CN106222503A - 一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺 - Google Patents

一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铝合金无缝管变截面挤压成型技术领域，具体涉及一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，包括如下步骤：A、根据铝合金原料成分的重量百分比要求，熔制铝合金原料制成铝棒；B、将熔制得到的铝棒去除表皮，加热进行均匀化处理，然后冷却至室温；C、将均匀化处理后的铝棒进行预热处理，同时将变截面钻探杆挤压装置的挤压筒、挤压模具和挤压针进行预热处理，然后将挤压模具取出，装配至挤压机中，取出铝棒，装填至挤压模具的挤压筒进行挤压成型；D、将挤压成型后的铝合金进行热处理，变截面铝合金钻探杆。本发明的挤压工艺通过优化铝合金成分，改变挤压成型条件，使变截面铝合金钻探杆更易成型，再通过热处理达到所需要的机械性能。

Description

一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺
技术领域
本发明涉及铝合金无缝管变截面挤压成型技术领域，具体涉及一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺。
背景技术
铝材是仅次于钢材的第二大金属材料，在近几十年里发展十分迅速，在国民经济和人民生活各领域获得了十分广泛的应用。变截面铝合金钻探杆管材主要特点是能最大限度的满足各种零件的强度和刚度要求，可按等强度来设计各种零部件，节省技术损耗，提高社会效益和经济效益。但由于传统的7075铝合金挤压时压力高、成型性不好，在正常挤型条件下易产生裂纹，品质难以管控，经过热处理也不能达到客户的要求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，该挤压工艺通过优化铝合金成分，改变挤压成型条件，使变截面铝合金钻探杆更易成型，再通过热处理达到所需要的机械性能。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，包括如下步骤：
A、熔制原料：根据铝合金原料成分的重量百分比要求，熔制铝合金原料制成铝棒；
B、均匀化处理：将步骤A熔制得到的铝棒去除表皮，加热进行均匀化处理，然后冷却至室温；
C、挤压成型：将步骤B均匀化处理后的铝棒进行预热处理，同时将变截面钻探杆挤压装置的挤压筒、挤压模具和挤压针进行预热处理，然后将挤压模具取出，装配至挤压机中，取出铝棒，装填至挤压模具的挤压筒进行挤压成型；
D、热处理：将步骤C挤压成型后的铝合金进行热处理，制得变截面铝合金钻探杆。
优选的，所述步骤A中，铝合金的化学成分包括以下重量百分比的元素：Si：0.35%-0.55%，Fe：0.4%-0.6%，Cu：1.5%-1.92%，Mn：0.2%-0.4%，Mg：2.13%-2.75%，Zn：6.1%-6.7%，Cr：0.15%-0.25%，Ti：0.12%-0.32%，其余杂质元素单个≤0.05%，其余杂质元素总和≤0.15%，余量为Al。所述杂质元素为Fe、Si、Cu、Ca、Mg、Zn、V、Pb、Sn、Bi、Sb或Na等元素。
本发明的铝合金的化学成分均为常见合金元素，并无稀土元素或其它贵重金属，其原材料成本较低，且通过严格控制各元素的重量配比，制得的变截面铝合金钻探杆具有良好的挤压性能，热处理后有很高的机械性能。
优选的，所述步骤A中，铝合金的化学成分包括以下重量百分比的元素：Si：0.37%-0.53%，Fe：0.42%-0.58%，Cu：1.52%-1.90%，Mn：0.22%-0.38%，Mg：2.15%-2.73%，Zn：6.2%-6.6%，Cr：0.17%-0.23%，Ti：0.14%-0.30%，其它不可避免的杂质≤0.12%，余量为Al。
优选的，所述步骤A中，铝合金的化学成分包括以下重量百分比的元素：Si：0.40%-0.50%，Fe：0.45%-0.55%，Cu：1.55%-1.87%，Mn：0.25%-0.35%，Mg：2.18%-2.70%，Zn：6.3%-6.5%，Cr：0.19%-0.21%，Ti：0.16%-0.28%，其它不可避免的杂质≤0.08%，余量为Al。
更为优选的，所述步骤A中，铝合金的化学成分包括以下重量百分比的元素：Si：0.45%，Fe：0.50%，Cu：1.71%，Mn：0.30%，Mg：2.44%，Zn：6.4%，Cr：0.20%，Ti：0.22%，其它不可避免的杂质≤0.04%，余量为Al。
本发明中，加入等量的Mn可以使Al8Mg5均匀沉淀，改善铝合金的抗蚀性和焊接性能并能使伸长率达到最大值，有效改善铝合金的挤压性能。
优选的，所述步骤A中，铝合金的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.2-0.6%、Yb：0.1-0.5%、Sn：0.16-0.24％、Sc：0.04-0.08%、Zr：0.02-0.06%、Y：0.01-0.05%、As：0.005-0.009%、Sr：0.004-0.008%、B：0.002-0.006%和Hf：0.001-0.005%。
