CN101760682B

CN101760682B - 运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法

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Publication number: CN101760682B
Application number: CN2009103124043A
Authority: CN
Inventors: ***; 邹京滨; 孙绍华
Original assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Current assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: CN101760682A

Abstract

运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法，它涉及合金半环的制备方法。本发明解决了现有的整流罩用铝合金半环强度低，不能满足大型运载火箭的应用要求的问题。本发明运载火箭整流罩用铝合金半环由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ni、Zn、Ti和Al制成，其抗拉强度为380MPa～450MPa、断后伸长率6.0%～10%、布氏硬度为110N/mm²～150N/mm²。本发明的方法如下：配料并经熔炼、铸造、均匀化退火、锻造、挤压、打弯、淬火、冷压缩变形、矫平和时效处理后得到运载火箭整流罩用铝合金半环，本发明强度高，可以应用于大型运载火箭。

Description

运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金半环的制备方法。

背景技术

铝合金具有重量轻、比重小、强度高等特点，已经在各个领域被广泛应用。整流罩用铝合金半环是运载火箭部件的重要部件，现有的整流罩用铝合金半环是采用桅弯技术，将型材桅弯成两个半圆形的半环，然后将半环用***螺栓连接，随着运载火箭大型化，火箭上各种试验设备增多，有效载荷加大，而且要模拟载人，需要逃逸舱能准确的分开，现有整流罩用铝合金半环的强度已无法满足大型运载火箭的应用要求。

发明内容

本发明是为了解决现有的整流罩用铝合金半环强度低，不能满足大型运载火箭的应用要求的问题，而提供运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法。

运载火箭整流罩用铝合金半环按质量百分比由0.6%～1.2%的Si、0.1%～0.7%的Fe、3.9%～4.8%的Cu、0.4%～1.0%的Mn、0.4%～0.8%的Mg、0.05%～0.1%的Ni、0.1%～0.3%的Zn、0.1%～0.15%的Ti和90.95%～94.35%的Al制成。

运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法按以下步骤进行：一、按运载火箭整流罩用铝合金半环中元素的质量百分比Si：0.6%～1.2%、Fe：0.1%～0.7%、Cu：3.9%～4.8%、Mn：0.4%～1.0%、Mg：0.4%～0.8%、Ni：0.05%～0.1%、Zn：0.1%～0.3%、Ti：0.1%～0.15%和Al：90.95%～94.35%分别称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、纯镁锭、铝镍中间合金、铝锌中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭，然后加入到煤气反射炉中，在740℃～770℃条件下熔炼成铝合金熔液，再将铝合金熔液转入电阻反射炉中，经炉内除气、扒渣后再流经导流槽并在线除气后，转入静置炉，静置15min～30min，得到熔炼好的铝合金熔液；二、将经步骤一得到的铝合金熔液依次经过30PPI和50PPI的泡沫陶瓷过滤板过滤后，铸造成铝合金铸锭；三、将经步骤二制得的铝合金铸锭放置在均火炉中，将铝合金铸锭加热至480℃～500℃并保温20h～30h，进行均匀化退火处理；四、将经步骤三处理的铝合金铸锭加热至450℃～460℃并保温4h～6h后，在450℃～460℃温度下锻造，锻造时先镦粗后拔长，重复两次，每次镦粗和拔长的变形量为75%～90%，得到铝合金锻件；五、将经步骤四得到的铝合金锻件挤压成铝合金型材；六、根据运载火箭整流罩用铝合金半环的最终尺寸和形状设计加工打弯模，然后将经步骤五得到的型材利用3000吨水压机和打弯模进行打弯，得到运载火箭整流罩用铝合金半环半成品；七、将运载火箭整流罩用铝合金半环半成品在温度为490℃～510℃，保温时间为1.5h～2.5h，冷却水的温度为60℃～70℃的条件下进行淬火处理，然后在淬火后3小时内在进行冷压缩变形，使弧长方向的变形量为2mm～4mm；八、根据运载火箭整流罩用铝合金半环的最终尺寸和形状设计加工矫平模，将经步骤七处理的运载火箭整流罩用铝合金半环半成品利用100吨矫直机和矫平模进行矫平，使其矫平精度为≤4mm；九、将经步骤八处理的运载火箭整流罩用铝合金半环半成品进行时效处理，即得到运载火箭整流罩用铝合金半环。

