CN115654225B - 小口径6xxx系铝合金管材及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小口径6xxx系铝合金管材及其制备工艺。本申请提供的小口径6xxx系铝合金管材的外径为6~10±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm，晶粒度为1级，晶粒平均尺寸≤47μm。该小口径6xxx系铝合金管材主要由挤压管坯依次进行一次轧制、一次退火、二次轧制、二次退火、三次轧制、减径拉拔以及后处理制备得到。本申请提供的小口径6xxx系铝合金管材的晶粒度为1级，平均晶粒尺寸≤47μm，内部组织细小均匀，壁厚均匀，更利于提高强度改善塑性，后续经扩口加工后，表面光滑未开裂，没有橘皮、掉渣、开裂等问题，产品质量可靠，在航空航天领域具备广阔的应用前景。

Description

小口径6xxx系铝合金管材及其制备工艺

技术领域

本发明涉及铝合金材料加工技术领域，具体而言，涉及一种小口径6xxx系铝合金管材及其制备工艺。

背景技术

高精铝合金薄壁导管大量应用于航空航天领域飞行器工作介质输送，是其重点部位之一，对材料性能要求高。同时，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。

对于小口径铝合金高精薄壁管材而言，其生产工序均比较复杂，为达到最终尺寸，需采用多道次轧制后进行空拉或带芯头拉拔对管材进行减径处理，工艺十分繁琐。而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。且各生产工序的工艺参数控制和技术难度高，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。同时，而由于生产工序的复杂性，整体管材生产效率低，对问题产品的形成原因难以进行溯源分析。

因此亟需研制一种工序更加简单科学的制备方法，有效控制加工工序，一方面简化工序，一方面有效改善或消除小口径管材在扩口加工时容易产生的橘皮、掉渣、开裂等问题，提高产品可靠性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种小口径6xxx系铝合金管材及其制备方法，以解决现有技术中小口径铝合金高精薄壁管材需要采用多道次轧制进行空拉或带芯头拉拔对管材进行减径处理，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，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的问题，造成管材应用弯曲和扩口处出现表面质量缺陷的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种小口径6xxx系铝合金管材，其外径为6~10±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm，且该小口径6xxx系铝合金管材的晶粒度为1级，晶粒平均尺寸≤47μm。

进一步地，该小口径6xxx系铝合金管材选自O态管材、T4态管材或T6态管材中的至少一种。

进一步地，该小口径6xxx系铝合金管材的材料包括6061铝合金或6063铝合金中的至少一种。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，还提供了上述小口径6xxx系铝合金管材的制备工艺，该制备工艺包括：将挤压管坯依次进行一次轧制、一次退火、二次轧制、二次退火、三次轧制、减径拉拔以及后处理，得到该小口径6xxx系铝合金管材。

进一步地，挤压管坯的外径为35~40±2.0mm，壁厚为4.0±1.0mm。

进一步地，挤压管坯由铸锭挤压而成。

进一步地，一次轧制后得到的一次轧制管材的外径为25~30±2.0mm，壁厚为3.0±1.0mm。

进一步地，一次退火的工艺为400~460℃保温1.0~3.0h。

进一步地，二次轧制后得到的二次轧制管材的外径为14~19±2.0mm，壁厚为2.0±0.5mm。

进一步地，二次退或的工艺为400~460℃保温1.0~3.0h。

进一步地，三次轧制后得到的三次轧制管材的外径为7~12±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm。

进一步地，三次轧制管材的冷变形量≥80%。

进一步地，减径拉拔包括：将三次轧制管材空拉得到外径为6~10±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm的待后处理管材。

进一步地，后处理包括依次进行的矫直和热处理，优选热处理包括O态退火、T4态退火或T6态退火中的至少一种。

应用本申请的技术方案，本申请提供的小口径6xxx系铝合金管材的晶粒度为1级，平均晶粒尺寸≤47μm，内部组织细小均匀，壁厚均匀，更利于提高强度改善塑性，后续经扩口加工后，表面光滑未开裂，没有橘皮、掉渣、开裂等问题，产品质量可靠，在航空航天领域具备广阔的应用前景。

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示出了根据本发明实施例1提供的小口径6061系铝合金管材纵截面晶粒组织图；

