CN116445753A - 一种提高民机用2系铝合金型材性能一致性的型材制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高民机用2系铝合金型材性能一致性的型材制造方法，民机用铝合金型材制造领域，合金型材中各物质的质量百分比为：Si含量低于0.10％，Fe含量低于0.15％，Cu含量4.6％～4.9％，Mg含量1.4％～1.6％，Mn含量0.6％～0.8％，Cr含量低于0.02％，Ti含量0.02％～0.06％，其他杂质元素含量低于0.05％，余量为Al，通过精准的合金成分设计与控制、应用低成本的99.85％铝锭、采用高成分均匀性快速铸造工艺、铸锭进行阶梯升温均匀化处理、采取等温反向挤压工艺、分断面精准热处理、精准控制取样位置，制造出型材性能一致性极高的民机用2系铝合金型材。
Description
技术领域
本发明属于铝合金型材制造技术领域，具体涉及一种提高民机用2系铝合金型材性能一致性的型材制造方法。
背景技术
相较于军机，民机的主要用途是载客和载货，其设计要满足相应的适航规范，成本和效率要满足航司的商业运行需求。民机走向市场前的一个必要条件就是适航，经过设计、制造、验证过程，证明其可以安全飞行。因此，在民机的设计和制造阶段，都对材料性能一致性有非常高的要求，防止材料性能差异大导致机身结构不稳定。另外，民机对制造经济性和运营经济性的追求，决定了民机在材料选择方面有特殊的要求，首先，会选用市场用量和生熟度高材料以压缩采购成本，其次，通过提高材料性能一致，能够在适当减少材料用量的情况下保证机身机构的安全性，大幅降低民机的建造成本和运营成本。性能一致性的评价有很多手段，其中比简单的方法是统计各项力学性能指标的变异系数，变异系数原始数据标准差与原始数据平均数的比，一批材料力学性能数据的变异系数越小代表力学性能的一致性越好，民机用航空铝合金产品的变异系数一般不能超过3％。
2024铝合金是一款非常成熟的可热处理强化铝合金，采用合适的成型和热处理工艺，可以获得比较高的强度，广泛应用于民机结构件的制造。虽然近几十年来，为了进一步提高航空铝合金的损伤容限和疲劳寿命，通过降低Fe、Si含量与合金成分微调整发展出2124、2224、2524、2026等新合金，但2024合金凭借更高的成熟度和更优的经济性，仍然是应用最广泛的航空铝合金之一。
CN 111424199 A公开了一种民机机翼下长桁用2系铝合金型材及其制造方法，通过采用模孔布局优化、铸锭阶梯加热等温反向挤压、低应力阶梯淬火等技术手段，提高了型材的横向性能，降低了型材的残余应力。
CN 104862561A公开了一种飞机挂架用高强度铝合金型材及其制备方法。通过对铸锭生产所用精炼剂进行优化，及合金成分与生产工艺的优化，生产出抗拉强度达到573MPa，屈服强度达到459MPa，伸长率达到15.1％的2系铝合金型材。
CN 104975213B公开了一种环保高韧性硬铝合金型材生产工艺。实现了2系合金的水平连续铸造和连续挤压，型材抗拉强度可达500MPa以上。
CN 104962786B公开了一种耐腐蚀铝合金型材的制造方法。通过在2系铝合金中添加大量的Mn、Zn元素进行微合金化，并结合二级人工时效，获得了具有耐蚀性和强度非常优秀的铝合金型材，剥落腐蚀达到EA，抗拉强度超过500MPa。
CN 108188194A公开了一种2024高强度铝合金特薄壁型材生产工艺。通过模具设计采用不带导流坑的四孔挤压模具，并降低挤压比，离线淬火并精准控制拉伸，获得了各项性能指标满足GJB要求的2024型材，其抗拉强度超过400MPa，屈服强度超过300MPa。
