CN103898378A - 高镁铝合金冷拉棒材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
高镁铝合金冷拉棒材及其制造方法，本发明涉及一种铝合金棒材及其制造方法，它要解决现有镁铝合金棒材抗拉强度低和塑性差的问题。该高镁铝合金棒材由Mg：9.2%～10.4%、Mn：0.5%～0.7%、Ti：0.05%～0.10%、Fe：≤0.3%、Si：≤0.3%、Zn：≤0.15%、Cu：≤0.05%、Ni：≤0.08%和余量为Al的熔炼原料制成。制造过程：一、熔炼原料；二、铸造成棒；三、切断；四、车去氧化皮；五、均匀化退火；六、铸锭加热；七、镦粗；八、挤压；九、中间退火；十、冷拉。制备得到的高镁铝合金冷拉棒材抗拉强度达到410～420MPa，延伸率≥12%，适合于航空航天用产品的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金棒材及其制造方法。
背景技术
镁铝合金是热处理不可强化合金，具有中等强度，加工性能与耐蚀性能优良，广泛应用于航空、航天、船舶等领域。镁铝合金的抗拉强度随着镁含量的增加而增大，但其耐蚀性能和塑性下降。现有镁含量≥8%的高镁铝合金棒材的制备过程一般是：一、高镁铝合金熔液制备；二、铸造合金铸棒；三、铸棒切断；四、铸锭车皮；五、均匀化退火；六、铸锭加热；七、挤压；八、矫直；九、锯切；十、组织、性能检查验收，得到的高镁合金棒材的尺寸精度为±0.30，晶粒度4级，材料的抗拉强度为320MPa～360MPa，延伸率为5%～8%，抗拉强度较低，力学性能波动范围大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有镁铝合金棒材抗拉强度低和塑性差的问题，而提供高镁铝合金冷拉棒材及其制造方法。
本发明高镁铝合金冷拉棒材由质量百分比为Mg：9.2%～10.4%、Mn：0.5%～0.7%、Ti：0.05%～0.10%、Fe：≤0.3%、Si：≤0.3%、Zn：≤0.15%、Cu：≤0.05%、Ni：≤0.08%和余量为Al的熔炼原料制成。
本发明高镁铝合金冷拉棒材的制备方法按下列步骤实现：
一、按质量百分比为Mg：9.2%～10.4%、Mn：0.5%～0.7%、Ti：0.05%～0.10%、Fe：≤0.3%、Si：≤0.3%、Zn：≤0.15%、Cu：≤0.05%、Ni：≤0.08%和余量的Al，称取镁锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝锌中间合金、铜锭、铝镍中间合金和铝锭作为熔炼原料，然后将熔炼原料加入到熔炼炉中，在730℃～760℃的条件下熔炼3.5h～5h，得到铝合金熔液；
二、将步骤一制得的铝合金熔液在铸造温度为720℃～750℃，铸造速度为75mm/min～80mm/min，冷却水强度为0.05MPa～0.15MPa和冷却水温度为10℃～20℃的条件下铸造成直径为156mm～160mm的铸棒；
三、将步骤二的铸棒切断，得到铸棒段；
四、车去步骤三铸棒段表面的铸造氧化皮，得到直径为146mm～150mm的高镁铝合金铸锭；
五、将步骤四得到的高镁铝合金铸锭置于退火炉中进行均匀化退火，得到退火后的高镁铝合金铸锭；
六、把退火后的高镁铝合金铸锭再放入加热炉中将高镁铝合金铸锭加热至380℃～430℃，得到加热后的高镁铝合金铸锭；
七、将加热后的高镁铝合金铸锭放入到挤压机的挤压筒中进行镦粗，得到镦粗的铝合金铸锭；
八、将镦粗的铝合金铸锭在压力为680MPa～860MPa，温度为400℃～450℃的条件下进行挤压，制得铝合金棒材；
九、将步骤八制得的铝合金棒材置于电阻加热炉中进行中间退火，保温1.5h～3h，然后以低于30℃/h的降温速度冷却至270℃以下，最后出炉空冷至室温放到碾头机上碾头处理，得到碾头后的铝合金棒材；
十、将碾头后的铝合金棒材在变形率为25%～30%的条件下进行冷拉，然后利用辊式矫直机进行矫直后锯切，得到高镁铝合金冷拉棒材。
本发明的高镁铝合金冷拉棒材中镁含量高达9.2～10.4%，在冷拉过程中，合金中的主要强化相Mg5Al8沿拉伸方向破碎后逐渐分离，得到细小、弥散分布的颗粒，同时，Mg5Al8颗粒能有效阻止α-Mg晶界迁移，抑制晶粒长大。此外，基体在冷拉过程中发生动态再结晶形成细小等轴晶，从而明显地改善了棒材的力学性能，使其抗拉强度达到410～420MPa，延伸率≥12%；制备的高镁铝合金冷拉棒材表面质量好，尺寸精度在±0.03范围，晶粒度8级，适合于航空航天用产品的要求。
