CN113293273A - 一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法 - Google Patents
一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113293273A CN113293273A CN202110392771.XA CN202110392771A CN113293273A CN 113293273 A CN113293273 A CN 113293273A CN 202110392771 A CN202110392771 A CN 202110392771A CN 113293273 A CN113293273 A CN 113293273A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bar
- percent
- aluminum alloy
- temperature
- ingot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/02—Making uncoated products
- B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
- B21C23/08—Making wire, bars, tubes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
- B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
- B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
- B21C37/047—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire of fine wires
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/26—Methods of annealing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/0075—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rods of limited length
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
- C21D9/525—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/026—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
- C22C21/14—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
- C22C21/16—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with magnesium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/12—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
- C22C21/18—Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent with zinc
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
- C22F1/057—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with copper as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Extrusion Of Metal (AREA)
- Metal Extraction Processes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,采用铝锭添加中间合金在熔炼炉中熔炼,然后采用半连续铸造获得工业化铸锭;对添加有合金的铸锭进行均匀化处理,将铸锭从室温以一级或多级的升温方式升至480‑505℃,并保温为10‑60h;将得到的铸锭挤压成棒材,型材挤压出口速度控制在0.1‑4mm/s,挤压温度控制在360‑470℃;挤压后棒材坯料进行退火热处理,退火工艺参数为:温度250‑450℃,退火时间0.5‑3h,出炉空冷,得到退火棒材;将挤压态棒材,或挤压退火态棒材进行冷拉拔;将冷拉拔后棒材、线材进行固溶淬火;对棒材、线材进行预拉伸,预拉伸量控制在0.1‑‑3%。
Description
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域,具体涉及一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法。
背景技术