图2示出了实施例1提供的小口径6061系铝合金管材扩口加工处的形貌照片；

图3示出了对比例1提供的小口径6061系铝合金管材纵截面晶粒组织图；

图4示出了对比例1提供的小口径6061系铝合金管材扩口加工处的各种形貌照片。

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。

如本申请背景技术所分析的，现有小口径铝合金精薄壁管材生产工序比较复杂，需采用多道轧制后进行空拉或带芯头拉拔对管材进行减径处理，工艺繁琐，过多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。且各生产工序的工艺参数控制和技术难度高，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阻止粗大等问题，造成管材应用弯曲和扩口处出现表面质量缺陷的问题。为了解决该问题，本申请提供了一种小口径6xxx系铝合金管材及其制备工艺。

在本申请的一种典型实施方式中，还提供了一种小口径6xxx系铝合金管材的外径为6~10±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm，且该小口径6xxx系铝合金管材的晶粒度为1级，晶粒平均尺寸≤47μm。

应用本申请的技术方案，本申请提供的小口径6xxx系铝合金管材的晶粒度为1级，平均晶粒尺寸≤47μm，内部组织细小均匀，壁厚均匀，更利于提高强度改善塑性，后续经扩口加工后，表面光滑未开裂，没有橘皮、掉渣、开裂等问题，产品质量可靠，在航空航天领域具备广阔的应用前景。

上述6xxx系铝合金管材的基本状态不作具体限制，包括但不限于O态管材、T4态管材或T6态管材中的至少一种。

上述6xxx系铝合金薄壁管材的材料包括但不限于6061铝合金或6063铝合金中的任意一种或两种形成的混合合金。

在本申请的第二种典型实施方式中，还提供了上述小口径6xxx系铝合金管材的制备方法，该制备方法：将挤压管坯依次进行一次轧制、一次退火、二次轧制、二次退火、三次轧制、减径拉拔以及后处理，得到该小口径6xxx系铝合金管材。

本申请将挤压管坯依次进行一次轧制、一次退火、二次轧制、二次退火、三次轧制、减径拉拔以及后处理，得到小口径6xxx系铝合金管材，相比目前常用的减径生产工艺，取消中间多道次的减径空拉工艺，采用三次轧制工艺，只保留最后减径空拉工序至成品管材尺寸，有效减少空拉带来的工艺缺陷。另外，本申请提供的6xxx系铝合金管材的工序简单，工艺可控，生产高效，流程更短，产品质量可靠，能够适用于规模化生产，有效降低生产成本。

为了进一步提高小口径6xxx系铝合金薄壁管材的制备效率，优选挤压管坯的外径为35~40±2.0mm，壁厚为4.0±1.0mm，以有利于减少轧制拉拔工序，控制产品质量。

上述管坯的制备方法不作具体限制，本领域常用制备方法均可，优选该挤压管坯由铸锭挤压而成，挤压工艺为本领域常规工艺，在此不再赘述。

为了进一步提高一次轧制效率，优选一次轧制后得到的一次轧制管材的外径为25~30±2.0mm，壁厚为3.0±1.0mm，进而有利于保证足够变形量在缩小晶粒组织的同时避免过度变形导致管坯内壁出现粘伤等缺陷。

为了进一步提高一次退火后合金晶粒组织完全再结晶程度，优选一次退火的工艺为400~460℃保温1.0~3.0h。

为了进一步提高二次轧制的轧制效率，优选二次轧制后得到的二次轧制管材的外径为14~19±2.0mm，壁厚为2.0±0.5mm，以利于缩减晶粒尺寸，同时有利于控制次轧制冷变形变形量，提高产品质量。

为了进一步提高二次退火后得到的二次退火管材的内部组织均匀性，促进充分再结晶，优选二次退火的工艺为400~460℃保温1.0~3.0h。

为了进一步降低三次轧制的工艺控制难度，优选三次轧制后得到的三次轧制管材的外径为7~12±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm。

为了进一步提高小口径6xxx系铝合金管材的质量，优选三次轧制管材的冷变形量≥80%，以进一步缩小终态管材晶粒度，避免管材后期加工缺陷形成。

为了进一步提高小口径6xxx系铝合金薄壁管材的质量可靠性，优选减径拉拔包括：将三次轧制管材空拉至外径为6~10±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm进而将三次轧制管材精调至所需成品管材外径。