步骤一中所述的炉内除气、扒渣、在线除气和步骤二中的铸造方法均为常规技术。

步骤五中所述的挤压处理的步骤是：先将铝合金锻件加热至420℃～450℃并保温5h～8h，然后将铝合金锻件放置在温度为380℃～450℃的φ300mm的挤压机挤压筒内，以7～9的挤压比将铝合金锻件挤压成铝合金型材。

步骤九中所述的时效处理条件是：温度为150℃～160℃，保温时间为4h～10h。

所述的运载火箭整流罩用铝合金半环中单一杂质的允许范围为≤0.03%，全部杂质的范围为≤0.15%，此范围内的杂质对运载火箭整流罩用铝合金半环的性能没有影响。

本发明的运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法在熔铸过程中严格控制合金的化学成分，防止裂纹；铸造时采用双级过滤，减少金属内部冶金缺陷如氧化膜、夹渣等；为提高加工塑性，防止出现加工裂纹，铸锭毛料进行均匀化处理，以消除铸锭内残余应力；经过多方锻造和挤压处理后，铝合金锻件内部组织已经充分变形，这种组织保证了锻件的性能；冷压缩处理是在淬火后3小时内进行的，目的是消除淬火后半环内部的淬火应力，减小加过程中半环的尺寸变形。本发明的运载火箭整流罩用铝合金半环的抗拉强度380MPa～450MPa、断后伸长率6.0%～10%、布氏硬度（HB）110N/mm²～150N/mm²，能够满足大型运载火箭的强度要求。

附图说明

图1是具体实施方式二十二制备的运载火箭整流罩用铝合金半环的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的运载火箭整流罩用铝合金半环按质量百分比由0.6%～1.2%的Si、0.1%～0.7%的Fe、3.9%～4.8%的Cu、0.4%～1.0%的Mn、0.4%～0.8%的Mg、0.05%～0.1%的Ni、0.1%～0.3%的Zn、0.1%～0.15%的Ti和90.95%～94.35%的Al制成。

运载火箭整流罩用铝合金半环的抗拉强度380MPa～450MPa、断后伸长率6.0%～10%、布氏硬度（HB）110N/mm²～150N/mm²，能够满足大型运载火箭的强度要求。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：运载火箭整流罩用铝合金半环按质量百分比由0.8%～1.1%的Si、0.2%～0.6%的Fe、4.0%～4.6%的Cu、0.5%～0.9%的Mn、0.5%～0.7%的Mg、0.06%～0.08%的Ni、0.15%～0.25%的Zn、0.11%～0.14%的Ti和91.63%～93.68%的Al制成。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：运载火箭整流罩用铝合金半环按质量百分比由1.0%的Si、0.4%的Fe、4.3%的Cu、0.7%的Mn、0.6%的Mg、0.07%的Ni、0.20%的Zn、0.13%的Ti和92.60%的Al制成。

本实施方式的运载火箭整流罩用铝合金半环的抗拉强度402MPa、断后伸长率6.5%、布氏硬度（HB）140N/mm²，能够满足大型运载火箭的强度要求。

具体实施方式三：本实施方式的运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法按以下步骤进行：一、按运载火箭整流罩用铝合金半环中元素的质量百分比Si：0.6%～1.2%、Fe：0.1%～0.7%、Cu：3.9%～4.8%、Mn：0.4%～1.0%、Mg：0.4%～0.8%、Ni：0.05%～0.1%、Zn：0.1%～0.3%、Ti：0.1%～0.15%和Al：90.95%～94.35%分别称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、纯镁锭、铝镍中间合金、铝锌中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭，然后加入到煤气反射炉中，在740℃～770℃条件下熔炼成铝合金熔液，再将铝合金熔液转入电阻反射炉中，经炉内除气、扒渣后再流经导流槽并在线除气后，转入静置炉，静置15min～30min，得到熔炼好的铝合金熔液；二、将经步骤一得到的铝合金熔液依次经过30PPI和50PPI的泡沫陶瓷过滤板过滤后，铸造成铝合金铸锭；三、将经步骤二制得的铝合金铸锭放置在均火炉中，将铝合金铸锭加热至480℃～500℃并保温20h～30h，进行均匀化退火处理；四、将经步骤三处理的铝合金铸锭加热至450℃～460℃并保温4h～6h后，在450℃～460℃温度下锻造，锻造时先镦粗后拔长，重复两次，每次镦粗和拔长的变形量为75%～90%，得到铝合金锻件；五、将经步骤四得到的铝合金锻件挤压成铝合金型材；六、根据运载火箭整流罩用铝合金半环的最终尺寸和形状设计加工打弯模，然后将经步骤五得到的型材利用3000吨水压机和打弯模进行打弯，得到运载火箭整流罩用铝合金半环半成品；七、将运载火箭整流罩用铝合金半环半成品在温度为490℃～510℃，保温时间为1.5h～2.5h，冷却水的温度为60℃～70℃的条件下进行淬火处理，然后在淬火后3小时内在进行冷压缩变形，使弧长方向的变形量为2mm～4mm；八、根据运载火箭整流罩用铝合金半环的最终尺寸和形状设计加工矫平模，将经步骤七处理的运载火箭整流罩用铝合金半环半成品利用100吨矫直机和矫平模进行矫平，使其矫平精度为≤4mm；九、将经步骤八处理的运载火箭整流罩用铝合金半环半成品进行时效处理，即得到运载火箭整流罩用铝合金半环。