现有技术主要围绕着国内市场提出的强度、耐蚀性、残余应力等要求，通过合金成分优化、模具设计优化、挤压工艺优化、热处理制度调整，提高型材的强度和耐蚀性，并不关注型材性能的一致性。主要因为国内民机用铝合金市场尚未形成，绝大多数铝加工企业几乎不开展2系铝合金的研发和生产，甚至不涉足硬铝合金的市场；对于少数从事2系铝合金研发和生产的铝加工企业，2系铝合金市场仍局限于军用飞机和航天领域，多品种小批量的市场需求逼迫其不断地根据性能需求大幅调整合金成分，而不关注产品的性能一致性。只有在民机制造领域，为了确保飞机长期服役的安全性，才对材料的性能一致性有要求。
发明内容
为了解决上述现有技术中提到的不足，本发明提供了一种提高民机用2系铝合金型材性能一致性的型材制造方法。
本申请提出了一种提高民机用2系铝合金型材性能一致性的型材制造方法，通过以下技术方案予以实现：
步骤一：充分考虑合金熔炼过程中的合金元素烧损及废料中合金含量等因素，按照以下合金成分控制要求进行配料：Si含量低于0.12％，Fe含量低于0.15％，Cu含量4.6％～4.9％，Mg含量1.4％～1.6％，Mn含量0.6％～0.8％，Cr含量低于0.02％，Ti含量0.02％～0.06％，其他杂质元素含量低于0.15％，余量为Al，其中Cu、Mg含量调整需同步，保持Cu/Mg比为3.0～3.3；
步骤二：将充分干燥的装炉料投入熔炼炉，装炉料全部熔化后，开始利用电磁搅拌设备进行熔体搅拌，熔体温度到达740℃后，开始进行合金化，分批加入铜板、镁锭及各种中间合金，每批合金添加时间间隔20min，每次添加重量不超过500kg，在合金化过程中每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面浮渣；
步骤三：完成合金化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉，通过静置炉内加热系统将熔体温度控制在725～745℃，采用旋转通气装置通入氩气与氯气混合气体进行精炼，通过在固定位置取样进行化学成分分析，合金成分不合格，则对熔体合金成分进行调控至成分合格；
步骤四：铸造开始前，用火焰对过滤板及整套流槽进行充分预热，除气箱温度调整至740℃，静置炉熔体温度调整至730℃，各项准备工作完成后，倾转静置炉，熔体流经两级除气箱、过滤箱后进入铸造流盘，开始铸造，铸造过程中，两级双转子除气箱温度始终控制在735～745℃补充熔体在流槽中的热量损失，铸造流盘上的熔体达到693℃后，停止静置炉加热，缓慢降低炉内熔体温度，当铸造机流盘温度低于687℃时，启动静置炉加热提升熔体温度，通过控制静置炉熔体温度，将铸造机流盘上的熔体温度控制在685℃～695℃之间，在两级除气箱之间的流槽中，通过送丝机进行Al-Ti-B细化剂；
步骤五：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，防止在残余应力释放过程中，产生裂纹；
步骤六：用箱式模具加热炉对模具进行加热和保温处理，确保模具芯部到温，模具温度加热至385～415℃，挤压筒设定温度为405～435℃，待温度到达后保温，铸锭加热方式为感应加热，铸锭头端设定温度为360～400℃，铸锭从头端至尾端温度呈梯度下降趋势，温度梯度下降的趋势为20℃/m，铸锭加热到温后，将到温后的铸锭按照尾端在内头端在外的方向装入挤压筒，将模具装入挤压筒与铸锭头端贴近，缓慢插入空心轴进行反向挤压，反向挤压的挤压轴速为0.8～1.6mm/s，挤压完成后，进行变形量为0.6％～1.3％的预拉伸拉直，得到铝合金型材初品；
步骤八：采用离线热处理工艺对铝合金型材初品进行固溶处理，固溶处理温度为494℃，固溶处理的保温时间根据型材厚度在下表中挑选，保温完成后进行喷淋式阶梯淬火，并对淬火后的型材立刻进行变形量为拉伸变形量控制在1％～3％的拉伸校直，消除淬火残余应力；
步骤九：在对型材进行淬火降温和拉伸校直后，型材摆放平直进行自然时效超过96h，获得得铝合金型材。
具体的，在所述的步骤一中添加的铝锭均采用定制纯度为99.85％的铝锭。