本发明的铝合金通过采用上述元素，并严格控制各元素的重量配比，制得的铝合金强度较好，耐腐蚀性能优良，还具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。
更为优选的，所述步骤A中，铝合金的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.3-0.5%、Yb：0.2-0.4%、Sn：0.18-0.22％、Sc：0.05-0.07%、Zr：0.03-0.05%、Y：0.02-0.04%、As：0.006-0.008%、Sr：0.005-0.007%、B：0.003-0.005%和Hf：0.002-0.004%。
更为优选的，所述步骤A中，铝合金的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.4%、Yb：0.3%、Sn：0.20％、Sc：0.06%、Zr：0.04%、Y：0.03%、As：0.007%、Sr：0.006%、B：0.004%和Hf：0.003%。
优选的，所述步骤A中，铝合金原料中Zn和Mg的重量比为Zn：Mg=2.7-2.9：1。本发明通过将铝合金原料中Zn和Mg的重量比控制在Zn：Mg=2.7-2.9：1，使得铝合金达到最大的防应力腐蚀开裂抗力。
优选的，所述步骤B中，均匀化处理的温度为400-420℃，时间为6-8h。
均匀化处理作为提高铝合金的冶金质量及挤压性能的手段，目前已经成为了提高铝合金的冶金质量的最重要方法。均匀化处理是利用在高温进行长时间加热，使内部的化学成分充分扩散，因此又称为扩散退火。本发明通过严格控制均匀化处理的温度和时间，可以消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高合金的力学性能，减少残余应力，同时可提高硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。
优选的，所述步骤C中，铝棒的预热处理温度为410-430℃，时间为3-5h。本发明通过严格控制预热处理的温度和时间，使挤压过程正常进行，保证挤压产品的质量。
优选的，所述步骤C中，挤压筒的预热处理温度为430-460℃，挤压模具的预热处理温度为490-510℃，挤压针的预热处理温度为490-510℃，时间为2-4h。
挤压温度是挤压参数中最活跃的因素，它不但影响挤压过程的进行，还影响收得率、产品的质量以及力学性能等。本发明通过严格控制挤压前的挤压装置各部件的预热处理温度和时间，控制挤压速度以肉眼看物件表面无裂纹为准，禁止挤压头涂抹离模剂，利用低温高速挤压成型，使变截面铝合金钻探杆达到较高的挤压性能及其他机械性能。
本发明采用的变截面钻探杆挤压装置包括挤压针和挤压模，挤压模具为具有一个模孔的整体挤压模具，挤压针沿轴向设置有两个工作带，挤压针的第二工作带的外径大于第一工作带的外径；挤压模具的定径带的横断面大于挤压针的第一工作带和第二工作带的横断面，挤压针的第一工作带的外径与挤压模具的定径带之间的间隙用于决定变截面铝合金钻杆管体加厚端的壁厚，挤压针的第二工作带的外径与挤压模具的定径带之间的间隙用于决定变截面铝合金钻杆管体过渡段和管体主体的壁厚；当挤压针的第二工作带与挤压模具的定径带之间的间隙调整为管体过渡段的壁厚时，须挤压针与挤压机的挤压轴同时运动，并具有协调的速度。变截面钻探杆挤压装置与1800T液压双动挤压机配套使用进行挤压成型。
优选的，所述步骤D中，热处理的温度为500-530℃，时间为5-7h。
热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分。本发明通过严格控制热处理的温度和时间，改善工件的内在质量，赋予或改善工件的使用性能。
本发明的有益效果在于：本发明的铝合金的化学成分均为常见合金元素，并无稀土元素或其它贵重金属，其原材料成本较低，且通过严格控制各元素的重量配比，制得的变截面铝合金钻探杆具有良好的挤压性能，热处理后有很高的机械性能。
本发明的铝合金原料中Zn和Mg的重量比为Zn：Mg=2.7-2.9：1，使铝合金达到最大的防应力腐蚀开裂抗力；另外，加入等量的Mn可以使Al8Mg5均匀沉淀，改善铝合金的抗蚀性和焊接性能并能使伸长率达到最大值，有效改善铝合金的挤压性能。
本发明的挤压工艺通过改变铝棒、挤压筒、挤压模具、挤压针的温度，以及挤压速度等挤压成型条件，利用低温高度挤压成型，再经过热处理过程，使变截面铝合金钻探杆达到所需要的机械性能及其他性能。
本发明的挤压工艺通过采用变截面钻探杆挤压装置，该装置的结构简单、使用方便，通过调整挤压针工作带与矫正挤压模定径带的间隙配合，生产出符合要求壁厚的变截面铝合金钻杆管体，从而简化了变截面铝合金钻杆管体的加工流程，使变截面铝合金钻杆管体的制作简单方便，这样不但克服了分流模挤压管材的缺陷，提高了变截面铝合金钻杆管体的生产质量，而且无需对加厚端管体进行二次加工，提高了生产效率和降低了生产成本。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，包括如下步骤：
