CN102330004A - 一种铝合金模锻件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
针对现在的7系铝合金存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率小的问题，本发明提供一种铝合金模锻件的制造方法，依次按以下步骤进行：本发明的制造方法依次包括一、原材料配比、熔炼、铸造；二、均匀化退火；三、模锻；四、淬火；五、时效步骤。所述方法制造的铝合金模锻件，通过铝合金中元素含量比的严格控制和合理的热处理工艺制定，使铝合金模锻件的抗拉强度大于640MPa、屈服强度大于600MPa、延伸率大于5%，本发明的方法使铝合金微观组织均匀、细化，并获得了良好的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金模锻件的制造方法。
背景技术
Al-8.5Zn-2.5Mg-2.2Cu合金（属于7xxx 系合金）具有比强度高、加工性能好、抗腐蚀性能、高韧性、抗蠕变、耐腐蚀等优良的综合性能较好等优点，被广泛应用于各种飞机的机身、蒙皮、机翼梁、桁条以及飞机和火箭中的高强度结构零件等的制造，是航空航天领域中不可缺少的重要结构材料。
对于7系高强高韧铝合金，其铸造难度较其它铝合金来说要高，DC（Direct Chilling Casting）铸造的发明大大推动了铝合金加工技术的发展。此后，除了采用铸轧和带式连铸生产薄板坯之外，几乎所有用于压力加工的铝合金锭坯，都采用DC铸造技术制备。
铝合金的锭坯通常都采用立式DC铸造，为提高生产率，均采用多根连铸。但是立式连铸圆铸锭通常的直径都在F100mm以上[周家荣，铝合金熔铸问答[M]，北京，冶金工业出版社，1987，177]，小于这个尺寸的铸锭，铸造起来极其困难，所以大多企业都铸成直径较大的铸锭，挤压后再加工[王原库；李长宝，二次挤压管坯料生产的改进，轻合金加工技术，1987，No.10，11-15]。这样无疑增加了加工工序和加工成本，更为重要的是：对于力学性能要求较高的制品，很难达到性能指标的要求。
采用水平连铸也可以生产直径较小的铸锭，如直径为50-100mm。但是水平连铸的铸造速度低，一次只能生产几根，不可能实现多根（如6根以上）同时生产，同时需要随动锯等机构，因此生产率不高[小田岛康秀；藤井理史；柳本茂，水平连续铸造铝合金杆以及用于制造该杆的方法和设备，中国专利申请号200480014480]。
现有技术的7系铝合金还存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率小的问题。
发明内容
针对现在的7系铝合金存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率小的问题，本发明提供一种铝合金模锻件的制造方法，可较好地解决上述问题。
所述目的是通过如下方案实现的：
一种铝合金模锻件的制造方法，依次按以下步骤进行：
一、按照Al-8.5Zn-2.5Mg-2.2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.0-2.6%， Mn≤0.10%，Mg：2.3-3.0%，Cr≤0.05%，Zn：8.0-9.0%，Ti≤0.03%，Zr：0.10-0.20%，Be：0.0002-0.002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，其余为Al，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700℃～750℃的条件下熔炼5～6h，然后按熔炼炉中金属质量的0.5%～0.6%加入覆盖剂，在700℃～750℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31～33.5﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以830-860mm/min的速度***流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中；铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80—90；
四、在温度为690℃～720℃、水压为0.03～0.10MPa、速度为140～200mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金圆铸锭；
五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成锻造坯料；
六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到465℃～475℃、保温20h～25h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至350℃～380℃并保温2h，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；
八、将步骤七得到的模锻件在温度为465℃～475℃、保温时间为0.5h～1.5h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
九、将步骤八得到的模锻件在温度为125℃～135℃、保温时间为14h～18h条件下时效。
步骤二中所述的覆盖剂是2号熔剂，按质量百分比由50%KCl和50% NaCl混合而成。
步骤四所述铝合金圆铸锭的直径为65—75mm。
步骤五中的锻造坯料规格为φ58～62mm×78～82mm。
步骤八中模锻件在温度为470℃、保温时间为1h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火。冷却液的配制为聚乙二醇：水=1-2：5。
步骤九中模锻件在温度为130℃、保温时间为16h的条件下时效。
优选方案为，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.1%， Mn≤0.10%，Mg：2.9%，Cr≤0.05%，Zn：8.5%，Ti≤0.03%，Zr：0.15%，Be：0.0018%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
优选方案为，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.5%， Mn≤0.10%，Mg：2.4%，Cr≤0.05%，Zn：8.2%，Ti≤0.03%，Zr：0.18%，Be：0.0003%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
优选方案为，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.3%， Mn≤0.10%，Mg：2.6%，Cr≤0.05%，Zn：8.8%，Ti≤0.03%，Zr：0.11%，Be：0.001%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