具体的，所述的步骤五中均匀化工艺为：先采用40℃/h的升温速率将温度升至300℃，然后采用20℃/h的升温速率缓慢升温至460℃，保温8h，再按照40℃/h的升温速率将温度升至495℃，保温24h，均匀化完成的铸锭即为型材挤压的原材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明为了在控制材料生产成本的前提下，达到民机用2系铝合金型材对性能一致性的要求。采用定制的低成本99.85％铝锭及一级循环废料为主要原料，并通过精准的合金成分设计与控制，阶梯升温均匀化、反向等温挤压工艺、分断面精准热处理等技术，精准控制取样位置，成功将多断面多批次2系铝合金型材的力学性能变异系数控制到3％以内，达到了民机航空铝合金的使用要求，填补了国内空白。
2、本发明以定制纯度为99.85％铝锭替代民机用铝合金生产常用的纯度为99.99％的铝锭，并辅以一级循环废料，大幅降低民机用2系型材的制造成本。GB/T 1196按照纯度对重熔铝锭分成了8个牌号，但行业内一般将市场需求量最大的99.7％的铝锭称作70铝锭或工业纯铝，对应的是伦敦市场上的标准铝，铝的含量99.85％至99.90％的称作85铝锭或工业高纯铝，纯度高于99.93％的即称作精铝锭。其中，70铝锭成分范围最宽，市场容量最大，绝大多数电解铝厂直接采用电解铝水浇铸生产，价格直接与铝锭现货价格挂钩。精铝锭纯度高，需要经过至少一次提纯获得，价格远高于普通电解铝锭。85铝锭成分范围窄，市场容量小，且很多电解铝企业直接采用电解铝水浇铸铝锭无法达到85铝锭要求，很长时期内在市场上几乎不流通。近几年，伴随新能源用铝合金对铝锭纯度的要求，以及国内电解铝企业的设备升级，85铝锭的流通才逐渐变多。在此背景下，航空铝合金为了保证材料的纯净度，一般都在纯度为99.7％铝锭基础上，掺入大量纯度为99.99％的铝锭，大幅提高材料成本。南山铝业具有短距离全产业链的优势，仅需选用质量较好的电解铝水浇铸即可生产定制99.85％铝锭，几乎不增加生产成本，又能保证铝合金熔体的纯净度。
3、现有技术为了满足军机与航天领域更轻、更强、更耐蚀等性能需求，往往进行大幅度地合金成分调整。民机用航空铝合金为了满足材料规范的要求，只能在其规定的成分范围内进行调控。因此，本发明在成熟的2024合金基础上，通过结合热力学模拟和多轮试制，对合金成分进行了系统优化。首先，在只添加85铝锭和一级循环废料的前提下，加严Fe、Si含量控制，避免Fe、Si元素形成粗大结晶相，降低PSN效应再结晶的控制难度及粗大第二相对力学性能检测的偶发影响，提高型材的性能一致性。然后，缩小Cu、Mg元素的控制范围，尤其是严控Cu/Mg比，精准控制沉淀强化相类型，增加型材的性能一致性。另外，为了防止型材挤压与固溶过程发生局部再结晶而影响性能一致性，本发明在受材料规范和成本限制而无法添加Zr、Sc等元素的情况下，通过多轮试验，对Mn元素的含量进行了精细化设计，配合优化的铸锭均匀化工艺，在不形成过多粗大含Mn相的情况下，有效抑制再结晶，提升材料的性能一致性。
4、铸锭均匀化方面，为了获得细小弥散的含Mn相，防止挤压和固溶过程发生再结晶，采用阶梯升温的方式，快速升温到300℃后，再缓慢升温至460℃，保温8h后，在快速升温至495℃保温24h，通过在低温区间进行缓慢升温和保温，促进含Mn相形核长大成稳定相，避免其在高温段形成粗大相。
5、挤压工艺优化方面，本发明采用的反向挤压工艺参数，首先通过数值模拟软件对挤压过程的应力场、温度场进行了系统模拟，挑选出最优的挤压温度、挤压速度及梯度温度，并在产线上进行试验和修正，基本实现了等温挤压，大幅提高型材头尾两端的性能一致性。通过精细地控制挤压温度与速度，避免了挤压过程的动态再结晶，并促进动态回复避免在固溶过程中发生静态再结晶，减少了再结晶软化造成的力学性能波动。