A、熔制原料：根据铝合金原料成分的重量百分比要求，熔制铝合金原料制成铝棒；
B、均匀化处理：将步骤A熔制得到的铝棒去除表皮，加热进行均匀化处理，然后冷却至室温；
C、挤压成型：将步骤B均匀化处理后的铝棒进行预热处理，同时将变截面钻探杆挤压装置的挤压筒、挤压模具和挤压针进行预热处理，然后将挤压模具取出，装配至挤压机中，取出铝棒，装填至挤压模具的挤压筒进行挤压成型；
D、热处理：将步骤C挤压成型后的铝合金进行热处理，制得变截面铝合金钻探杆。
所述步骤A中，铝合金的化学成分包括以下重量百分比的元素：Si：0.35%，Fe：0.4%，Cu：1.5%，Mn：0.2%，Mg：2.13%，Zn：6.1%，Cr：0.15%，Ti：0.12%，其余杂质元素单个≤0.05%，其余杂质元素总和≤0.15%，余量为Al。
所述步骤B中，均匀化处理的温度为400℃，时间为6h。
所述步骤C中，铝棒的预热处理温度为410℃，时间为3h,挤压筒的预热处理温度为430℃，挤压模具的预热处理温度为490℃，挤压针的预热处理温度为490℃，时间为2h。
所述步骤D中，热处理的温度为500℃，时间为5h。
实施例2
本实施例与上述实施例1的区别在于：
所述步骤A中，铝合金的化学成分包括以下重量百分比的元素：Si：0.40%，Fe：0.45%，Cu：1.6%，Mn：0.25%，Mg：2.25%，Zn：6.2%，Cr：0.18%，Ti：0.17%，其余杂质元素单个≤0.04%，其余杂质元素总和≤0.12%，余量为Al。
所述步骤B中，均匀化处理的温度为405℃，时间为6.5h。
所述步骤C中，铝棒的预热处理温度为415℃，时间为3.5h,挤压筒的预热处理温度为437℃，挤压模具的预热处理温度为495℃，挤压针的预热处理温度为495℃，时间为2.5h。
所述步骤D中，热处理的温度为507℃，时间为5.5h。
实施例3
本实施例与上述实施例1的区别在于：
所述步骤A中，铝合金的化学成分包括以下重量百分比的元素：Si：0.45%，Fe：0.50%，Cu：1.7%，Mn：0.30%，Mg：2.30%，Zn：6.4%，Cr：0.20%，Ti：0.22%，其余杂质元素单个≤0.03%，其余杂质元素总和≤0.09%，余量为Al。
所述步骤B中，均匀化处理的温度为410℃，时间为7h。
所述步骤C中，铝棒的预热处理温度为420℃，时间为4h,挤压筒的预热处理温度为445℃，挤压模具的预热处理温度为500℃，挤压针的预热处理温度为500℃，时间为3h。
所述步骤D中，热处理的温度为515℃，时间为6h。
实施例4
本实施例与上述实施例1的区别在于：
所述步骤A中，铝合金的化学成分包括以下重量百分比的元素：Si：0.50%，Fe：0.55%，Cu：1.8%，Mn：0.35%，Mg：2.40%，Zn：6.6%，Cr：0.22%，Ti：0.27%，其余杂质元素单个≤0.02%，其余杂质元素总和≤0.06%，余量为Al。
所述步骤B中，均匀化处理的温度为415℃，时间为7.5h。
所述步骤C中，铝棒的预热处理温度为425℃，时间为4.5h,挤压筒的预热处理温度为452℃，挤压模具的预热处理温度为505℃，挤压针的预热处理温度为505℃，时间为3.5h。
所述步骤D中，热处理的温度为522℃，时间为6.5h。
实施例5
本实施例与上述实施例1的区别在于：
所述步骤A中，铝合金的化学成分包括以下重量百分比的元素：Si：0.55%，Fe：0.6%，Cu：1.92%，Mn：0.4%，Mg：2.45%，Zn：6.7%，Cr：0.25%，Ti：0.32%，其余杂质元素单个≤0.01%，其余杂质元素总和≤0.03%，余量为Al。
所述步骤B中，均匀化处理的温度为420℃，时间为8h。
所述步骤C中，铝棒的预热处理温度为430℃，时间为5h,挤压筒的预热处理温度为460℃，挤压模具的预热处理温度为510℃，挤压针的预热处理温度为510℃，时间为4h。
所述步骤D中，热处理的温度为530℃，时间为7h。
实施例6
本实施例与上述实施例1的不同之处在于：
所述步骤A中，铝合金的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.2%、Yb：0.1%、Sn：0.16％、Sc：0.04%、Zr：0.02%、Y：0.01%、As：0.005%、Sr：0.004%、B：0.002%和Hf：0.001%。
实施例7
本实施例与上述实施例2的不同之处在于：
所述步骤A中，铝合金的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.3%、Yb：0.2%、Sn：0.18％、Sc：0.05%、Zr：0.03%、Y：0.02%、As：0.006%、Sr：0.005%、B：0.003%和Hf：0.002%。
实施例8