本实施方式的煤气反射炉、电阻反射炉、均火炉、3000吨水压机和100吨矫直机为市售设备。

本实施方式的运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法在熔铸过程中严格控制合金的化学成分，防止裂纹；铸造时采用双级过滤，减少金属内部冶金缺陷如氧化膜、夹渣等；为提高加工塑性，防止出现加工裂纹，铸锭毛料进行均匀化处理，以消除铸锭内残余应力；经过多方锻造和挤压处理后，铝合金锻件内部组织已经充分变形，这种组织保证了锻件的性能；冷压缩处理是在淬火后3小时内进行的，目的是消除淬火后半环内部的淬火应力，减小加过程中半环的尺寸变形。本发明的运载火箭整流罩用铝合金半环的抗拉强度380MPa～450MPa、断后伸长率6.0%～10%、布氏硬度（HB）110N/mm²～150N/mm²，能够满足大型运载火箭的强度要求。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：先将铝合金锻件加热至420℃～450℃并保温5h～8h，然后将铝合金锻件放置在温度为380℃～450℃的φ300mm的挤压机挤压筒内，以7～9的挤压比将铝合金锻件挤压成铝合金型材。其它与具体实施方式三相同。

本实施方式的挤压机为市售设备。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：步骤五中所述的挤压处理的步骤是：先将铝合金锻件加热至440℃并保温6h，然后将铝合金锻件放置在温度为420℃的φ300mm的挤压机挤压筒内，以8的挤压比将铝合金锻件挤压成铝合金型材。其它与具体实施方式三或四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五不同的是：步骤九中所述的时效处理条件是：温度为150℃～160℃，保温时间为4h～10h。其它与具体实施方式三至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六不同的是：步骤九中所述的时效处理条件是：温度为155℃，保温时间为7h。其它与具体实施方式三至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七不同的是：步骤一中运载火箭整流罩用铝合金半环中元素的质量百分比为Si：0.7%～1.1%、Fe：0.2%～0.6%、Cu：4.0%～4.6%、Mn：0.5%～0.9%、Mg：0.5%～0.7%、Ni：0.06%～0.09%、Zn：0.15%～0.25%、Ti：0.11%～0.14%和Al：91.62%～93.78%。其它与具体实施方式三至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八不同的是：步骤一中运载火箭整流罩用铝合金半环中元素的质量百分比为Si：0.9%、Fe：0.4%、Cu：4.3%、Mn：0.7%、Mg：0.6%、Ni：0.07%、Zn：0.20%、Ti：0.13%和Al：92.70%。其它与具体实施方式三至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九不同的是：步骤一中所述的熔炼温度为750℃～760℃条件下。其它与具体实施方式三至九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三至九不同的是：步骤一中所述的熔炼温度为755℃。其它与具体实施方式三至九相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式三至十一不同的是：步骤三中将铝合金铸锭加热至485℃～495℃并保温22h～28h，进行均匀化退火处理。其它与具体实施方式三至十一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式三至十二不同的是：步骤三中将铝合金铸锭加热至490℃并保温25h，进行均匀化退火处理。其它与具体实施方式三至十二相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式三至十三不同的是：步骤四中将铝合金铸锭加热至452℃～458℃并保温4.5h～5.5h后，在452℃～458℃温度下锻造，，锻造时先镦粗后拔长，重复两次，每次镦粗和拔长的变形量为78%～85%。其它与具体实施方式三至十三相同。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式三至十四不同的是：步骤四中将铝合金铸锭加热至455℃并保温5.0h后，在455℃温度下锻造，，锻造时先镦粗后拔长，重复两次，每次镦粗和拔长的变形量为80%。其它与具体实施方式三至十四相同。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式三至十五不同的是：步骤七中的淬火条件是温度为495℃～505℃、保温时间为1.8h～2.3h，冷却水的温度为62℃～68℃。其它与具体实施方式三至十五相同。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式三至十六不同的是：步骤七中的淬火条件是温度为500℃、保温时间为2.0h，冷却水的温度为65℃。其它与具体实施方式三至十六相同。

