CN110952010A - 一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,本发明涉及铝合金板材制造领域。本发明要解决现有2219C10SYU板材,力学性能偏低的技术问题。方法:将原料熔炼,得到铝合金溶液;采用半连续铸造法制成铝合金铸锭;均匀化退火处理;铣去氧化膜,进行轧制;固溶淬火;矫直拉伸;冷加工;二次矫直;时效。本发明生产的板材厚度均匀、表面光洁、平整好,并保证性能指标稳定在:抗拉强度≥450MPa,屈服强度≥440MPa,延伸率6.7%~8.5%,可应用于飞机短舱零件、火箭槽体等航空航天领域。本发明用于制备火箭槽体用耐高温铝合金板材。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金板材制造领域。
背景技术
2219铝合金是Al-Cu-Mn系典型合金,因其具有较高的室温强度、优异的高温持久强度和焊接性能,常用于火箭槽体材料。该合金通过适当的热轧、冷加工以及热处理,可使该合金得到优良的性能。目前,厚度为7mm~10mm的2219C10SYU状态板材,抗拉强度等机械性能指标低于相关领域的使用要求,同时也低于国外同种类型产品10MPa~20MPa。为满足客户要求,缩小与国外同种产品的性能指标差异,需要结合实际生产,对冷加工和热处理工艺制度进行新的改进,生产出性能指标满足火箭槽体使用的板材。
发明内容
本发明要解决现有2219C10SYU板材,力学性能偏低的技术问题,而提供一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法。
一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,具体按以下步骤进行:
一、按元素的质量百分比为Si:0.10%~0.18%、Fe:<0.30%、Cu:6.40~6.70%、Mn:0.30%~0.40%、Mg:<0.20%、Zn:<0.10%、Ti:0.03%~0.06%、Zr:0.12%~0.18%、V:0.05%~0.12%和余量为Al称取电解铜、纯铝、Zr复合盐以及中间合金作为原料,将称取的原料放入干燥的熔炼炉中,在温度为760℃~790℃的条件下熔炼4h~5h,得到铝合金熔液;
二、采用半连续铸造法将步骤一得到的铝合金熔液制成铝合金铸锭;
所述半连续铸造法工艺为:铸造温度为740~770℃,铸造速度为20~25mm/min,冷却水强度为0.10~0.15MPa,冷却水温度为10~20℃;
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入台车式加热炉进行均匀化退火处理,得到均匀化退火处理的铝合金铸锭;
所述均匀化退火处理工艺为:将铝合金铸锭加热至520~530℃,然后保温23~25h,然后出炉;
四、将步骤三均均匀化退火处理的铝合金铸锭表面的氧化皮铣去,然后进行轧制,控制开轧温度为380~410℃,轧制速度为1m/s~2m/s,轧制成热轧态毛料;
五、将步骤四制备的毛料放入辊底式淬火炉中进行固溶淬火得到板材;
所述固溶淬火工艺为:设定温度为538℃,当炉气低点达到535℃时计时,在535~541℃条件下保温35~45min,然后出炉进行淬火处理,淬火转移时间为6s~8s;
六、将步骤五得到的板材进行矫直并拉伸,控制拉伸量为0.5%~0.8%;
七、将步骤六处理的板材在室温条件放置47~49h,然后采用热轧机进行冷加工,控制加工率为11.0-12.5%;冷加工工艺为3道次进行冷加工,控制每道次形变量为3.5~4.0%;
八、将步骤七处理的板材进行二次矫直;
九、将步骤八处理的板材放入时效炉中进行时效,完成一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法;
时效工艺为:设备定温161℃,当板材实际温度达到158℃时计时,在158~164℃条件下保温15~16h。
本发明的有益效果是:
在铝合金板材制备工艺中固溶强化、形变强化以及时效析出强化都有助于材料强度的整体提升,并且由于工序的连续性,其强化作用会产生耦合作用。对于固溶强化,提高固溶温度有利于获得最大的过饱和固溶体,对于2219合金,固溶温度过高其晶粒长大趋势更加明显,最终产品的断裂韧性也受到影响,因此本发明固溶温度选择538℃±3℃,是基于设备能力基础上对固溶工艺的最大优化。对于形变强化,冷变形量越大引入的位错密度更大,会降低θ'相的析出温度,使G.P.区回溶及θ”相向θ'相转化,但是由于位错过多导致储能增加更容易在时效过程发生回复软化,因此在本发明工艺条件下,平衡了形变强化和时效析出强化的关联特性,以合适的冷变形程度配合相应的时效制度,减少冷变形强化对时效强化的抑制作用,使得θ”相向θ'弥散共同强化,性能高于T6状态。
本发明确定了厚度为7mm~10mm的2219C10SYU状态板材的冷加工工艺、固溶淬火工艺和时效工艺;采用本发明确定的工艺方法,解决了厚度为7mm~10mm2219C10SYU状态板材的力学性能偏低的现状,生产出厚度均匀、表面光洁和平整好的板材,并保证性能指标稳定在:抗拉强度≥450MPa,屈服强度≥440MPa,延伸率6.7%~8.5%,该铝合金板材应用温度跨度大-270℃~300℃,高温下长期负荷条件软化程度小,即高温下的稳定持久度较为优异,可应用于飞机短舱零件、火箭槽体等航空航天领域。
本发明制备的火箭槽体用耐高温铝合金板材中单个杂质含量≤0.05%,全部杂质≤0.15%,此范围内杂质含量不影响铝合金板材的性能。
本发明制备的铝合金板材应用于航空航天领域中,具体用于制造飞机短舱零件和火箭槽体。
附图说明