附图说明
图1是实施例一制备的高镁铝合金冷拉棒材的金相组织照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式高镁铝合金冷拉棒材由质量百分比为Mg：9.2%～10.4%、Mn：0.5%～0.7%、Ti：0.05%～0.10%、Fe：≤0.3%、Si：≤0.3%、Zn：≤0.15%、Cu：≤0.05%、Ni：≤0.08%和余量为Al的熔炼原料制成。
本实施方式高镁铝合金棒材中的杂质合计≤0.15%，此范围内的杂质对高镁铝合金冷拉棒材的性能没有影响。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是高镁铝合金冷拉棒材由质量百分比为Mg：9.5%～10.2%、Mn：0.55%～0.65%、Ti：0.06%～0.09%、Fe：0.1%～0.25%、Si：0.1%～0.25%、Zn：0.06%～0.12%、Cu：0.02%～0.04%、Ni：0.04%～0.07%和余量为Al的熔炼原料制成。
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高镁铝合金冷拉棒材由质量百分比为Mg：9.9%、Mn：0.6%、Ti：0.08%、Fe：0.2%、Si：0.2%、Zn：0.1%、Cu：0.04%、Ni：0.06%和余量为Al的熔炼原料制成。
具体实施方式四：本实施方式高镁铝合金冷拉棒材的制备方法按下列步骤实施：
一、按质量百分比为Mg：9.2%～10.4%、Mn：0.5%～0.7%、Ti：0.05%～0.10%、Fe：≤0.3%、Si：≤0.3%、Zn：≤0.15%、Cu：≤0.05%、Ni：≤0.08%和余量的Al，称取镁锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝锌中间合金、铜锭、铝镍中间合金和铝锭作为熔炼原料，然后将熔炼原料加入到熔炼炉中，在730℃～760℃的条件下熔炼3.5h～5h，得到铝合金熔液；
二、将步骤一制得的铝合金熔液在铸造温度为720℃～750℃，铸造速度为75mm/min～80mm/min，冷却水强度为0.05MPa～0.15MPa和冷却水温度为10℃～20℃的条件下铸造成直径为156mm～160mm的铸棒；
三、将步骤二的铸棒切断，得到铸棒段；
四、车去步骤三铸棒段表面的铸造氧化皮，得到直径为146mm～150mm的高镁铝合金铸锭；
五、将步骤四得到的高镁铝合金铸锭置于退火炉中进行均匀化退火，得到退火后的高镁铝合金铸锭；
六、把退火后的高镁铝合金铸锭再放入加热炉中将高镁铝合金铸锭加热至380℃～430℃，得到加热后的高镁铝合金铸锭；
七、将加热后的高镁铝合金铸锭放入到挤压机的挤压筒中进行镦粗，得到镦粗的铝合金铸锭；
八、将镦粗的铝合金铸锭在压力为680MPa～860MPa，温度为400℃～450℃的条件下进行挤压，制得铝合金棒材；
九、将步骤八制得的铝合金棒材置于电阻加热炉中进行中间退火，保温1.5h～3h，然后以低于30℃/h的降温速度冷却至270℃以下，最后出炉空冷至室温放到碾头机上碾头处理，得到碾头后的铝合金棒材；
十、将碾头后的铝合金棒材在变形率为25%～30%的条件下进行冷拉，然后利用辊式矫直机进行矫直后锯切，得到高镁铝合金冷拉棒材。
本实施方式步骤十的冷拉是在减径拉伸模具中完成的。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤二在铸造温度为730℃，铸造速度为78mm/min，冷却水强度为0.01MPa和冷却水温度为15℃的条件下铸造。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是步骤三铸棒段的长度为530mm～535mm。其它步骤及参数与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是步骤五中退火的温度为490℃～510℃，保温时间为46～50h。其它步骤及参数与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是步骤六将高镁铝合金铸锭加热至400℃。