6、航空用2系铝合金为了获得更好的断裂韧性和疲劳性能，一般采用自然时效状态，无法通过调整人工时效温度和时间控制材料的强度，无法通过时效对断面差异产生的力学性能差异进行有效弥补。型材厚度小，挤压效应更强，强度一般偏高，小壁厚型材挤压过程对粗大第二相的破碎更加充分，第二相回溶更充分，自然时效状态下强度相对更高。为了实现对不同断面型材力学性能的有效控制，本发明按照型材的厚度进行分档，分别进行固溶淬火试验，通过适当增大厚断面型材的固溶保温时间，调控型材固溶淬火的过饱和度，调控型材的力学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1型材1断面示意图；图2型材2断面示意图；图3型材3断面示意图；图4实施例1型材纵截面显微组织；图5对比例1型材纵截面显微组织；图6实施例2和对比例2型材强度对比；图7不同对比例和实施例变异系数对比。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
步骤一：充分考虑合金熔炼过程中的合金元素烧损及废料中合金含量等因素，按照合金成分控制要求进行配料。其中，添加的铝锭均采用定制纯度为99.85％的铝锭。
步骤二：将充分干燥的装炉料投入熔炼炉，装炉料全部熔化后，开始利用电磁搅拌设备进行熔体搅拌。熔体温度到达740℃后，开始进行合金化，分批加入铜板、镁锭及各种中间合金，每批合金添加时间间隔20min，每次添加重量不超过500kg，在合金化过程中每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面浮渣。
步骤三：完成合金化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉。通过静置炉内加热系统将熔体温度控制在725～745℃，采用旋转通气装置通入氩气与氯气混合气体进行精炼，通过在固定位置取样进行化学成分分析，合金成分不合格，则对熔体合金成分进行调控至成分合格。经化学成分检测：Si含量0.10％，Fe含量0.12％，Cu含量4.7％，Mg含量1.5％，Mn含量0.7％，Ti含量0.04％，Cu/Mg比为3.13。
步骤四：铸造开始前，用火焰对过滤板及整套流槽进行充分预热，除气箱温度调整至740℃，静置炉熔体温度调整至730℃。各项准备工作完成后，倾转静置炉，熔体流经两级除气箱、过滤箱后进入铸造流盘，开始铸造。铸造过程中，两级双转子除气箱温度始终控制在735～745℃补充熔体在流槽中的热量损失，铸造流盘上的熔体达到693℃后，停止静置炉加热，缓慢降低炉内熔体温度，当铸造机流盘温度低于687℃时，启动静置炉加热提升熔体温度，通过控制静置炉熔体温度，将铸造机流盘上的熔体温度控制在685℃～695℃之间。在两级除气箱之间的流槽中，通过送丝机进行Al-Ti-B细化剂
步骤五：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，防止在残余应力释放过程中，产生裂纹。均匀化工艺为：先采用40℃/h的升温速率将温度升至300℃，然后采用20℃/h的升温速率缓慢升温至460℃，保温8h，再按照40℃/h的升温速率将温度升至495℃，保温24h。均匀化完成的铸锭即为型材挤压的原材料。
步骤六：用箱式模具加热炉对模具进行加热和保温处理，确保模具芯部到温，模具温度加热至390℃。挤压筒设定温度为410℃，待温度到达后保温。铸锭加热方式为感应加热，铸锭头端设定温度为370℃，铸锭从头端至尾端温度呈梯度下降趋势，温度梯度下降的趋势为20℃/m。铸锭加热到温后，将到温后的铸锭按照尾端在内头端在外的方向装入挤压筒，将模具装入挤压筒与铸锭头端贴近，缓慢插入空心轴进行反向挤压，反向挤压的挤压轴速为1.4mm/s，挤压完成后，进行变形量为1.1％的预拉伸拉直，得到铝合金型材初品。
步骤八：采用离线热处理工艺对铝合金型材初品进行固溶处理，固溶处理温度为494℃，固溶处理的保温时间根据型材厚度制定，型材1(见图1)平均厚度为15.24mm，固溶保温时间为100min，型材2(见图2)平均厚度34.5mm，固溶保温时间为150min，型材3(见图3)平均厚度为47.6mm，固溶保温时间为200min。保温完成后进行喷淋式阶梯淬火，并对淬火后的型材立刻进行变形量为拉伸变形量控制在1.8％的拉伸校直，消除淬火残余应力。