图1为实施例一制备火箭槽体用耐高温铝合金板材的照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式,还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,具体按以下步骤进行:
一、按元素的质量百分比为Si:0.10%~0.18%、Fe:<0.30%、Cu:6.40~6.70%、Mn:0.30%~0.40%、Mg:<0.20%、Zn:<0.10%、Ti:0.03%~0.06%、Zr:0.12%~0.18%、V:0.05%~0.12%和余量为Al称取电解铜、纯铝、Zr复合盐以及中间合金作为原料,将称取的原料放入干燥的熔炼炉中,在温度为760℃~790℃的条件下熔炼4h~5h,得到铝合金熔液;
二、采用半连续铸造法将步骤一得到的铝合金熔液制成铝合金铸锭;
所述半连续铸造法工艺为:铸造温度为740~770℃,铸造速度为20~25mm/min,冷却水强度为0.10~0.15MPa,冷却水温度为10~20℃;
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入台车式加热炉进行均匀化退火处理,得到均匀化退火处理的铝合金铸锭;
四、将步骤三均均匀化退火处理的铝合金铸锭表面的氧化皮铣去,然后进行轧制,控制开轧温度为380~410℃,轧制速度为1m/s~2m/s,轧制成热轧态毛料;
五、将步骤四制备的毛料放入辊底式淬火炉中进行固溶淬火得到板材;
所述固溶淬火工艺为:设定温度为538℃,当炉气低点达到535℃时计时,在535~541℃条件下保温35~45min,然后出炉进行淬火处理;
六、将步骤五得到的板材进行矫直并拉伸,控制拉伸量为0.5%~0.8%;
七、将步骤六处理的板材在室温条件放置47~49h,然后采用热轧机进行冷加工,控制加工率为11.0~12.5%;冷加工工艺为3道次进行冷加工,控制每道次形变量为3.5~4.0%;
八、将步骤七处理的板材进行二次矫直;
九、将步骤八处理的板材放入时效炉中进行时效,完成一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法;
时效工艺为:设备定温161℃,当板材实际温度达到158℃时计时,在158~164℃条件下保温15~16h。
在铝合金板材制备工艺中固溶强化、形变强化以及时效析出强化都有助于材料强度的整体提升,并且由于工序的连续性,其强化作用会产生耦合作用。冷变形会降低θ'相的析出温度,会使G.P.区回溶及θ”相向θ'相转化,因此在本发明工艺条件下,平衡了形变强化和时效析出强化的负相关特性,使得θ”相向θ'弥散共同强化,性能高于T6状态。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一中在温度为770℃~780℃的条件下熔炼4.5h。其它与具体实施方式一相同。
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:步骤二中所述半连续铸造法工艺为:铸造温度为750~760℃,铸造速度为22mm/min,冷却水强度为0.12MPa,冷却水温度为12~18℃。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤二中铝合金铸锭采用的结晶器的厚度为420mm,宽度为1520mm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:步骤三中所述均匀化退火处理工艺为:将铝合金铸锭加热至520~530℃,然后保温23~25h,然后出炉。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:步骤四中控制开轧温度为390~400℃,轧制速度为1.2~1.8m/s。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是:步骤五中淬火转移时间6~8s。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:步骤六中控制拉伸量为0.6~0.7%。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是:步骤七中加工率为12%。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是:步骤九中在161℃条件下保温16h。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例一:
本实施例一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,具体按以下步骤进行:
一、按元素的质量百分比为Si:0.15%、Fe:0.20%、Cu:6.55%、Mn:0.34%、Mg:0.10%、Zn:0.06%、Ti:0.05%、Zr:0.16%、V:0.10%和余量为Al称取电解铜、纯铝、Zr复合盐以及中间合金作为原料,将称取的原料放入干燥的熔炼炉中,在温度为780℃的条件下熔炼4.5h,得到铝合金熔液;
二、采用半连续铸造法将步骤一得到的铝合金熔液制成铝合金铸锭;
所述半连续铸造法工艺为:铸造温度为755℃,铸造速度为23mm/min,冷却水强度为0.12MPa,冷却水温度为18℃;
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入台车式加热炉进行均匀化退火处理,得到均匀化退火处理的铝合金铸锭;
所述均匀化退火处理工艺为:将铝合金铸锭加热至525℃,然后保温24h,然后出炉;