典型但非限制性的，管坯的外径如为35mm、35.5mm、36mm、36.5mm、37mm、37.5mm、38mm、38.5mm、39mm、39.5mm、40mm或任意两个数值组成的范围值；一次轧制管材的外径如为25mm、25.5mm、26mm、26.5mm、27mm、27.5mm、28mm、28.5mm、29mm、29.5mm、30mm或任意两个数值组成的范围值；二次轧制管材的外径如为14mm、14.5mm、15mm、15.5mm、16mm、16.5mm、17mm、17.5mm、18mm、18.5mm、19mm或任意两个数值组成的范围值；三次轧制管材外径如为7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm、10.5mm、11mm、11.5mm、12mm或任意两个数值组成的范围值；一次退火和二次退火的工艺各自独立地如为400℃保温1.0h、420℃保温1.0h、450℃保温1.0h、460℃保温1.0h、400℃保温2.0h、420℃保温2.0h、450℃保温2.0h、460℃保温2.0h、400℃保温3.0h、420℃保温3.0h、450℃保温3.0h、460℃保温3.0h或任意两个数值组成的范围值。

为了进一步提高小口径6xxx系铝合金薄壁的质量，优选后处理包括依次进行的矫直和热处理。

上述矫直按照本领域常规矫直操作进行，在此不再赘述。

上述热处理包括但不限于O态退火处理、T4态退火处理或T6态退火处理中任意一种或多种退火处理的组合。

下面将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的有益效果。

实施例1

本实施例提供了一种小口径6061系铝合金管材，其外径为6.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm。其按照如下步骤制备得到：

（1）提供外径为38.0±2.0mm，壁厚为4.0±1.0mm的挤压管坯，将挤压管坯进行一次轧制，得到外径为27.0±2.0mm，壁厚为3.0±1.0mm的一次轧制管材；

（2）将一次轧制管材以430℃/2.5h的速率进行一次退火处理，得到一次退火管材；

（3）将一次退火管材进行二次轧制，得到外径为15.0±2.0mm，壁厚为2.0±0.5mm的二次轧制管材；

（4）将二次轧制管材再次以430℃/2.5h的速率进行二次退火处理，得到二次退火管材，且该二次退火管材的总变形量为81%。

（5）将二次退火管材进行三次轧制，得到外径为7.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的三次轧制管材；

（6）将三次轧制管材采用空拉进行减径拉拔，得到外径为6.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的待后处理管材；

（7）将待后处理管材依次进行矫直和O态退火处理，得到该小口径6061系铝合金管材。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤（7）采用T4态退火处理替换O态退火处理。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤（7）采用T6态退火处理替换O态退火处理。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于，一次退火和二次退火的退火工艺均为460℃保温1.0h。

实施例5

本实施例与实施例1的不同之处在于，一次退火和二次退或的工艺均为400℃保温3h。

实施例6

本实施例与实施例1的不同之处在于，一次退火和二次退火的退火工艺均为300℃保温3.0h。

实施例7

本实施例与实施例1的不同之处在于，一次退火和二次退火的退火工艺均为500℃保温1.0h。

实施例8

本实施例与实施例1的不同之处在于，步骤（4）二次退火后管材的总变形量为75%。

实施例9

本实施例提供了一种外径为10±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的小口径6061系铝合金管材，其与实施例1的不同之处在于：

步骤（1）提供外径为40.0±2.0mm，壁厚为4.0±1.0mm的挤压管坯，将挤压管坯进行一次轧制，得到外径为30±2.0mm，壁厚为3.0±1.0mm的一次轧制管材；

步骤（3）将一次退火管材进行二次轧制，得到外径为19.0±2.0mm，壁厚为2.0±0.5mm的二次轧制管材；

步骤（5）将二次退火管材进行三次轧制，得到外径为12.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的三次轧制管材；

步骤（6）将三次轧制管材采用空拉进行减径拉拔，得到外径为10.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的待后处理管材。

实施例10

本实施例与实施例1的不同之处在于：

步骤（1）提供外径为35.0±2.0mm，壁厚为4.0±1.0mm的挤压管坯，将挤压管坯进行一次轧制，得到外径为25±2.0mm，壁厚为3.0±1.0mm的一次轧制管材；

步骤（3）将一次退火管材进行二次轧制，得到外径为14.0±2.0mm，壁厚为2.0±0.5mm的二次轧制管材；

步骤（4）二次退火管材的总变形量为80%；

步骤（5）将二次退火管材进行三次轧制，得到外径为7.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的三次轧制管材。

实施例11

本实施例与实施例1的不同之处在于，该小口径6061系铝合金管材的材料为6063铝合金。

对比例1

本对比例提供了一种外径为6.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的小口径6061系铝合金管材，其按照如下步骤制备得到：

（1）提供外径为48.0±2.0mm，壁厚为4.0±1.0mm的挤压管坯，将挤压管坯进行一次轧制，得到外径为36±2.0mm，壁厚为3.0±1.0mm的一次轧制管材；