步骤九：在对型材进行淬火降温和拉伸校直后，型材摆放平直进行自然时效超过96h，获得得铝合金型材。经多批次验证，抗拉强度平均值为568MPa，变异系数为1.9％，屈服强度平均值为426MPa，变异系数为2.8％。
对比例1
步骤一：充分考虑合金熔炼过程中的合金元素烧损及废料中合金含量等因素，按照合金成分控制要求进行配料。其中，添加的铝锭均采用纯度为99.70％的普通重熔铝锭。
步骤二：将充分干燥的装炉料投入熔炼炉，装炉料全部熔化后，开始利用电磁搅拌设备进行熔体搅拌。熔体温度到达740℃后，开始进行合金化，分批加入铜板、镁锭及各种中间合金，每批合金添加时间间隔20min，每次添加重量不超过500kg，在合金化过程中每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面浮渣。
步骤三：完成合金化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉。通过静置炉内加热系统将熔体温度控制在725～745℃，采用旋转通气装置通入氩气与氯气混合气体进行精炼，通过在固定位置取样进行化学成分分析，合金成分不合格，则对熔体合金成分进行调控至成分合格。经化学成分检测：Si含量低于0.21％，Fe含量低于0.24％，Cu含量4.0％，Mg含量1.4％，Mn含量0.6％，Ti含量0.05％，Cu/Mg比为2.85。
步骤四：铸造开始前，用火焰对过滤板及整套流槽进行充分预热，除气箱温度调整至740℃，静置炉熔体温度调整至730℃。各项准备工作完成后，倾转静置炉，熔体流经两级除气箱、过滤箱后进入铸造流盘，开始铸造。铸造过程中，两级双转子除气箱温度始终控制在735～745℃补充熔体在流槽中的热量损失，铸造流盘上的熔体达到693℃后，停止静置炉加热，缓慢降低炉内熔体温度，当铸造机流盘温度低于687℃时，启动静置炉加热提升熔体温度，通过控制静置炉熔体温度，将铸造机流盘上的熔体温度控制在685℃～695℃之间。在两级除气箱之间的流槽中，通过送丝机进行Al-Ti-B细化剂
步骤五：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，防止在残余应力释放过程中，产生裂纹。均匀化工艺为：先采用40℃/h的升温速率将温度升至300℃，然后采用20℃/h的升温速率缓慢升温至460℃，保温8h，再按照40℃/h的升温速率将温度升至495℃，保温24h。均匀化完成的铸锭即为型材挤压的原材料。
步骤六：用箱式模具加热炉对模具进行加热和保温处理，确保模具芯部到温，模具温度加热至390℃。挤压筒设定温度为410℃，待温度到达后保温。铸锭加热方式为感应加热，铸锭头端设定温度为370℃，铸锭从头端至尾端温度呈梯度下降趋势，温度梯度下降的趋势为20℃/m。铸锭加热到温后，将到温后的铸锭按照尾端在内头端在外的方向装入挤压筒，将模具装入挤压筒与铸锭头端贴近，缓慢插入空心轴进行反向挤压，反向挤压的挤压轴速为1.4mm/s，挤压完成后，进行变形量为1.1％的预拉伸拉直，得到铝合金型材初品。
步骤八：采用离线热处理工艺对铝合金型材初品进行固溶处理，固溶处理温度为494℃，固溶处理的保温时间根据型材厚度制定，型材1(见图1)平均厚度为15.24mm，固溶保温时间为100min，型材2(见图2)平均厚度34.5mm，固溶保温时间为150min，型材3(见图3)平均厚度为47.6mm，固溶保温时间为200min。保温完成后进行喷淋式阶梯淬火，并对淬火后的型材立刻进行变形量为拉伸变形量控制在2.1％的拉伸校直，消除淬火残余应力。
步骤九：在对型材进行淬火降温和拉伸校直后，型材摆放平直进行自然时效超过96h，获得得铝合金型材。经多批次验证，抗拉强度平均值为568MPa，变异系数为2.1％，屈服强度平均值为428MPa，变异系数为3.6％。