紧固件作为机械基础零件,在飞机上用量最大,数量占飞机零件总量65%左右,重量占飞机结构重量5%,总价值占飞机结构件10%-15%。作为主机、部件的连接件,紧固件与主机和部件一起承担基本性能的各项要求,需适应高温,高压,低温,震动,腐蚀,重载,交变应力,抗剪切抗扭转等场合。高端紧固件作为重要的连接单元,具有重要的应用价值。用于制造紧固件的材料必须有严格的标准要求,其产品质量和可靠性对主机工作性能和结构安全性起重要作用。
铝制紧固件具有轻质、高的比强度和优异的耐腐蚀性能,广泛应用于航空航天领域,如螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈、销、铆钉等。随着飞机先进性的提高,对紧固件及其材料提出了更高的减重和性能要求。目前螺纹紧固件用铝合金牌号主要有,2024-T4,7075-T73,6061-T6。铆钉用线材代表的有2024,2017,2117,7050等合金。随着航空航天工业的发展,铝合金紧固件的发展朝高强高韧耐蚀综合性能匹配的方向发展。
我国高强铝合金紧固件发展相对较晚,在生产研制与应用方面与国外相比差距较大,在后期加工成紧固件的塑形成型过程中易产生裂纹、折叠等缺陷,大大降低紧固件生产效率,增高生产成本。2xxx系和7xxx系铝合金虽然具有较高的强度,但是不容易后期加工成型。现有的挤压成型工艺往往会使得高强铝合金材料表面出现明显的粗晶层,这些表面粗晶组织对于紧固件制品的成型性能以及腐蚀性能有极大危害。因此,针对紧固件用高强铝合金材料的开发需要进行合金成分和显微组织的控制,匹配好强度、腐蚀性能、韧性和成型性能的关系,使合金在达到较高强度的同时具有良好的成型性能。
专利CN201910747413.9公开了一种高强度铝合金套筒的加工方法,合金元素配比:0.2-6wt%的Zn,0.2-6wt%的Mg,0.2-3wt%的Mn,0.2-4wt%的Cu,0.1-2wt%的Sc,0.1-2wt%的Yb,0.1-1wt%的Tb,0.2-2wt%的Zr,余量为Al。该高强度铝合金套筒的加工方法,选择的合金成分通过时效处理后满足抗拉强度450MPa以上,硬度160HV以上。但该专利通过添加稀土微合金元素如Sc、Yb等,合金成本较高,加工工艺复杂。专利CN201710-458051.2公布了一种高强度铝或铝合金紧固件及其制备方法,采用角形弯折通道挤压,获得的紧固件铝合金材料具有2μm以下的晶粒尺寸,在保证高塑形的同时,力学性能得到显著提升。专利CN201410712620.8公布了一种铝螺栓用高性能细晶铝合金线材、棒材的制备工艺,通过连续挤压工艺实现细化晶粒,晶粒尺寸可达30μm左右。但是角形弯折通道挤压以及连续挤压加工工艺复杂,不适用于2xxx系工业化大规格铸锭加工变形方式。
发明内容
克服现有技术存在的不足,通过合金成分优化及加工工艺的精确控制,本发明提供一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法。该方法加工的2xxx棒材和线材强度高,同时腐蚀性能、成型性能良好,并且生产成本低,同时,不含有易挥发性等难熔炼合金成分,使得合金熔炼较为简单,棒材、线材的制备工艺方法也较为简单。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,包括以下步骤:
步骤(一):采用铝锭添加中间合金在熔炼炉中熔炼,然后采用半连续铸造获得工业化铸锭;
步骤(二):对添加有合金的铸锭进行均匀化处理,将铸锭从室温以一级或多级的升温方式升至480-505℃,并保温为10-60h;
步骤(三):将步骤(二)得到的铸锭挤压成棒材,型材挤压出口速度控制在0.1-4mm/s,挤压温度控制在360-470℃;
步骤(四):挤压后棒材坯料进行退火热处理,退火工艺参数为:温度250-450℃,退火时间0.5-3h,出炉空冷,得到退火棒材;
步骤(五):将挤压态棒材,或挤压退火态棒材进行冷拉拔;
步骤(六):将冷拉拔后棒材、线材(从哪个步骤中得到的)进行固溶淬火,固溶温度为485-505℃,保温0.1-3h;
步骤(七):对棒材、线材进行预拉伸,预拉伸量控制在0.1-3%。
进一步的,铝合金的组分及重量百分比为:Cu 3.8-4.9%,Mg 1.2-1.8%,Mn 0.3-0.9%,Cr≤0.5,Ti 0.01-0.15%,Fe≤0.5%,Si≤0.5%,Zn≤0.2%,其余为Al,并且满足:5%<Cu+Mg<6.5%。
进一步的,所述的步骤(二)中,铸锭的均热工艺从室温以双级慢速升温方式进行热处理,包括:(1)低温预析出,促进弥散相AlCrMn析出的第一级均匀化热处理过程;(2)长时均匀化保温过程,消除高熔点Al2CuMg相和Al2Cu相的第二级均匀化热处理过程。通过优化的均匀化退火热处理工艺促进弥散相析出钉扎晶界,抑制组织在挤压过程中发生再结晶及晶粒长大。
进一步的,所述的步骤(二)中,铸锭的均热工艺从室温以双级慢速升温方式进行热处理,将2xxx铝合金铸锭从室温以5~100℃/h的升温速率,升温时间3-30h,升到温度为350~480℃,保温3~15h,再将2xxx铝合金铸锭以1~30℃/h的升温速率,升温时间2-10h,升到温度为480~505℃,保温时间为0.5~60h。
进一步的,所述的步骤(三)铸锭挤压温度控制在400-450℃;挤压筒温度控制在400-450℃,型材挤压出口速度控制在0.1-3mm/s;采用较高温度低应变速率挤压,降低挤压过程外层金属剧烈的剪切变形,降低挤压过程组织的不均匀性,有效抑制挤压制品的粗晶层。