四、将步骤三均均匀化退火处理的铝合金铸锭表面的氧化皮铣去,然后进行轧制,控制开轧温度为400℃,轧制速度为1.5m/s,轧制成热轧态毛料;
五、将步骤四制备的毛料放入辊底式淬火炉中进行固溶淬火得到板材;
所述固溶淬火工艺为:设定温度为538℃,当炉气低点达到535℃时计时,保温40min,然后出炉进行淬火处理,淬火转移时间为7s;
六、将步骤五得到的板材进行矫直并拉伸,控制拉伸量为0.6%;
七、将步骤六处理的板材在室温条件放置48h,然后采用热轧机进行冷加工,控制加工率为12%;冷加工工艺为3道次进行冷加工,控制每道次形变量为3.5~4.0%;
八、将步骤七处理的板材进行二次矫直;
九、将步骤八处理的板材放入时效炉中进行时效,完成一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法;
时效工艺为:设备定温161℃,当板材实际温度达到158℃时计时,保温15h。
在本实施例工艺条件下,平衡了形变强化和时效析出强化的负相关特性,使得θ”相向θ'弥散共同强化,性能高于T6状态。
本实施例生产的板材厚度均匀、表面光洁和平整好,并保证性能指标稳定在:抗拉强度≥450MPa,屈服强度≥440MPa,延伸率6.7%~8.5%。该铝合金板材应用温度跨度大-270℃~300℃,高温下长期负荷条件软化程度小,即高温下的稳定持久度较为优异,可应用于飞机短舱零件、火箭槽体等航空航天领域。
Claims (10)
1.一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于该方法具体按以下步骤进行:
一、按元素的质量百分比为Si:0.10%~0.18%、Fe:<0.30%、Cu:6.40~6.70%、Mn:0.30%~0.40%、Mg:<0.20%、Zn:<0.10%、Ti:0.03%~0.06%、Zr:0.12%~0.18%、V:0.05%~0.12%和余量为Al称取电解铜、纯铝、Zr复合盐以及中间合金作为原料,将称取的原料放入干燥的熔炼炉中,在温度为760℃~790℃的条件下熔炼4h~5h,得到铝合金熔液;
二、采用半连续铸造法将步骤一得到的铝合金熔液制成铝合金铸锭;
所述半连续铸造法工艺为:铸造温度为740~770℃,铸造速度为20~25mm/min,冷却水强度为0.10~0.15MPa,冷却水温度为10~20℃;
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入台车式加热炉进行均匀化退火处理,得到均匀化退火处理的铝合金铸锭;
四、将步骤三均均匀化退火处理的铝合金铸锭表面的氧化皮铣去,然后进行轧制,控制开轧温度为380~410℃,轧制速度为1m/s~2m/s,轧制成热轧态毛料;
五、将步骤四制备的毛料放入辊底式淬火炉中进行固溶淬火得到板材;
所述固溶淬火工艺为:设定温度为538℃,当炉气低点达到535℃时计时,在535~541℃条件下保温35~45min,然后出炉进行淬火处理;
六、将步骤五得到的板材进行矫直并拉伸,控制拉伸量为0.5%~0.8%;
七、将步骤六处理的板材在室温条件放置47~49h,然后采用热轧机进行冷加工,控制加工率为11.0~12.5%;冷加工工艺为3道次进行冷加工,控制每道次形变量为3.5~4.0%;
八、将步骤七处理的板材进行二次矫直;
九、将步骤八处理的板材放入时效炉中进行时效,完成一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法;
时效工艺为:设备定温161℃,当板材实际温度达到158℃时计时,在158~164℃条件下保温15~16h。
2.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于步骤一中在温度为770℃~780℃的条件下熔炼4.5h。
3.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于步骤二中所述半连续铸造法工艺为:铸造温度为750~760℃,铸造速度为22mm/min,冷却水强度为0.12MPa,冷却水温度为12~18℃。
4.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于步骤二中铝合金铸锭采用的结晶器的厚度为420mm,宽度为1520mm。
5.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于步骤三中所述均匀化退火处理工艺为:将铝合金铸锭加热至520~530℃,然后保温23~25h,然后出炉。
6.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于步骤四中控制开轧温度为390~400℃,轧制速度为1.2~1.8m/s。
7.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于步骤五中淬火转移时间6~8s。
8.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于步骤六中控制拉伸量为0.6~0.7%。
9.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于步骤七中加工率为12%。
10.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法,其特征在于步骤九中在161℃条件下保温16h。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200403 |