实施例2
步骤一：充分考虑合金熔炼过程中的合金元素烧损及废料中合金含量等因素，按照合金成分控制要求进行配料。其中，添加的铝锭均采用定制纯度为99.85％的铝锭。
步骤二：将充分干燥的装炉料投入熔炼炉，装炉料全部熔化后，开始利用电磁搅拌设备进行熔体搅拌。熔体温度到达740℃后，开始进行合金化，分批加入铜板、镁锭及各种中间合金，每批合金添加时间间隔20min，每次添加重量不超过500kg，在合金化过程中每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面浮渣。
步骤三：完成合金化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉。通过静置炉内加热系统将熔体温度控制在725～745℃，采用旋转通气装置通入氩气与氯气混合气体进行精炼，通过在固定位置取样进行化学成分分析，合金成分不合格，则对熔体合金成分进行调控至成分合格。经化学成分检测：Si含量0.06％，Fe含量0.08％，Cu含量4.9％，Mg含量1.6％，Mn含量0.7％，Ti含量0.04％，Cu/Mg比为3.06。
步骤四：铸造开始前，用火焰对过滤板及整套流槽进行充分预热，除气箱温度调整至740℃，静置炉熔体温度调整至730℃。各项准备工作完成后，倾转静置炉，熔体流经两级除气箱、过滤箱后进入铸造流盘，开始铸造。铸造过程中，两级双转子除气箱温度始终控制在735～745℃补充熔体在流槽中的热量损失，铸造流盘上的熔体达到693℃后，停止静置炉加热，缓慢降低炉内熔体温度，当铸造机流盘温度低于687℃时，启动静置炉加热提升熔体温度，通过控制静置炉熔体温度，将铸造机流盘上的熔体温度控制在685℃～695℃之间。在两级除气箱之间的流槽中，通过送丝机进行Al-Ti-B细化剂
步骤五：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，防止在残余应力释放过程中，产生裂纹。均匀化工艺为：先采用40℃/h的升温速率将温度升至300℃，然后采用20℃/h的升温速率缓慢升温至460℃，保温8h，再按照40℃/h的升温速率将温度升至495℃，保温24h。均匀化完成的铸锭即为型材挤压的原材料。
步骤六：用箱式模具加热炉对模具进行加热和保温处理，确保模具芯部到温，模具温度加热至410℃。挤压筒设定温度为430℃，待温度到达后保温。铸锭加热方式为感应加热，铸锭头端设定温度为390℃，铸锭从头端至尾端温度呈梯度下降趋势，温度梯度下降的趋势为20℃/m。铸锭加热到温后，将到温后的铸锭按照尾端在内头端在外的方向装入挤压筒，将模具装入挤压筒与铸锭头端贴近，缓慢插入空心轴进行反向挤压，反向挤压的挤压轴速为0.9mm/s，挤压完成后，进行变形量为0.9％的预拉伸拉直，得到铝合金型材初品。
步骤八：采用离线热处理工艺对铝合金型材初品进行固溶处理，固溶处理温度为494℃，固溶处理的保温时间根据型材厚度制定，型材1(见图1)平均厚度为15.24mm，固溶保温时间为100min，型材2(见图2)平均厚度34.5mm，固溶保温时间为150min，型材3(见图3)平均厚度为47.6mm，固溶保温时间为200min。保温完成后进行喷淋式阶梯淬火，并对淬火后的型材立刻进行变形量为拉伸变形量控制在2.1％的拉伸校直，消除淬火残余应力。
步骤九：在对型材进行淬火降温和拉伸校直后，型材摆放平直进行自然时效超过96h，获得得铝合金型材。经多批次验证，抗拉强度平均值为572MPa，变异系数为0.86％，屈服强度平均值为431MPa，变异系数为1.7％。
对比例2
步骤一：充分考虑合金熔炼过程中的合金元素烧损及废料中合金含量等因素，按照合金成分控制要求进行配料。其中，添加的铝锭均采用定制纯度为99.85％的铝锭。