具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式三至十七不同的是：步骤七中冷压缩变形使弧长方向的变形量为2.2mm～3.8mm。其它与具体实施方式三至十七相同。

具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式三至十八不同的是：步骤七中冷压缩变形使弧长方向的变形量为3.0mm。其它与具体实施方式三至十八相同。

具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式三至十九不同的是：步骤九中的矫平精度控制在≤3mm。其它与具体实施方式三至十九相同。

本实施方式中矫平精度的是按如下方法检验的：先将要进行矫平精度检验的运载火箭整流罩用铝合金半环平放在检验平台上，半环与平台接触的下表面与平台表面间距离的最大值与最小值之间的差值，为矫平精度。

具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式三至二十不同的是：步骤九中的矫平精度控制在≤2mm。其它与具体实施方式三至二十相同。

具体实施方式二十二：（参见图1）本实施方式运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法按以下步骤进行：一、按运载火箭整流罩用铝合金半环中元素的质量百分比Si：1.2%、Fe：0.7%、Cu：4.5%、Mn：0.8%、Mg：0.4%、Ni：0.1%、Zn：0.3%、Ti：0.1%和Al：91.90%分别称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、纯镁锭、铝镍中间合金、铝锌中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭，然后加入到煤气反射炉中，在760℃条件下熔炼成铝合金熔液，再将铝合金熔液转入电阻反射炉中，经炉内除气、扒渣后再流经导流槽并在线除气后，转入静置炉，静置30min，得到熔炼好的铝合金熔液；二、将经步骤一得到的铝合金熔液依次经过30PPI和50PPI的泡沫陶瓷过滤板过滤后，铸造成铝合金铸锭；三、将经步骤二制得的铝合金铸锭放置在均火炉中，将铝合金铸锭加热至490℃并保温25h，进行均匀化退火处理；四、将经步骤三处理的铝合金铸锭加热至455℃并保温6h后，在455℃温度下，锻造两次，锻造时先镦粗后拔长，每次镦粗和拔长的变形量为80%，得到铝合金锻件；五、将经步骤四得到的铝合金锻件挤压成铝合金型材；六、根据运载火箭整流罩用铝合金半环的最终尺寸和形状设计加工打弯模，然后将经步骤五得到的型材利用3000吨水压机和打弯模进行打弯，得到运载火箭整流罩用铝合金半环半成品；七、将运载火箭整流罩用铝合金半环半成品在温度为500℃，保温时间为2h，冷却水的温度为60℃的条件下进行淬火处理，然后在淬火后3小时内在常温下进行冷压缩变形，使弧长方向的变形量为3.0mm；八、根据运载火箭整流罩用铝合金半环的最终尺寸和形状设计加工矫平模，将经步骤七处理的运载火箭整流罩用铝合金半环半成品利用100吨矫直机和矫平模进行矫平，矫平精度≤3.0mm；九、将经步骤八处理的运载火箭整流罩用铝合金半环半成品在温度为155℃，保温时间为7h的条件下进行时效处理，即得到运载火箭整流罩用铝合金半环；其中步骤五中所述的挤压处理的步骤是：先将铝合金锻件加热至450℃并保温7h，然后将铝合金锻件放置在温度为430℃的φ300mm的挤压机挤压筒内，以8的挤压比将铝合金锻件挤压成铝合金型材。

