及二次轧制之间，上述制备方法还包括对二次拉拔后料进行中间退火的步骤。基于此，可以实现管材产品的晶粒组织显著优化，更有利于后续管材加工。本发明的小口径铝合金薄壁管材制备工艺效果突出，工序操作方便、产品质量可靠，可广泛应用于6xxx系铝合金高精薄壁管材的生产。

在一种优选的实施方式中，6xxx系铝合金管坯毛料由6xxx系铝合金铸锭经挤压得到。6xxx系铝合金管坯毛料的外直径为35~40mm，壁厚为4.0±1.0mm。基于此，原料更易得，且处理工序更简单，更适配于后续处理步骤。例如，6xxx系铝合金管坯毛料的规格可为Φ35mm×4.0mm、Φ36mm×4.0mm、Φ37mm×4.0mm、Φ38mm×4.0mm、Φ39mm×4.0mm或Φ40mm×4.0mm。

为了进一步平衡产品的性能均一性，在一种优选的实施方式中，上述制备方法包括以下步骤：

一次轧制：对上述6xxx系铝合金管坯毛料进行一次轧制，控制一次轧制后料的外直径在18~23mm，壁厚在2.0±0.5mm；例如，一次轧制后料的规格可为Φ18mm×2.0mm、Φ19mm×2.0mm、Φ20mm×2.0mm、Φ21mm×2.0mm、Φ22mm×2.0mm或Φ23mm×2.0mm。

退火：继续将上述一次轧制后料进行拉拔退火，且控制退火过程中，处理温度为380~430℃，处理时间为1.0~3.0h；例如可以为380℃/1.5h、390℃/1.5h、400℃/1.5h、410℃/1.5h、420℃/1.5h或430℃/1.5h。退火后料的总变形量不低于85%（总变形量是指塑性变形前后，工件的截面积之比）。

一次拉拔：继续将上述退火后料进行第一次拉拔，控制一次拉拔后料的外直径在16~20mm；例如可以为16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。

二次拉拔：继续将上述一次拉拔后料进行第二次拉拔，控制二次拉拔后料的外直径在13~17mm；例如可以为13mm、14mm、15mm、16mm或17mm。

二次轧制：继续将二次拉拔后料进行第二次轧制至外直径Φ7~12mm，壁厚1.0±0.2mm；二次轧制后料的规格可为Φ7×1.0mm、Φ8×1.0mm、Φ9×1.0mm、Φ10×1.0mm、Φ11×1.0mm或Φ12×1.0mm。

三次拉拔：继续将二次轧制后料进行第三次拉拔，即可得到外直径为5~9mm，壁厚为1.0±0.2mm的目标尺寸产品。三次拉拔后料的规格可为Φ5×1.0mm、Φ6×1.0mm、Φ7×1.0mm、Φ8×1.0mm或Φ9×1.0mm。

为了进一步优化产品的晶粒组织，在另一种优选的实施方式中，上述制备方法包括以下步骤：

一次轧制：对上述6xxx系铝合金管坯毛料进行一次轧制，控制一次轧制后料的外直径在18~23mm，壁厚在2.0±0.5mm；例如，一次轧制后料的规格可为Φ18mm×2.0mm、Φ19mm×2.0mm、Φ20mm×2.0mm、Φ21mm×2.0mm、Φ22mm×2.0mm或Φ23mm×2.0mm。

退火：继续将上述一次轧制后料进行拉拔退火，且控制退火过程中，处理温度为380~430℃，处理时间为1.0~3.0h；例如可以为380℃/1.5h、390℃/1.5h、400℃/1.5h、410℃/1.5h、420℃/1.5h或430℃/1.5h。

一次拉拔：继续将上述退火后料进行第一次拉拔，控制一次拉拔后料的外直径在16~20mm；例如可以为16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。

二次拉拔：继续将上述一次拉拔后料进行第二次拉拔，控制二次拉拔后料的外直径在13~17mm；例如可以为13mm、14mm、15mm、16mm或17mm。

中间退火：对二次拉拔后料进行中间退火，处理温度为350~450℃，处理时间为1.0~3.0h；例如可以为350℃/1.5h、360℃/1.5h、370℃/1.5h、380℃/1.5h、390℃/1.5h、400℃/1.5h、410℃/1.5h、420℃/1.5h、430℃/1.5h、440℃/1.5h或450℃/1.5h。中间退火后料的总变形量不低于80%（总变形量是指塑性变形前后，工件的截面积之比）。