步骤二：将充分干燥的装炉料投入熔炼炉，装炉料全部熔化后，开始利用电磁搅拌设备进行熔体搅拌。熔体温度到达740℃后，开始进行合金化，分批加入铜板、镁锭及各种中间合金，每批合金添加时间间隔20min，每次添加重量不超过500kg，在合金化过程中每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面浮渣。
步骤三：完成合金化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉。通过静置炉内加热系统将熔体温度控制在725～745℃，采用旋转通气装置通入氩气与氯气混合气体进行精炼，通过在固定位置取样进行化学成分分析，合金成分不合格，则对熔体合金成分进行调控至成分合格。经化学成分检测：Si含量0.06％，Fe含量0.08％，Cu含量4.9％，Mg含量1.6％，Mn含量0.7％，Ti含量0.04％，Cu/Mg比为3.06。
步骤四：铸造开始前，用火焰对过滤板及整套流槽进行充分预热，除气箱温度调整至740℃，静置炉熔体温度调整至730℃。各项准备工作完成后，倾转静置炉，熔体流经两级除气箱、过滤箱后进入铸造流盘，开始铸造。铸造过程中，两级双转子除气箱温度始终控制在735～745℃补充熔体在流槽中的热量损失，铸造流盘上的熔体达到693℃后，停止静置炉加热，缓慢降低炉内熔体温度，当铸造机流盘温度低于687℃时，启动静置炉加热提升熔体温度，通过控制静置炉熔体温度，将铸造机流盘上的熔体温度控制在685℃～695℃之间。在两级除气箱之间的流槽中，通过送丝机进行Al-Ti-B细化剂
步骤五：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，防止在残余应力释放过程中，产生裂纹。均匀化工艺为：先采用40℃/h的升温速率将温度升至300℃，然后采用20℃/h的升温速率缓慢升温至460℃，保温8h，再按照40℃/h的升温速率将温度升至495℃，保温24h。均匀化完成的铸锭即为型材挤压的原材料。
步骤六：用箱式模具加热炉对模具进行加热和保温处理，确保模具芯部到温，模具温度加热至410℃。挤压筒设定温度为430℃，待温度到达后保温。铸锭加热方式为感应加热，铸锭头端设定温度为390℃，铸锭从头端至尾端温度呈梯度下降趋势，温度梯度下降的趋势为20℃/m。铸锭加热到温后，将到温后的铸锭按照尾端在内头端在外的方向装入挤压筒，将模具装入挤压筒与铸锭头端贴近，缓慢插入空心轴进行反向挤压，反向挤压的挤压轴速为0.9mm/s，挤压完成后，进行变形量为0.9％的预拉伸拉直，得到铝合金型材初品。
步骤八：采用离线热处理工艺对铝合金型材初品进行固溶处理，固溶处理温度为494℃，固溶保温时间为100min，保温完成后进行喷淋式阶梯淬火，并对淬火后的型材立刻进行变形量为拉伸变形量控制在1.6％的拉伸校直，消除淬火残余应力。
步骤九：在对型材进行淬火降温和拉伸校直后，型材摆放平直进行自然时效超过96h，获得得铝合金型材。经多批次验证，抗拉强度平均值为560MPa，变异系数为2.4％，屈服强度平均值为412MPa，变异系数为3.4％
两个实施例和两个对比例型材不同位置取样进行力学性能检测，并统计型材力学性能的变异系数。对比例1相对于实施例1，采用99.7％铝锭进行生产，Fe、Si含量较高，Cu/Mg也不在控制范围内。如图4和图5所示，因为对比例1生产的型材Fe、Si含量更高，型材纵截面粗大结晶相的数量和尺寸都远高于实施例1。粗大结晶相含量会影响型材的力学性能结果，因此对比例1的力学性能一致性较差，屈服强度统计变异系数高于3％，不满足要求。对比例2相对于实施例2，未根据型材厚度制定特定的固溶保温时间，而是所有厚度型材均采用100min的时间，厚度较大的型材挤压效应弱，且型材内部粗大相破碎较轻，型材强度偏低，影响型材的性能一致性,不同断面平均强度统计结果见图6，因此对比例3屈服强度统计变异系数高于3％，不满足要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种提高民机用2系铝合金型材性能一致性的型材制造方法，其特征在于：通过以下技术方案予以实现：