本实施方式的运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法在熔铸过程中严格控制合金的化学成分，防止裂纹；铸造时采用双级过滤，减少金属内部冶金缺陷如氧化膜、夹渣等；为提高加工塑性，防止出现加工裂纹，铸锭毛料进行均匀化处理，以消除铸锭内残余应力；经过多方锻造和挤压处理后，铝合金锻件内部组织已经充分变形，这种组织保证了锻件的性能；冷压缩处理是在淬火后3小时内进行的，目的是消除淬火后半环内部的淬火应力，减小加过程中半环的尺寸变形。本发明的运载火箭整流罩用铝合金半环的抗拉强度438MPa、断后伸长率7.0%、布氏硬度（HB）140N/mm²，能够满足大型运载火箭的强度要求。

Claims

1.运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法，其特征在于运载火箭整流罩用铝合金半环的制备按以下步骤进行：一、按运载火箭整流罩用铝合金半环中元素的质量百分比Si：0.6%～1.2%、Fe：0.1%～0.7%、Cu：3.9%～4.8%、Mn：0.4%～1.0%、Mg：0.4%～0.8%、Ni：0.05%～0.1%、Zn：0.1%～0.3%、Ti：0.1%～0.15%和Al：90.95%～94.35%分别称取铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、纯镁锭、铝镍中间合金、铝锌中间合金、铝钛中间合金和纯铝锭，然后加入到煤气反射炉中，在740℃～770℃条件下熔炼成铝合金熔液，再将铝合金熔液转入电阻反射炉中，经炉内除气、扒渣后再流经导流槽并在线除气后，转入静置炉，静置15min～30min，得到熔炼好的铝合金熔液；二、将经步骤一得到的铝合金熔液依次经过30PPI和50PPI的泡沫陶瓷过滤板过滤后，铸造成铝合金铸锭；三、将经步骤二制得的铝合金铸锭放置在均火炉中，将铝合金铸锭加热至480℃～500℃并保温20h～30h，进行均匀化退火处理；四、将经步骤三处理的铝合金铸锭加热至450℃～460℃并保温4h～6h后，在450℃～460℃温度下锻造，锻造时先镦粗后拔长，重复两次，每次镦粗和拔长的变形量为75%～90%，得到铝合金锻件；五、将经步骤四得到的铝合金锻件挤压成铝合金型材；六、根据运载火箭整流罩用铝合金半环的最终尺寸和形状设计加工打弯模，然后将经步骤五得到的型材利用3000吨水压机和打弯模进行打弯，得到运载火箭整流罩用铝合金半环半成品；七、将运载火箭整流罩用铝合金半环半成品在温度为490℃～510℃，保温时间为1.5h～2.5h，冷却水的温度为60℃～70℃的条件下进行淬火处理，然后在淬火后3小时内在进行冷压缩变形，使弧长方向的变形量为2mm～4mm；八、根据运载火箭整流罩用铝合金半环的最终尺寸和形状设计加工矫平模，将经步骤七处理的运载火箭整流罩用铝合金半环半成品利用100吨矫直机和矫平模进行矫平，使其矫平精度为≤4mm；九、将经步骤八处理的运载火箭整流罩用铝合金半环半成品进行时效处理，即得到运载火箭整流罩用铝合金半环；其中步骤五中所述的挤压处理的步骤是：先将铝合金锻件加热至420℃～450℃并保温5h～8h，然后将铝合金锻件放置在温度为380℃～450℃的φ300mm的挤压机挤压筒内，以7～9的挤压比将铝合金锻件挤压成铝合金型材；步骤九中所述的时效处理的条件是：温度为150℃～160℃，保温时间为4h～10h。

2.根据权利要求1所述的运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法，其特征在于步骤一中所述的熔炼温度为750℃～760℃。

3.根据权利要求1或2所述的运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法，其特征在于步骤三中将铝合金铸锭加热至485℃～495℃并保温22h～28h，进行均匀化退火处理。

4.根据权利要求1或2所述的运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法，其特征在于步骤四中将铝合金铸锭加热至452℃～458℃并保温4.5h～5.5h后，在452℃～458℃温度下锻造，锻造时先镦粗后拔长，重复两次，每次镦粗和拔长的变形量为78%～85%。

5.根据权利要求1或2所述的运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法，其特征在于步骤七中的淬火条件是温度为495℃～505℃、保温时间为1.8h～2.3h，冷却水的温度为62℃～68℃。

6.根据权利要求1或2所述的运载火箭整流罩用铝合金半环的制备方法，其特征在于步骤七中冷压缩变形使弧长方向的变形量为2.2mm～3.8mm。