二次轧制：继续将中间退火后料进行第二次轧制至外直径Φ7~12mm，壁厚1.0±0.2mm；二次轧制后料的规格可为Φ7×1.0mm、Φ8×1.0mm、Φ9×1.0mm、Φ10×1.0mm、Φ11×1.0mm或Φ12×1.0mm。

三次拉拔：继续将二次轧制后料进行第三次拉拔，即可得到外直径为5~9mm，壁厚为1.0±0.2mm的目标尺寸产品。三次拉拔后料的规格可为Φ5×1.0mm、Φ6×1.0mm、Φ7×1.0mm、Φ8×1.0mm或Φ9×1.0mm。

在一种优选的实施方式中，在上述三次拉拔之后，制备方法还包括对三次拉拔后料依次进行矫直及热处理的步骤，以获得O态、T4态或T6态任一态的6xxx系铝合金管材，且其晶粒度均可以达到1级。各状态成品管材晶粒组织细小均匀，有利于提高管材力学性能和后续管路加工的工艺性能。

在一种优选的实施方式中，6xxx系铝合金管材为6061铝合金管材或6063铝合金管材。此类成分的合金和上述制备方法适配性更优。

本发明还提供了一种采用前述的6xxx系铝合金管材的制备方法制备得到的6xxx系铝合金管材。基于前文的各项原因，该小口径6xxx系铝合金管材产品性能十分优越，一方面，该管材产品内外表面质量较优，无划伤、开裂、橘皮、掉渣等缺陷问题，故而后续将其应用于管路系统时，可使得产品具有十分优异的气密性。另一方面，该管材产品壁厚均匀，且晶粒组织较优，从而使得其尺寸性能一致性和稳定性也均较优。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

6061系铝合金管坯毛料规格为：外直径为Φ38mm，壁厚4.0mm；经过一次轧制后，管材外直径为Φ20mm，壁厚2.0mm；采用410℃/1.5h进行拉拔退火，退火后总的冷变形量约为86%；随后一次空拉至外直径Φ18mm；再进行二次空拉至外直径Φ15mm；之后将管材进行二次轧制至外直径Φ7mm，壁厚1.0mm；最后采用三次空拉至外直径Φ6mm，壁厚1.0mm成品管材尺寸。

之后将三次空拉所得的Φ6×1.0mm管材进行矫直，再进行T6态热处理后得到终态成品管材，其各状态力学性能均合格。对管材组织进行分析，蚀洗后管材表面晶粒度1级，各状态纵向截面晶粒组织细小均匀，平均晶粒尺寸约为30.5μm（如图1），便于后续用于管路系统的加工制造。

实施例2

6061系铝合金管坯毛料规格为：Φ38mm×4.0mm；经过一次轧制后，管材规格为Φ20mm×2.0mm；采用330℃/1.5h进行拉拔退火；随后一次空拉至外直径Φ18mm；再进行二次空拉至外直径Φ15mm；对管材进行380℃/1.5h中间退火，中间退火后管材冷变形量约为81%；之后将管材进行二次轧制至Φ7mm×1.0mm规格；最后采用第三次空拉至Φ6mm×1.0mm规格成品管材尺寸。

之后将三次空拉所得的Φ6×1.0mm管材进行矫直，再进行T6态热处理后得到终态成品管材，其各状态力学性能均合格。对管材组织进行分析，蚀洗后管材表面晶粒度1级，各状态纵向截面晶粒组织细小均匀，平均晶粒尺寸约为27.2μm（如图2）。

实施例3

6061系铝合金管坯毛料规格为：Φ38mm×4.0mm；经过一次轧制后，管材规格为Φ20mm×2.0mm；采用330℃/1.5h进行拉拔退火；随后一次空拉至外直径Φ18mm；再进行二次空拉至外直径Φ15mm；对管材进行430℃/1.5h中间退火，中间退火后管材冷变形量约为81%；之后将管材进行二次轧制至Φ7mm×1.0mm规格；最后采用第三次空拉至Φ6mm×1.0mm成品管材尺寸。

之后将三次空拉所得的Φ6×1.0mm管材进行矫直，再进行T6态热处理后得到终态成品管材，其各状态力学性能均合格。对管材组织进行分析，蚀洗后管材表面晶粒度1级，各状态纵向截面晶粒组织细小均匀，平均晶粒尺寸约为32.5μm（如图3）。