本发明所述方法制造的铝合金模锻件，通过铝合金中元素含量比的严格控制和合理的热处理工艺制定，使铝合金模锻件的抗拉强度大于640MPa、屈服强度大于600MPa、延伸率大于5%，本发明的方法使铝合金微观组织均匀、细化，并获得了良好的综合性能。
具体实施方式：
下面详细阐述本发明优选的实施方式。
实施例一：
一种铝合金模锻件的制造方法，依次按以下步骤进行：
一、按照Al-8.5Zn-2.5Mg-2.2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.0%， Mn≤0.10%，Mg：3.0%，Cr≤0.05%，Zn：8.5%，Ti≤0.03%，Zr：0.20%，Be：0.0002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，其余为Al，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700℃的条件下熔炼5.5h，然后按熔炼炉中金属质量的0.5%加入2号熔剂，所述2号熔剂按质量百分比由50%KCl和50% NaCl混合而成。在720℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以830mm/min的速度***流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80～90；
四、在温度为710℃、水压为0.03MPa、速度为130—150mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成直径为65—75mm的铝合金圆铸锭；
五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成φ58～62mm×78～82mm的锻造坯料；
六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到465℃、保温20h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至375℃并保温2h，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；
八、将步骤七得到的模锻件在温度为470℃、保温时间为0.5h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；冷却液的配制为，以体积比计，聚乙二醇：水=1-2：5。
九、将步骤八得到的模锻件在温度为130℃、保温时间为16h条件下时效。
实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为650MPa、屈服强度为620MPa、延伸率为8%。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别点在于，它依次按以下步骤进行：
一、按照Al-8.5Zn-2.5Mg-2.2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.6%， Mn≤0.10%，Mg：2.3%，Cr≤0.05%，Zn：9.0%，Ti≤0.03%，Zr：0.10%，Be：0.001%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，其余为Al，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在750℃的条件下熔炼6h，然后按熔炼炉中金属质量的0.6%加入覆盖剂，在750℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为33.5﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以860mm/min的速度***流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80～90；
四、在温度为720℃、水压为0.05MPa、速度为170—190mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金圆铸锭；
五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成锻造坯料，坯料规格为φ58～62mm×78～82mm；
六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到470℃、保温25h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至350℃并保温2h，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；
八、将步骤七得到的模锻件在温度为465℃、保温时间为1h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
九、将步骤八得到的模锻件在温度为125℃、保温时间为18h条件下时效。
实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为660MPa、屈服强度为630MPa、延伸率为5.5%。
实施例三：
本实施例与实施例一的区别点在于，它依次按以下步骤进行：
一、按照Al-8.5Zn-2.5Mg-2.2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.2%， Mn≤0.10%，Mg：2.6%，Cr≤0.05%，Zn：8.0%，Ti≤0.03%，Zr：0.15%，Be：0.002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，其余为Al，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在725℃的条件下熔炼5h，然后按熔炼炉中金属质量的0.55%加入覆盖剂，在700℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为32﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以840mm/min的速度***流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80～90；
四、在温度为690℃、水压为0.10MPa、速度为200mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金圆铸锭；
五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成锻造坯料；坯料规格为φ58～62mm×78～82mm。
六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到475℃、保温23h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至380℃并保温2h，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；