其它步骤及参数与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是步骤七是在压力为300MPa～350MPa的条件下进行镦粗。其它步骤及参数与具体实施方式四至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是步骤七镦粗的铝合金铸锭的直径为168mm～170mm。其它步骤及参数与具体实施方式四至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式四至十之一不同的是步骤九中间退火的温度为420℃～440℃。其它步骤及参数与具体实施方式四至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式四至十一之一不同的是步骤十在变形率为27.5%的条件下进行冷拉。其它步骤及参数与具体实施方式四至十一之一相同。
实施例一：本实施例高镁铝合金冷拉棒材的制备方法按下列步骤实施：
一、按质量百分比为Mg：9.9%、Mn：0.6%、Ti：0.08%、Fe：0.2%、Si：0.2%、Zn：0.1%、Cu：0.04%、Ni：0.06%和余量的Al，称取镁锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝锌中间合金、铜锭、铝镍中间合金和铝锭作为熔炼原料，然后将熔炼原料加入到熔炼炉中，在750℃的条件下熔炼4h，得到铝合金熔液；
二、将步骤一制得的铝合金熔液在铸造温度为730℃，铸造速度为76mm/min，冷却水强度为0.12MPa和冷却水温度为15℃的条件下铸造成直径为160mm的铸棒；
三、将步骤二的铸棒切断，得到长度为530mm的铸棒段；
四、车去步骤三铸棒段表面的铸造氧化皮，得到直径为150mm的高镁铝合金铸锭；
五、将步骤四得到的高镁铝合金铸锭置于退火炉中在500℃下均匀化退火48h，得到退火后的高镁铝合金铸锭；
六、把退火后的高镁铝合金铸锭再放入加热炉中将高镁铝合金铸锭加热至410℃，得到加热后的高镁铝合金铸锭；
七、将加热后的高镁铝合金铸锭放入到挤压机的挤压筒中在350MPa下进行镦粗，得到直径为170mm镦粗的铝合金铸锭；
八、将镦粗的铝合金铸锭在压力为750MPa，温度为420℃的条件下进行挤压，制得铝合金棒材；
九、将步骤八制得的铝合金棒材置于电阻加热炉中在430℃下进行中间退火，保温2.5h，然后以25℃/h的降温速度冷却至230℃，最后出炉空冷至室温放到碾头机上碾头处理，得到碾头后的铝合金棒材；
十、将碾头后的铝合金棒材在变形率为26%的条件下进行冷拉，然后利用辊式矫直机进行矫直后锯切，得到高镁铝合金冷拉棒材。
本实施例制备的高镁铝合金冷拉棒材中镁含量高达9.9%，成分配比合理，尺寸精度高，晶粒细小均匀，晶粒度为8级。棒材表面质量好，无划痕，成品率为65%，力学性能稳定，性能测试按GB/T228-2010执行，其抗拉强度为418MPa，延伸率为16%。
实施例二：本实施例高镁铝合金冷拉棒材的制备方法按下列步骤实施：
一、按质量百分比为Mg：10.1%、Mn：0.65%、Ti：0.09%、Fe：0.25%、Si：0.25%、Zn：0.1%、Cu：0.04%、Ni：0.07%和余量的Al，称取镁锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝锌中间合金、铜锭、铝镍中间合金和铝锭作为熔炼原料，然后将熔炼原料加入到熔炼炉中，在750℃的条件下熔炼4.5h，得到铝合金熔液；
二、将步骤一制得的铝合金熔液在铸造温度为740℃，铸造速度为78mm/min，冷却水强度为0.12MPa和冷却水温度为15℃的条件下铸造成直径为158mm的铸棒；
三、将步骤二的铸棒切断，得到长度为535mm的铸棒段；
四、车去步骤三铸棒段表面的铸造氧化皮，得到直径为148mm的高镁铝合金铸锭；
五、将步骤四得到的高镁铝合金铸锭置于退火炉中在510℃下均匀化退火48h，得到退火后的高镁铝合金铸锭；
六、把退火后的高镁铝合金铸锭再放入加热炉中将高镁铝合金铸锭加热至420℃，得到加热后的高镁铝合金铸锭；
七、将加热后的高镁铝合金铸锭放入到挤压机的挤压筒中在350MPa下进行镦粗，得到直径为170mm镦粗的铝合金铸锭；