步骤一：充分考虑合金熔炼过程中的合金元素烧损及废料中合金含量等因素，按照以下合金成分控制要求进行配料：Si含量低于0.12％，Fe含量低于0.15％，Cu含量4.6％～4.9％，Mg含量1.4％～1.6％，Mn含量0.6％～0.8％，Cr含量低于0.02％，Ti含量0.02％～0.06％，其他杂质元素含量低于0.15％，余量为Al，其中Cu、Mg含量调整需同步，保持Cu/Mg比为3.0～3.3；
步骤二：将充分干燥的装炉料投入熔炼炉，装炉料全部熔化后，开始利用电磁搅拌设备进行熔体搅拌，熔体温度到达740℃后，开始进行合金化，分批加入铜板、镁锭及各种中间合金，每批合金添加时间间隔20min，每次添加重量不超过500kg，在合金化过程中每次投料前，均采用扒渣车扒净熔体表面浮渣；
步骤三：完成合金化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉，通过静置炉内加热系统将熔体温度控制在725～745℃，采用旋转通气装置通入氩气与氯气混合气体进行精炼，通过在固定位置取样进行化学成分分析，合金成分不合格，则对熔体合金成分进行调控至成分合格；
步骤四：铸造开始前，用火焰对过滤板及整套流槽进行充分预热，除气箱温度调整至740℃，静置炉熔体温度调整至730℃，各项准备工作完成后，倾转静置炉，熔体流经两级除气箱、过滤箱后进入铸造流盘，开始铸造，铸造过程中，两级双转子除气箱温度始终控制在735～745℃补充熔体在流槽中的热量损失，铸造流盘上的熔体达到693℃后，停止静置炉加热，缓慢降低炉内熔体温度，当铸造机流盘温度低于687℃时，启动静置炉加热提升熔体温度，通过控制静置炉熔体温度，将铸造机流盘上的熔体温度控制在685℃～695℃之间，在两级除气箱之间的流槽中，通过送丝机进行Al-Ti-B细化剂；
步骤五：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理，防止在残余应力释放过程中，产生裂纹；
步骤六：用箱式模具加热炉对模具进行加热和保温处理，确保模具芯部到温，模具温度加热至385～415℃，挤压筒设定温度为405～435℃，待温度到达后保温，铸锭加热方式为感应加热，铸锭头端设定温度为360～400℃，铸锭从头端至尾端温度呈梯度下降趋势，温度梯度下降的趋势为20℃/m，铸锭加热到温后，将到温后的铸锭按照尾端在内头端在外的方向装入挤压筒，将模具装入挤压筒与铸锭头端贴近，缓慢插入空心轴进行反向挤压，反向挤压的挤压轴速为0.8～1.6mm/s，挤压完成后，进行变形量为0.6％～1.3％的预拉伸拉直，得到铝合金型材初品；
步骤八：采用离线热处理工艺对铝合金型材初品进行固溶处理，固溶处理温度为494℃，固溶处理的保温时间根据型材厚度制定，保温完成后进行喷淋式阶梯淬火，并对淬火后的型材立刻进行变形量为拉伸变形量控制在1％～3％的拉伸校直，消除淬火残余应力；
步骤九：在对型材进行淬火降温和拉伸校直后，型材摆放平直进行自然时效超过96h，获得得铝合金型材。
2.根据权利要求1所述的一种提高民机用2系铝合金型材性能一致性的型材制造方法，其特征在于：在所述的步骤一中添加的铝锭均采用定制纯度为99.85％的铝锭。
3.根据权利要求1所述的一种提高民机用2系铝合金型材性能一致性的型材制造方法，其特征在于：所述的步骤五中均匀化工艺为：先采用40℃/h的升温速率将温度升至300℃，然后采用20℃/h的升温速率缓慢升温至460℃，保温8h，再按照40℃/h的升温速率将温度升至495℃，保温24h，均匀化完成的铸锭即为型材挤压的原材料。
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