八、将步骤七得到的模锻件在温度为475℃、保温时间为1.5h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
九、将步骤八得到的模锻件在温度为135℃、保温时间为14h条件下时效。
实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为670MPa、屈服强度为640MPa、延伸率为8.3%。
实施例四
本实施例与实施例一的区别点仅在于，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.1%， Mn≤0.10%，Mg：2.9%，Cr≤0.05%，Zn：8.5%，Ti≤0.03%，Zr：0.15%，Be：0.0018%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为655MPa、屈服强度为635MPa、延伸率为7.6%。
实施例五
本实施例与实施例一的区别点仅在于，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.5%， Mn≤0.10%，Mg：2.4%，Cr≤0.05%，Zn：8.2%，Ti≤0.03%，Zr：0.18%，Be：0.0003%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为667MPa、屈服强度为642MPa、延伸率为6.8%。
实施例六
本实施例与实施例一的区别点仅在于，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.3%， Mn≤0.10%，Mg：2.6%，Cr≤0.05%，Zn：8.8%，Ti≤0.03%，Zr：0.11%，Be：0.001%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
实验证明，本实施例所述铝合金模锻件的抗拉强度为648MPa、屈服强度为629MPa、延伸率为6.2%。
上述实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要是没有超出本专利的精神实质，都示为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铝合金模锻件的制造方法，其特征在于依次按以下步骤进行：
一、按照Al-8.5Zn-2.5Mg-2.2Cu合金模锻件中元素质量百分比Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.0-2.6%， Mn≤0.10%，Mg：2.3-3.0%，Cr≤0.05%，Zn：8.0-9.0%，Ti≤0.03%，Zr：0.10-0.20%，Be：0.0002-0.002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，其余为Al，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700℃～750℃的条件下熔炼5～6h，然后按熔炼炉中金属质量的0.5%～0.6%加入覆盖剂，在700℃～750℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31～33.5﹕1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以830—860mm/min的速度***流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80～90；
四、在温度为690℃～720℃、水压为0.03～0.10MPa、速度为140～200mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金圆铸锭；
五、将步骤四得到的圆铸锭车皮、锯切成锻造坯料；
六、将步骤五得到的铝合金圆铸锭加热到465℃～475℃、保温20h～25h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金圆铸锭加热至350℃～380℃并保温2h，然后将铝合金圆铸锭放置在模锻机上锻造成模锻件半成品；
八、将步骤七得到的模锻件在温度为465℃～475℃、保温时间为0.5h～1.5h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
九、将步骤八得到的模锻件在温度为125℃～135℃、保温时间为14h～18h条件下时效。
2.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤二中所述的覆盖剂是2号熔剂，按质量百分比由50%KCl和50% NaCl混合而成。
3.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤四所述铝合金圆铸锭的直径为65—75mm。
4.根据权利要求3所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤五中的锻造坯料规格为φ58—62mm×78—82mm。
5.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤八中冷却液的配制为聚乙二醇：水=1-2：5。
6.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤八中模锻件在温度为470℃、保温时间为1h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火。
7.根据权利要求1所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于步骤九中模锻件在温度为130℃、保温时间为16h的条件下时效。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.1%， Mn≤0.10%，Mg：2.9%，Cr≤0.05%，Zn：8.5%，Ti≤0.03%，Zr：0.15%，Be：0.0018%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.5%， Mn≤0.10%，Mg：2.4%，Cr≤0.05%，Zn：8.2%，Ti≤0.03%，Zr：0.18%，Be：0.0003%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
10.根据权利要求1-7任意一项所述的铝合金模锻件的制造方法，其特征在于按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0. 25%，Cu：2.3%， Mn≤0.10%，Mg：2.6%，Cr≤0.05%，Zn：8.8%，Ti≤0.03%，Zr：0.11%，Be：0.001%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
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