实施例4

和实施例1的区别仅在于：采用380℃/3h进行拉拔退火。

实施例5

和实施例1的区别仅在于：采用430℃/1h进行拉拔退火。

实施例6

和实施例1的区别仅在于：采用500℃/1.5h进行拉拔退火。

实施例7

和实施例2的区别仅在于：对管材进行500℃/1.5h中间退火。

实施例8

和实施例2的区别仅在于：经过一次轧制后，管材规格为Φ25mm×3.0mm。

实施例9

和实施例2的区别仅在于：一次空拉至外直径Φ14mm。

实施例10

和实施例2的区别仅在于：二次空拉至外直径Φ10mm。

实施例11

和实施例2的区别仅在于：不采用第三次空拉，直接二次轧制至Φ6mm×1.0mm规格成品管材尺寸。

对比例1

6061铝合金管坯毛料规格为：外直径为Φ48mm，壁厚4.0mm；经过一次轧制后管材外直径为Φ36mm，壁厚3.0mm；采用430℃/2.5h中间退火；随后二轧至外直径为Φ20mm，壁厚1mm；二轧完成后进行拉拔退火，采用330℃/1.5h；之后一次空拉至外直径Φ18mm；再进行二次空拉至外直径Φ15mm；再三次空减径至外直径Φ12.5mm；再次进行拉拔退火，采用360℃/2.5h；完成后衬拉至外直径Φ11mm；最后进行空拉减经至最终外直径Φ6mm，壁厚1.0mm成品管材尺寸。最后一次退火后总的冷变形量约为62%。随后将成品尺寸管材进行矫直，再进行与实施例1相同的工艺参数的T6态热处理后得到终态成品管材。

各状态力学性能相比实施例中各状态管材性能均有所降低。对管材组织进行分析，可见管材表面晶粒度1级偏大，纵向截面晶粒组织粗大，平均晶粒尺寸约为62.8μm（如图4），显著大于本发明实施例中管材晶粒尺寸，而晶粒细化有利于提高强度改善塑性；此外管材晶粒尺寸过大会造成在弯曲或扩口处易形成橘皮等表面缺陷，影响后续管路系统的加工制造。

对比例的制管工艺步骤相比本发明实施例，工序过于复杂，相比多出多道拉拔与退火工艺，操作繁琐，生产效率慢，质量问题溯源难度大，且拉拔均在轧制工序之后，一定程度上造成管材壁厚控制难度增大，内外壁易出现划伤、飞边和裂纹等表面质量问题，影响管路系统气密性。此外管材晶粒组织粗大，对力学性能有一定影响，同时不利于后续的管路加工制造，管材变形处易形成橘皮、掉渣、开裂等问题。

分别将上述实施例和对比例提供的管材组织进行分析，测定蚀洗后管材表面晶粒度和纵向截面晶粒平均尺寸。并分别将上述实施例和对比例提供的管材进行弯曲处理后，观察弯曲加工处形貌。分析结果如下表1所示。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述6xxx系铝合金管材的外直径为5~9mm、壁厚为1±0.2mm；所述制备方法包括：

使6xxx系铝合金管坯毛料依次经过一次轧制、退火、一次拉拔、二次拉拔、二次轧制及三次拉拔，得到所述6xxx系铝合金管材；

采用拉拔退火的方式完成所述退火；所述退火过程中，处理温度为380~430℃，处理时间为1.0~3.0h。

2.根据权利要求1所述的6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，在所述二次拉拔及所述二次轧制之间，所述制备方法还包括对二次拉拔后料进行中间退火的步骤。

3.根据权利要求2所述的6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述6xxx系铝合金管坯毛料由6xxx系铝合金铸锭经挤压得到；

所述6xxx系铝合金管坯毛料的外直径为35~40mm，壁厚为4±1mm。

4.根据权利要求3所述的6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述一次轧制过程中，控制一次轧制后料的外直径为18~23mm，壁厚为2±0.5mm。

5.根据权利要求1所述的6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，控制退火后料的总变形量不低于85%。

6.根据权利要求4所述的6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述一次拉拔过程中，控制一次拉拔后料的外直径为16~20mm。

7.根据权利要求6所述的6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述二次拉拔过程中，控制二次拉拔后料的外直径为13~17mm。

8.根据权利要求2所述的6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述中间退火的处理温度为350~450℃，处理时间为1.0~3.0h；

控制中间退火后料的总变形量不低于80%。

9.根据权利要求7所述的6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述二次轧制过程中，控制二次轧制后料的外直径为7~12mm，壁厚为1.0±0.2mm；

所述三次拉拔过程中，控制三次拉拔后料的外直径为5~9±0.1mm、壁厚为1±0.2mm。

10.根据权利要求1或2所述的6xxx系铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述6xxx系铝合金管材为6061铝合金管材或6063铝合金管材。

11.一种采用权利要求1至10中任一项所述的6xxx系铝合金管材的制备方法制备得到的6xxx系铝合金管材。

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