进一步的,所述的步骤(四)挤压后棒材坯料进行退火热处理,退火工艺参数:温度350-450℃,退火时间1-3h。
进一步的,所述的步骤(五)挤压后棒材坯料或者挤压退火后棒材坯料进行多道次冷拉拔和中间退火,淬火前最终的冷拉拔变形量控制在20-40%,等效应变控制在0.23-0.5;通过控制淬火前的冷拉拔变形量,保证后续固溶过程中有足够的再结晶驱动力,确保最终产品组织为均匀的细晶组织。
进一步的,所述的步骤(六)将冷拉拔后棒材、线材进行固溶淬火,固溶温度为485-500℃,保温0.5-3h。通过控制固溶温度,抑制组织中粗大相以及淬火过程中第二相的析出,提高最终材料的腐蚀性能。
进一步的,所述的步骤(七)中,棒材、线材的拉伸量控制在0.5-2.5%。
进一步的,固溶处理后棒材、线材的平均晶粒尺寸在10-150μm,截面无粗晶层。
进一步的,经过T4自然时效处理后棒材、线材的屈服强度大于300MPa,抗拉强度大于450MPa,延伸率在20%以上;T6状态下,屈服强度大于360MPa,抗拉强度大于480MPa,延伸率在15%以上。
棒材、线材在生产过程中,热处理制度、挤压工艺制度,如铸锭温度、挤压速度等、以及冷变形和退火工艺制度都会对最终制品的显微组织和力学性能产生影响,因此棒材、线材生产过程中需要选择合理正确的加工工艺参数。
本发明的有益技术效果:
(1)本发明综合考虑显微组织对材料成型性能的影响效果。常见工艺最终制备的2xxx系棒材、线材晶粒组织粗大,并且有明显的粗晶层组织。通过挤压工艺、退火工艺和冷拉拔变形量的综合匹配来控制最终2xxx系合金棒材最终的组织性能、尺寸精度和表面质量,最终获得晶粒组织细小均匀,并且表面无粗晶层的均匀显微组织,实现塑性和力学性能的优良匹配,从而有效提高紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工成型性能。
(2)本发明在工艺上采用了多级均匀化处理、高温固溶快速淬火热处理工艺以及拉伸矫直等工艺。采用多级均匀化热处理工艺,以缓慢升温的方式促进弥散相在低温段均匀弥散析出;高温段均热保温过程确保粗大相尽可能回熔,提高显微组织的纯净度。同时合理选择高温固溶加热和较快冷却速率,有效提高了材料最终显微组织的纯净度,抑制淬火过程中第二相的析出,保证棒材、线材的强度和腐蚀性能的综合匹配。
(3)通过对合金成分和加工工艺优化,最终制备的棒材、线材的组织致密,晶粒细小,晶粒尺寸在10-150μm,截面无粗晶层,综合性能优异。经过T4自然时效处理后棒材、线材的屈服强度大于300MPa,抗拉强度大于450MPa,延伸率在20%以上;T6状态下,屈服强度大于360MPa,抗拉强度大于480MPa,延伸率在15%以上。
(4)本发明中由于合金成分简单,不需要加入稀土元素和Sc等贵金属元素,所以生产的铝合金棒材、线材产品具有熔铸工艺简单、制备工艺简单、成本低等优点,可广泛用于紧固件的原材料。
综上所述,通过本发明工艺所制备的铝合金棒材、线材产品,力学性能高,成型性能优异,无粗晶层,远高于常规工艺制得的合金。
附图说明
图1为本发明棒材、线材的制备工艺流程图;
图2为2xxx棒材纵截面晶粒组织对比;
图3为2xxx棒材三点弯曲性能对比;
图4为T4态棒材晶间腐蚀组织对比。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
所述铝合金的组分及重量百分比为:Cu 4.18%,Mg 1.48%,Mn 0.6%,Cr0.02%,Ti 0.02%,Fe 0.17%,Si 0.07%,Zn 0.1%,其余为Al。具体的生产工艺如图1,实际操作步骤如下:
(1)对合金半连续铸造获得的φ410mm铸锭进行均匀化热处理,以66℃/h升温速率升温至450℃保温5h,后以10℃/h升温速率升温至498℃保温38h,空冷;
(2)对均热后铸锭进行挤压,挤压温度430-440℃,挤压速率0.4-0.8mm/min;将φ410mm铸锭一次挤压至φ91mm棒材,后进行二次挤压至φ9.5mm棒材;
(3)对挤压棒材进行拉拔,从φ9.5mm棒材拉拔至φ8mm棒材;
(4)对拉拔态棒材进行固溶热处理,495℃保温1h;
(5)在线淬火,预拉伸0.5%。
实施例2
所述铝合金的组分及重量百分比为:Cu 4.18%,Mg 1.48%,Mn 0.6%,Cr0.02%,Ti 0.02%,Fe 0.17%,Si 0.07%,Zn 0.1%,其余为Al。具体的生产工艺如图1,实际操作步骤如下:
(1)对合金半连续铸造获得的φ410mm铸锭进行均匀化热处理,以66℃/h升温速率升温至450℃保温5h,后以10℃/h升温速率升温至498℃保温38h,空冷;
(2)对均热后铸锭进行挤压,挤压温度430-440℃,挤压速率0.4-0.8mm/min;将φ410mm铸锭一次挤压至φ91mm棒材,后进行二次挤压至φ10.4mm棒材;
(3)对挤压棒材进行退火热处理软化,退火工艺350℃/1h;
(4)对挤压棒材进行拉拔,从φ10.4mm棒材拉拔至φ9mm棒材;
(5)对拉拔态棒材进行固溶热处理,495℃保温1h;
(6)在线淬火,预拉伸1.5%。
实施例3
所述铝合金的组分及重量百分比为:Cu 4.5%,Mg 1.48%,Mn 0.6%,Cr 0.02%,Ti 0.02%,Fe 0.18%,Si 0.06%,Zn 0.1%,其余为Al。具体的生产工艺如图1,实际操作步骤如下:
(1)对合金半连续铸造获得的φ410mm铸锭进行均匀化热处理,以66℃/h升温速率升温至450℃保温5h,后以10℃/h升温速率升温至498℃保温38h,空冷;
(2)对均热后铸锭进行挤压,挤压温度430-440℃,挤压速率0.4-0.8mm/min;将φ410mm铸锭一次挤压至φ91mm棒材,后进行二次挤压至φ9.2mm棒材;
(3)对挤压棒材进行退火热处理软化,退火工艺400℃/1h;
(4)对挤压棒材进行拉拔,从φ9.2mm棒材拉拔至φ8mm棒材;
(5)对拉拔态棒材进行固溶热处理,495℃保温1h;
(6)在线淬火,预拉伸1.5%。
实施例4
所述铝合金的组分及重量百分比为:Cu 4.23%,Mg 1.40%,Mn 0.58%,Cr0.02%,Ti 0.02%,Fe 0.15%,Si 0.05%,Zn 0.15%,其余为Al。具体的生产工艺如图1,实际操作步骤如下:
(1)对合金半连续铸造获得的φ410mm铸锭进行均匀化热处理,以66℃/h升温速率升温至450℃保温5h,后以10℃/h升温速率升温至498℃保温38h,空冷;
(2)对均热后铸锭进行挤压,挤压温度430-440℃,挤压速率0.4-0.8mm/min;将φ410mm铸锭一次挤压至φ91mm棒材,后进行二次挤压至φ9.2mm棒材;
(3)对挤压棒材进行退火热处理软化,退火工艺400℃/1h;
(4)对挤压棒材进行拉拔,从φ9.2mm棒材拉拔至φ8mm棒材;
(5)对拉拔态棒材进行固溶热处理,495℃保温1h;
(6)在线淬火,预拉伸2%。
实施例5
所述铝合金的组分及重量百分比为:Cu 4.23%,Mg 1.40%,Mn 0.58%,Cr0.02%,Ti 0.02%,Fe 0.15%,Si 0.05%,Zn 0.15%,其余为Al。具体的生产工艺如图1,实际操作步骤如下:
(1)对合金半连续铸造获得的φ410mm铸锭进行均匀化热处理,以66℃/h升温速率升温至450℃保温5h,后以10℃/h升温速率升温至498℃保温38h,空冷;
(2)对均热后铸锭进行挤压,挤压温度430-440℃,挤压速率0.4-0.8mm/min;将φ410mm铸锭一次挤压至φ91mm棒材,后进行二次挤压至φ5mm棒材;
(3)对挤压棒材进行退火热处理软化,退火工艺350℃/1h;
(4)对挤压棒材进行拉拔,从φ5mm棒材拉拔至φ4mm丝材;
(5)对拉拔态棒材进行固溶热处理,495℃保温1h;
(6)在线淬火,预拉伸2%。
对比例1
一种铝合金的组分及重量百分比为:Cu 4.18%,Mg 1.48%,Mn 0.6%,Cr0.02%,Ti 0.02%,Fe 0.17%,Si 0.07%,Zn 0.15%,其余为Al。具体的生产工艺如图1,实际操作步骤如下:
(1)对合金半连续铸造获得的φ410mm铸锭进行均匀化热处理,以66℃/h升温速率升温至450℃保温5h,后以10℃/h升温速率升温至498℃保温38h,空冷;
(2)对均热后铸锭进行挤压,挤压温度430-440℃,挤压速率0.4-0.8mm/min;将φ410mm铸锭一次挤压至φ91mm棒材,后进行二次挤压至φ8mm棒材;
(3)对挤压态棒材进行固溶热处理,495℃保温1h;
(4)在线淬火,预拉伸2.5%。
对比例2
一种铝合金的组分及重量百分比为:Cu 4.18%,Mg 1.48%,Mn 0.6%,Cr0.02%,Ti 0.02%,Fe 0.17,Si 0.07,Zn 0.15%,其余为Al。具体的生产工艺如图1,实际操作步骤如下:
(1)对合金半连续铸造获得的φ410mm铸锭进行均匀化热处理,以66℃/h升温速率升温至450℃保温5h,后以10℃/h升温速率升温至498℃保温38h,空冷;
(2)对均热后铸锭进行挤压,挤压温度430-440℃,挤压速率0.4-0.8mm/min;将φ410mm铸锭一次挤压至φ91mm棒材,后进行二次挤压至φ9.5mm棒材;
(3)对挤压棒材进行拉拔,从φ9.5mm棒材拉拔至φ8.7mm棒材;
(4)对拉拔态棒材进行固溶热处理,495℃保温1h;
(5)对挤压棒材进行拉拔,从φ8.7mm棒材拉拔至φ8mm棒材;
(6)预拉伸1.5%;
对比例3
一种铝合金的组分及重量百分比为:Cu 4.23%,Mg 1.40%,Mn 0.58%,Cr ≤0.5,Ti 0.01-0.15%,Fe 0.15%,Si 0.05%,Zn 0.2%,其余为Al。具体的生产工艺如图1,实际操作步骤如下:
(1)对合金半连续铸造获得的φ410mm铸锭进行均匀化热处理,以66℃/h升温速率升温至450℃保温5h,后以10℃/h升温速率升温至498℃保温38h,空冷;
(2)对均热后铸锭进行挤压,挤压温度430-440℃,挤压速率0.4-0.8mm/min;将φ410mm铸锭一次挤压至φ91mm棒材,后进行二次挤压至φ9.2mm棒材;
(3)对挤压棒材进行退火热处理软化,退火工艺400℃/1h;
(4)对挤压棒材进行拉拔,从φ9.2mm棒材拉拔至φ8mm棒材;
(5)对拉拔态棒材进行固溶热处理,485℃保温1h;
(6)在线淬火,预拉伸1.5%。