八、将镦粗的铝合金铸锭在压力为760MPa，温度为430℃的条件下进行挤压，制得铝合金棒材；
九、将步骤八制得的铝合金棒材置于电阻加热炉中在430℃下进行中间退火，保温2.7h，然后以28℃/h的降温速度冷却至240℃，最后出炉空冷至室温放到碾头机上碾头处理，得到碾头后的铝合金棒材；
十、将碾头后的铝合金棒材在变形率为25%的条件下进行冷拉，然后利用辊式矫直机进行矫直后锯切，得到高镁铝合金冷拉棒材。
本实施例制备的高镁铝合金冷拉棒材中镁含量高达10.1%，成分配比合理，尺寸精度高，晶粒细小均匀，晶粒度为8级。棒材表面质量好，无划痕，成品率为66%，力学性能稳定，其抗拉强度为425MPa，延伸率为15%。
Claims (9)
1.高镁铝合金冷拉棒材，其特征在于该高镁铝合金冷拉棒材由质量百分比为Mg：9.2%～10.4%、Mn：0.5%～0.7%、Ti：0.05%～0.10%、Fe：≤0.3%、Si：≤0.3%、Zn：≤0.15%、Cu：≤0.05%、Ni：≤0.08%和余量为Al的熔炼原料制成。
2.根据权利要求1所述的高镁铝合金冷拉棒材，其特征在于该高镁铝合金冷拉棒材由质量百分比为Mg：9.5%～10.2%、Mn：0.55%～0.65%、Ti：0.06%～0.09%、Fe：0.1%～0.25%、Si：0.1%～0.25%、Zn：0.06%～0.12%、Cu：0.02%～0.04%、Ni：0.04%～0.07%和余量为Al的熔炼原料制成。
3.高镁铝合金冷拉棒材的制备方法，其特征在于是按下列步骤实施：
一、按质量百分比为Mg：9.2%～10.4%、Mn：0.5%～0.7%、Ti：0.05%～0.10%、Fe：≤0.3%、Si：≤0.3%、Zn：≤0.15%、Cu：≤0.05%、Ni：≤0.08%和余量的Al，称取镁锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝锌中间合金、铜锭、铝镍中间合金和铝锭作为熔炼原料，然后将熔炼原料加入到熔炼炉中，在730℃～760℃的条件下熔炼3.5h～5h，得到铝合金熔液；
二、将步骤一制得的铝合金熔液在铸造温度为720℃～750℃，铸造速度为75mm/min～80mm/min，冷却水强度为0.05MPa～0.15MPa和冷却水温度为10℃～20℃的条件下铸造成直径为156mm～160mm的铸棒；
三、将步骤二的铸棒切断，得到铸棒段；
四、车去步骤三铸棒段表面的铸造氧化皮，得到直径为146mm～150mm的高镁铝合金铸锭；
五、将步骤四得到的高镁铝合金铸锭置于退火炉中进行均匀化退火，得到退火后的高镁铝合金铸锭；
六、把退火后的高镁铝合金铸锭再放入加热炉中将高镁铝合金铸锭加热至380℃～430℃，得到加热后的高镁铝合金铸锭；
七、将加热后的高镁铝合金铸锭放入到挤压机的挤压筒中进行镦粗，得到镦粗的铝合金铸锭；
八、将镦粗的铝合金铸锭在压力为680MPa～860MPa，温度为400℃～450℃的条件下进行挤压，制得铝合金棒材；
九、将步骤八制得的铝合金棒材置于电阻加热炉中进行中间退火，保温1.5h～3h，然后以低于30℃/h的降温速度冷却至270℃以下，最后出炉空冷至室温放到碾头机上碾头处理，得到碾头后的铝合金棒材；
十、将碾头后的铝合金棒材在变形率为25%～30%的条件下进行冷拉，然后利用辊式矫直机进行矫直后锯切，得到高镁铝合金冷拉棒材。
4.根据权利要求3所述的高镁铝合金冷拉棒材的制备方法，其特征在于步骤二在铸造温度为730℃，铸造速度为78mm/min，冷却水强度为0.01MPa和冷却水温度为15℃的条件下铸造。
5.根据权利要求3所述的高镁铝合金冷拉棒材的制备方法，其特征在于步骤三铸棒段的长度为530mm～535mm。
6.根据权利要求3所述的高镁铝合金冷拉棒材的制备方法，其特征在于步骤五中退火的温度为490℃～510℃，保温时间为46～50h。
7.根据权利要求3所述的高镁铝合金冷拉棒材的制备方法，其特征在于步骤七是在压力为300MPa～350MPa的条件下进行镦粗。
8.根据权利要求3所述的高镁铝合金冷拉棒材的制备方法，其特征在于步骤七镦粗的铝合金铸锭的直径为168mm～170mm。
9.根据权利要求3所述的高镁铝合金冷拉棒材的制备方法，其特征在于步骤九中间退火的温度为420℃～440℃。
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