本实施例与上述实施例3的不同之处在于：所述步骤A中，铝合金的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.4%、Yb：0.3%、Sn：0.20％、Sc：0.06%、Zr：0.04%、Y：0.03%、As：0.007%、Sr：0.006%、B：0.004%和Hf：0.003%。
实施例9
本实施例与上述实施例4的不同之处在于：所述步骤A中，铝合金的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.5%、Yb：0.4%、Sn：0.22％、Sc：0.07%、Zr：0.05%、Y：0.04%、As：0.008%、Sr：0.007%、B：0.005%和Hf：0.004%。
实施例10
本实施例与上述实施例5的不同之处在于：所述步骤A中，铝合金的化学成分还包括如下重量百分比的元素：W：0.6%、Yb：0.5%、Sn：0.24％、Sc：0.08%、Zr：0.06%、Y：0.05%、As：0.009%、Sr：0.008%、B：0.006%和Hf：0.005%。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：包括如下步骤：
A、熔制原料：根据铝合金原料成分的重量百分比要求，熔制铝合金原料制成铝棒；
B、均匀化处理：将步骤A熔制得到的铝棒去除表皮，加热进行均匀化处理，然后冷却至室温；
C、挤压成型：将步骤B均匀化处理后的铝棒进行预热处理，同时将变截面钻探杆挤压装置的挤压筒、挤压模具和挤压针进行预热处理，然后将挤压模具取出，装配至挤压机中，取出铝棒，装填至挤压模具的挤压筒进行挤压成型；
D、热处理：将步骤C挤压成型后的铝合金进行热处理，制得变截面铝合金钻探杆。
2.根据权利要求1所述的一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：所述步骤A中，铝合金的化学成分由以下重量百分比的元素组成：Si：0.35%-0.55%，Fe：0.4%-0.6%，Cu：1.5%-1.92%，Mn：0.2%-0.4%，Mg：2.13%-2.75%，Zn：6.1%-6.7%，Cr：0.15%-0.25%，Ti：0.12%-0.32%，其余杂质元素单个≤0.05%，其余杂质元素总和≤0.15%，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：所述步骤A中，铝合金的化学成分由以下重量百分比的元素组成：Si：0.37%-0.53%，Fe：0.42%-0.58%，Cu：1.52%-1.90%，Mn：0.22%-0.38%，Mg：2.15%-2.73%，Zn：6.2%-6.6%，Cr：0.17%-0.23%，Ti：0.14%-0.30%，其余杂质元素单个≤0.04%，其余杂质元素总和≤0.12%，余量为Al。
4.根据权利要求1所述的一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：所述步骤A中，铝合金的化学成分由以下重量百分比的元素组成：Si：0.40%-0.50%，Fe：0.45%-0.55%，Cu：1.55%-1.87%，Mn：0.25%-0.35%，Mg：2.18%-2.70%，Zn：6.3%-6.5%，Cr：0.19%-0.21%，Ti：0.16%-0.28%，其余杂质元素单个≤0.03%，其余杂质元素总和≤0.09%，余量为Al。
5.根据权利要求1所述的一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：所述步骤A中，铝合金的化学成分由以下重量百分比的元素组成：Si：0.45%，Fe：0.50%，Cu：1.71%，Mn：0.30%，Mg：2.44%，Zn：6.4%，Cr：0.20%，Ti：0.22%，其余杂质元素单个≤0.02%，其余杂质元素总和≤0.06%，余量为Al。
6.根据权利要求1所述的一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：所述步骤A中，铝合金原料中Zn和Mg的重量比为Zn：Mg=2.7-2.9：1。
7.根据权利要求1所述的一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：所述步骤B中，均匀化处理的温度为400-420℃，时间为6-8h。
8.根据权利要求1所述的一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：所述步骤C中，铝棒的预热处理温度为410-430℃，时间为3-5h。
9.根据权利要求1所述的一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：所述步骤C中，挤压筒的预热处理温度为430-460℃，挤压模具的预热处理温度为490-510℃，挤压针的预热处理温度为490-510℃，时间为2-4h。
10.根据权利要求1所述的一种变截面铝合金钻探杆的挤压工艺，其特征在于：所述步骤D中，热处理的温度为500-530℃，时间为5-7h。
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