表1为本发明合金和对比合金不同状态T4和T6态的性能指标和相应的显微组织定量分析结果,包括粗晶层深度,平均晶粒尺寸。以及不同合金的最大弯曲位移。如表1所示,本发明通过合理控制加工工艺制度,可使材料获得较高的力学性能的同时,延伸率有较大提高,如实施例中的2xxx铝合金T4态延伸率普遍大于20%,经过T6补充时效后延伸率仍维持在14%以上。T4态延伸率普遍比对比例1、2和3高。并且本实施例均表面无粗晶层,如图1所示,而对比例1,采用挤压态直接固溶处理的棒材粗晶组织明显,粗晶层深度接近3mm。对比例1典型的显微组织形貌为,挤压棒材边部为粗晶组织,粗大晶粒尺寸约1mm,心部为变形纤维组织,晶粒沿变形方向呈纤维分布。本发明中发现,铝合金晶粒尺寸对于材料弯曲性能起主导作用。裂纹容易沿粗大的再结晶晶界进行扩展。粗大的晶粒变形协调性能较差,位错容易发生堆积,从而影响后期加工成型性能。而对于本发明来说,晶粒组织为接近等轴的细晶组织,晶粒间协同变形容易。从而使得,本发明合金具备良好的成型性能。
表1实施例和对比例合金的性能指标
图2中(a)为对比例1,(b)为对比例2,(c)为实施例1,从图2中可以看到,对比例2采用固溶后二次冷拔工艺,其获得晶粒组织形貌较为拉长,对不同工艺的弯曲性能进行评价,结果如图3所示。本实施例的最大弯曲强度以及对应的弯曲位移均高于对比例2,这表明本发明材料具备良好的成型性能。图4为T4态棒材晶间腐蚀组织对比,(a)为对比例1的晶间腐蚀组织情况,(b)为实施例3的晶间腐蚀组织情况。
同时本发明中采用了高温双级均热处理、高温固溶热处理和匹配的快速淬火工艺,通过热处理工艺的控制,最终制备的2xxx棒材、线材显微组织中粗大相含量较小,同时淬火转移过程中析出的第二相较少,综合因素控制获得良好的强度和耐腐蚀性能的综合匹配。粗大相在基体中的存在也会使得材料的韧性变差,这主要是由于粗大相与基体存在位相差,容易在粗大相和铝基体的界面处产生应力集中,从而引发裂纹。而通过均热工艺的优化,降低材料显微组织中粗大相的含量有利于提高材料的韧性。对比例3中固溶温度只有485℃,这直接导致铝基体中固溶的合金元素不充足,可以看到T4态和T6态处理后强度较对比例3降低20MPa以上。图3为实施例3和对比例1的晶间腐蚀显微组织对比图,可以看到,对比例1的晶间腐蚀最大深度为381μm,而实施例1的晶间腐蚀最大深度为82μm。可见,本发明制备的2xxx系棒材、线材具备良好的耐晶间腐蚀性能。
本发明综合考虑显微组织对材料成型性能的影响效果。通过挤压工艺、退火工艺和拉拔变形量的综合匹配最终获得晶粒组织细小均匀,并且表面无粗晶层的均匀显微组织,实现塑性和力学性能的优良匹配。同时本发明在工艺上采用了多级均匀化处理、高温固溶快速淬火热处理工艺以及拉伸矫直等工艺,有效提高了材料最终显微组织的纯净度,抑制淬火过程中第二相的析出,保证棒材、线材的强度和腐蚀性能的综合匹配。最终制备的2xxx系棒材、线材具备高强高韧耐蚀以及良好加工成型性能,可用于制造高性能的铝合金螺栓,螺母,同时也可以用来制作高性能铆钉、高强连接件等其他铝合金连接件产品。
以上仅是本发明的具体应用范例,对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案,均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤(一):采用铝锭添加中间合金在熔炼炉中熔炼,然后采用半连续铸造获得工业化铸锭;
步骤(二):对添加有合金的铸锭进行均匀化处理,将铸锭从室温以一级或多级的升温方式升至480-505℃,并保温为10-60h;
步骤(三):将步骤(二)得到的铸锭挤压成棒材,型材挤压出口速度控制在0.1-4mm/s,挤压温度控制在360-470℃;
步骤(四):挤压后棒材坯料进行退火热处理,退火工艺参数为:温度250-450℃,退火时间0.5-3h,出炉空冷,得到退火棒材;
步骤(五):将挤压态棒材,或挤压退火态棒材进行冷拉拔;
步骤(六):将步骤五冷拉拔后棒材、线材进行固溶淬火,固溶温度为485-505℃,保温0.1-3h;
步骤(七):对棒材、线材进行预拉伸,预拉伸量控制在0.1-3%。
2.根据权利要求1所述的紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,其特征在于,铝合金的组分及重量百分比为:Cu 3.8-4.9%,Mg 1.2-1.8%,Mn0.3-0.9%,Cr≤0.5,Ti0.01-0.15%,Fe≤0.5%,Si≤0.5%,Zn≤0.2%,其余为Al,并且满足:5%<Cu+Mg<6.5%。
3.根据权利要求1所述的紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,其特征在于,所述的步骤(二)中,铸锭的均热工艺从室温以双级慢速升温方式进行热处理,将2xxx铝合金铸锭从室温以5~100℃/h的升温速率,升温时间3-30h,升到温度为350~480℃,保温3~15h,再将2xxx铝合金铸锭以1~30℃/h的升温速率,升温时间2-10h,升到温度为480~505℃,保温时间为0.5~60h。
4.根据权利要求1所述的紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,其特征在于,所述的步骤(三)铸锭挤压温度控制在400-450℃;挤压筒温度控制在400-450℃,型材挤压出口速度控制在0.1-3mm/s。
5.根据权利要求1所述的紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,其特征在于,所述的步骤(四)挤压后棒材坯料进行退火热处理,退火工艺参数:温度350-450℃,退火时间1-3h。