（2）将一次轧制管材进行二次轧制，得到外径为20.0±2.0mm，壁厚为1.0±0.5mm的二次轧制管材；

（3）将二次轧制管材以330℃/1.5h的速率进行一次拉拔退火处理，得到一次拉拔退火管材；

（4）将一次拉拔退火管材采用空拉进行一次空拉减径拉拔，得到外径为18.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm的一次空拉管材；

（5）将一次空拉管材进行二次空拉减径处理，得到外径为15.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的二次空拉管材；

（6）将二次空拉管材进行三次空拉减径处理，得到外径12.5±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的三次空拉管材；

（7）将三次空拉管材以360℃/2.5h的速率进行二次拉拔退火处理，得到二次拉拔退火管材，且二次拉拔管材的总变形量为62%；

（8）将二次拉拔退火管材进行四次拉拔处理，得到外径为6.0±1.0mm，壁厚为1.0±0.2mm的待后处理管材；

（9）将待后处理管材依次进行矫直和O态退火处理，得到该小口径6061系铝合金管材。

对比例2

本对比例与实施例1的不同之处在于，未进行步骤（2）直接将一次轧制管材进行步骤（3）中的二次轧制。

对比例3

本对比例与实施例1的不同之处在于，未进行步骤（5）直接将步骤（4）得到的二次退火管材进行步骤（6）的减径拉拔，得到待后处理管材。

试验例1

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，结果如表1所示，并分别将上述实施例和对比例提供的管材进行扩径处理后，观察扩口加工处形貌，结果如下 表1所示。

图1示出了根据本发明实施例1提供的小口径6061系铝合金管材纵截面晶粒组织图；图2示出了实施例1提供的小口径6061系铝合金管材扩口加工处的形貌照片；图3示出了对比例1提供的小口径6061系铝合金管材纵截面晶粒组织图；图4示出了对比例1提供的小口径6061系铝合金管材扩口加工处的各种形貌照片；通过图1-4可以看出，实施例1提供的小口径6061系铝合金管材表面晶粒度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35.1μm（如图1），经过扩口变形后，表面光滑未开裂，没有橘皮及掉渣缺陷问题（如图2）。对比例1提供的小口径6061系铝合金管材表面晶粒度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3），对管材进行扩口加工后，易出现橘皮、掉渣、甚至开裂等缺陷问题（如图4），影响管材后续加工使用。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本申请将挤压管坯依次进行一次轧制、一次退火、二次轧制、二次退火、三次轧制、减径拉拔以及后处理，得到小口径6xxx系铝合金管材，相比目前常用的减径生产工艺，取消中间多道次的减径空拉工艺，采用三次轧制工艺，只保留最后减径空拉工序至成品管材尺寸，有效减少空拉带来的工艺缺陷。另外，本申请提供的6xxx系铝合金管材的工序简单，工艺可控，生产高效，流程更短，产品质量可靠，能够适用于规模化生产，有效降低生产成本。

以上所述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 (9)

1.一种小口径6xxx系铝合金管材的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括：将挤压管坯依次进行一次轧制、一次退火、二次轧制、二次退火、三次轧制、减径拉拔以及后处理，得到所述小口径6xxx系铝合金管材；

所述挤压管坯的外径为35~40±2.0mm，壁厚为4.0±1.0mm；

所述一次轧制后得到的一次轧制管材的外径为25~30±2.0mm，壁厚为3.0±1.0mm；

所述二次轧制后得到的二次轧制管材的外径为14~19±2.0mm，壁厚为2.0±0.5mm；

所述三次轧制后得到的三次轧制管材的外径为7~12±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm；

减径拉拔包括：将所述三次轧制管材空拉得到外径为6~10±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm的待后处理管材；

所述小口径6xxx系铝合金管材的外径为6~10±1.0mm，壁厚为1.0±0.5mm，所述小口径6xxx系铝合金管材的晶粒度为1级，晶粒平均尺寸≤47μm。

2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，

所述挤压管坯由铸锭挤压而成。

3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，

所述一次退火的工艺为400~460℃保温1.0~3.0h。

4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，

所述二次退火的工艺为400~460℃保温1.0~3.0h。

5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，

所述三次轧制管材的冷变形量≥80%。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备工艺，其特征在于，所述后处理包括依次进行的矫直和热处理。

7.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于，所述热处理包括O态退火、T4态退火或T6态退火中的至少一种。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的制备工艺，其特征在于，所述小口径6xxx系铝合金管材选自O态管材、T4态管材或T6态管材中的至少一种。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的制备工艺，其特征在于，所述小口径6xxx系铝合金管材的材料包括6061铝合金或6063铝合金中至少一种。

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