6.根据权利要求1所述的紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,其特征在于,所述的步骤(五)挤压后棒材坯料或者挤压退火后棒材坯料进行多道次冷拉拔和中间退火,淬火前最终的冷拉拔变形量控制在20-40%,等效应变控制在0.23-0.5。
7.根据权利要求1所述的紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,其特征在于,所述的步骤(六)将冷拉拔后棒材、线材进行固溶淬火,固溶温度为485-500℃,保温0.5-3h。
8.根据权利要求1所述的紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,其特征在于,所述的步骤(七)中,棒材、线材的拉伸量控制在0.5-2.5%。
9.根据权利要求1所述的紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,固溶处理后棒材、线材的平均晶粒尺寸在10-150μm,截面无粗晶层。
10.根据权利要求1所述的紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法,经过T4自然时效处理后棒材、线材的屈服强度大于300MPa,抗拉强度大于450MPa,延伸率在20%以上;T6状态下,屈服强度大于360MPa,抗拉强度大于480MPa,延伸率在15%以上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110392771.XA CN113293273B (zh) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | 一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110392771.XA CN113293273B (zh) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | 一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113293273A true CN113293273A (zh) | 2021-08-24 |
CN113293273B CN113293273B (zh) | 2023-03-31 |
Family
ID=77319684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110392771.XA Active CN113293273B (zh) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | 一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113293273B (zh) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113897524A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-07 | 山东创新精密科技有限公司 | 一种电导率均匀度高的铝合金及其制备方法和应用 |
CN113981198A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-28 | 浙江明泰控股发展股份有限公司 | 一种用于解决铝合金紧固件晶间腐蚀的连续式热处理炉 |
CN114196895A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-18 | 东北轻合金有限责任公司 | 一种航空航天紧固件用高强铝合金冷拉棒材的制造方法 |
CN114434103A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-06 | 青海中钛青锻装备制造有限公司 | 一种高强度7055铝合金大直径棒材的制造方法 |
CN114752831A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-15 | 中南大学 | 一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用 |
CN114769346A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-07-22 | 常州宏丰金属加工有限公司 | 一种连续挤压拉伸的铝线生产方法 |
CN115094355A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-23 | 南京工业大学 | Al-Zn-Mg-Cu系铝合金双级慢速随炉升温均匀化热处理工艺 |
CN117488141A (zh) * | 2023-09-25 | 2024-02-02 | 安徽广银铝业有限公司 | 一种铝锰合金动力电池壳体及其加工方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62170462A (ja) * | 1986-01-23 | 1987-07-27 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 超塑性アルミニウム合金材の製造方法 |
CN102787263A (zh) * | 2012-08-23 | 2012-11-21 | 东北轻合金有限责任公司 | 一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法 |
CN105274408A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-01-27 | 东北轻合金有限责任公司 | 一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法 |
CN106513456A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-03-22 | 辽宁忠旺集团有限公司 | 一种高强2024铝合金薄壁角型材生产工艺 |
CN109136506A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-04 | 山东南山铝业股份有限公司 | 一种用于抑制铝合金型材粗晶环的加工方法及铝合金型材 |
CN109897999A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-06-18 | 烟台台海玛努尔航空科技有限公司 | 一种高强高韧2xxx铝合金锻件生产工艺 |
CN110983133A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-10 | 东北轻合金有限责任公司 | 一种航天用铝合金棒材消除粗晶环的方法 |
CN111004950A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-14 | 辽宁忠旺集团有限公司 | 2000铝合金型材及其制造方法 |
-
2021
- 2021-04-13 CN CN202110392771.XA patent/CN113293273B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62170462A (ja) * | 1986-01-23 | 1987-07-27 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 超塑性アルミニウム合金材の製造方法 |
CN102787263A (zh) * | 2012-08-23 | 2012-11-21 | 东北轻合金有限责任公司 | 一种航天用铝合金铆钉棒材的制造方法 |
CN105274408A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-01-27 | 东北轻合金有限责任公司 | 一种航空航天用铝合金铆钉线材的制造方法 |
CN106513456A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-03-22 | 辽宁忠旺集团有限公司 | 一种高强2024铝合金薄壁角型材生产工艺 |
CN109136506A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-04 | 山东南山铝业股份有限公司 | 一种用于抑制铝合金型材粗晶环的加工方法及铝合金型材 |
CN109897999A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-06-18 | 烟台台海玛努尔航空科技有限公司 | 一种高强高韧2xxx铝合金锻件生产工艺 |
CN110983133A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-10 | 东北轻合金有限责任公司 | 一种航天用铝合金棒材消除粗晶环的方法 |
CN111004950A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-14 | 辽宁忠旺集团有限公司 | 2000铝合金型材及其制造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
王岗等: "控制2024铝合金挤压棒材粗晶环的工艺研究", 《轻合金加工技术》 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113981198A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-28 | 浙江明泰控股发展股份有限公司 | 一种用于解决铝合金紧固件晶间腐蚀的连续式热处理炉 |
CN113897524A (zh) * | 2021-10-09 | 2022-01-07 | 山东创新精密科技有限公司 | 一种电导率均匀度高的铝合金及其制备方法和应用 |
CN114196895A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-18 | 东北轻合金有限责任公司 | 一种航空航天紧固件用高强铝合金冷拉棒材的制造方法 |
CN114434103A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-06 | 青海中钛青锻装备制造有限公司 | 一种高强度7055铝合金大直径棒材的制造方法 |
CN114752831A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-15 | 中南大学 | 一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用 |
CN114752831B (zh) * | 2022-03-24 | 2023-04-07 | 中南大学 | 一种高强度耐蚀铝合金及其制备方法和应用 |
CN114769346A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-07-22 | 常州宏丰金属加工有限公司 | 一种连续挤压拉伸的铝线生产方法 |
CN114769346B (zh) * | 2022-05-30 | 2024-02-27 | 常州宏丰金属加工有限公司 | 一种连续挤压拉伸的铝线生产方法 |
CN115094355A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-23 | 南京工业大学 | Al-Zn-Mg-Cu系铝合金双级慢速随炉升温均匀化热处理工艺 |
CN117488141A (zh) * | 2023-09-25 | 2024-02-02 | 安徽广银铝业有限公司 | 一种铝锰合金动力电池壳体及其加工方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113293273B (zh) | 2023-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113293273B (zh) | 一种紧固件用2xxx系铝合金棒材、线材的加工方法 | |
CN113737069B (zh) | 一种紧固件用7xxx系铝合金及其棒线材的加工方法 | |
US11851739B2 (en) | High-strength magnesium alloy profile, preparation process therefor and use thereof | |
WO2021008428A1 (zh) | 一种超高强铝锂合金及其制备方法 | |
EP0247181B1 (en) | Aluminum-lithium alloys and method of making the same | |
US5151136A (en) | Low aspect ratio lithium-containing aluminum extrusions | |
CN111004950B (zh) | 2000铝合金型材及其制造方法 | |
CN110564994A (zh) | 一种低成本高强韧铝锂合金 | |
EP0325937B1 (en) | Aluminum-lithium alloys | |
US5135713A (en) | Aluminum-lithium alloys having high zinc | |
CN105803277A (zh) | 一种高锌含量的铝合金的热处理工艺 | |
CN113718139A (zh) | 一种Al-Mg-Si-Cu-Mn铝合金及其挤压材的加工方法 | |
CN111218591B (zh) | 一种新能源汽车动力***用高强韧7xxx铝合金型材的制备方法 | |
CN111074121B (zh) | 铝合金及其制备方法 | |
CN114480933B (zh) | 一种特高强铝合金及其制备方法和应用 | |
EP0281076A1 (en) | Aluminum lithium flat rolled product | |
WO2016040562A1 (en) | Alloys for highly shaped aluminum products and methods of making the same | |
CN112501482B (zh) | 一种Si微合金化AlZnMgCu合金及其制备方法 | |
JP3540316B2 (ja) | アルミニウム−リチウム合金の機械的特性の改良 | |
CN114318087A (zh) | 一种航空发动机壳体用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金及其制备方法 | |
CN110284085B (zh) | 一种同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法 | |
JP2023549190A (ja) | 2xxx系アルミニウム合金製品の製造方法 | |
JPS602644A (ja) | アルミニウム合金 | |
CN114262825A (zh) | 一种铝合金、及其加工方法和用途 | |
JP2024518681A (ja) | 高強度ファスナを製造するための材料およびそれを製造するための方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |