一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺

摘要

一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺。工艺流程如下：合金铸锭均匀化→铸锭挤压成园锭坯→园锭坯反挤压成管初坯→管初坯拉伸→中间退火→拉伸→成品退火。本发明通过先对均匀化铸锭挤压开坯，将铸锭组织转变为变形组织，有效改善坯锭在管初坯热挤压过程中的热变形能力，随后采用反向穿孔挤压制备管初坯；再根据铝镁钪合金冷变形‑退火过程中回复‑再结晶特点，优化出管坯后续拉拔‑退火工艺及参数，成功制备铝镁钪合金管材；解决了铝镁钪合金管材制备中热变形容易开裂、管坯冷变形抗力大、拉拔过程中管材容易断裂的难题。与现有的5A06合金管材相比，本发明的合金管材抗拉强度和屈服强度分别提高28％和56％，伸长率仍然保持在18.7％的高水平。

权利要求

1.一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，包括以下步骤：（1）铝镁钪合金的化学成分质量分数为：

Mg Mn Sc Zr Ti Be Fe Si Al

6.2 0.35 0.24 0.12 0.03 0.0002 0.08 0.06 余量(2)按铝镁钪合金化学成分要求的含量将铝锭、Al-Mn、Al-Zr加入炉温为720-740℃熔炼炉中熔化；铝液温度上升到800℃时加Al-Sc中间合金、搅拌、保温；熔体为720℃时加Al-Ti、加Be,加Mg；扒渣、搅拌、调整成分、精炼；静置；

(3)熔体精炼除气静置后半连续铸造成锭，铸造温度710℃、水压0.10MPa、铸造速度

40mm/min；

(4)将上述铸锭在350℃的温度下均匀化处理8小时，空冷；均匀化处理后对铸锭进行锯切和铣面；

(5)铸锭均匀化后先进行挤压开坯，得到Ф130mm挤压坯锭；挤压温度为440℃，挤压比

8:1；

(6)所述步骤(5)的锭坯在反向卧式挤压机上反向穿孔挤压，坯锭加热温度为440℃，挤压比为40:1，挤压速度1.2 mm/s，挤压后的中空管坯尺寸为Ф45X2 mm；

(7) 所述步骤(6)的管坯在450℃中间退火1小时；

(8) 所述步骤(7)的管坯第一次拉拔，冷拉后管材尺寸为Ф45X1.5 mm；

(9) 所述步骤(8)的管材在500℃中间退火2小时；

(10)所述步骤(9)的管材第二次拉拔，冷拉管材尺寸为Ф45X1.0 mm；

(11) 所述步骤(10)的管材在400℃成品退火1.5小时。

说明书

一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及到一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，属于铝合金制备技术领域。

背景技术

[0002] 现有的5A06铝合金耐腐蚀、成型性能好，航空器上许多管道都是采用这种合金，为了减轻航空器本身的重量，增加其有效载荷，应用部门希望研制出一种强度更高的新型铝合金管材。铝镁钪合金是在铝镁合金基础上采用Sc和Zr复合微合金化的改进型合金，相对于铝镁合金，依Sc含量的不同，铝镁钪合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了25～35％和40～65％，塑韧性仍然保持在比较高的水平，然而由于变形抗力增加，铝镁钪合金热变形和冷变形相对变得困难。迄今为止，铝镁钪合金还只有板材、锻件供应。

[0003] 现有技术中，铝合金管材通常采用铸锭均匀化处理后进行挤压制备管材，由于铝镁钪合金变形抗力大，其热变形和冷变形相对变得困难，采用现有铝合金管材生产工艺制备管材，通常出现管坯表面粗造、出现横向裂纹等现象，无法制备出合格的管材。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺。

[0005] 本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，包括以下步骤：

[0006] 第一步：锭坯预处理

[0007] 将铸锭均匀化后进行热挤压变形，得到挤压态园锭坯；所述热挤压变形工艺参数为：挤压温度420～450℃，挤压比7:1～10:1；优选挤压温度440℃，挤压比8：1；

[0008] 第二步：成型管初坯

[0009] 将第一步得到的挤压态园锭坯(挤压坯)在反向卧式挤压机上反向穿孔挤压成管初坯；

[0010] 第三步：初坯后处理

[0011] 将第二步得到的初坯依次进行一次退火、一次冷拉、中间退火、二次冷拉、成品退火。

[0012] 本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，第一步中，铸锭采用半连续铸造成锭，铸造工艺为：铸造温度700-720℃、水压0.05～0.18MPa，铸造速度为 30～40mm/min.[0013] 本发明航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，第二步中，成型管初坯工艺参数为：挤压温度为420～450℃，挤压比为35:1～45:1，挤压速度1.0～1.5mm/s。

[0014] 本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，第三步中，一次退火工艺参数为：初坯在420-460℃保温退火1-2小时，随炉冷却到120℃±10℃之后空冷；优选一次退火工艺参数为：退火温度450℃，保温时间1小时。

[0015] 本发明航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，第三步中，一次冷拉工艺参数为：冷拉变形量为20～30％；优选的一次冷拉工艺参数为：冷拉变形量为24％。

[0016] 本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，第三步中，中间退火工艺参数为：退火温度480-510℃，保温时间1.5～2.5小时；优选的退火温度为500℃，保温时间1小时。

[0017] 本发明航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，第三步中，二次冷拉工艺参数为：，冷拉变形量为28～35％；优选的冷拉变形量为32％。

[0018] 本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，第三步中，成品退火工艺参数为：退火温度370-420℃，保温时间1-2小时；优选的成品退火工艺参数为：退火温度400℃，保温时间1.5小时。

[0019] 本发明一种航空用铝镁钪合金管材的制备工艺，所述铝镁钪合金的名义成分为Al-6.2Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.12Zr-0.03Ti,具体包括6.2％Mg、0.4％Mn、0.24％Sc、 0.12％Zr、0.03％Ti，0.0002Be、余量为Al和Fe、Si等杂质。

[0020] 发明人在长期从事铝镁钪合金研发的基础上，采用半连续铸锭→铸锭均匀化→两道次挤压(挤压锭坯→挤压管坯)→拉伸→中间退火→拉伸→软化退火，解决了铝镁钪合金管材制备中热变形容易开裂、管坯冷变形抗力大、拉拔过程中管材容易断裂的难题。

[0021] 本发明通过对均匀化铸锭进行挤压开坯，将铸锭组织转变为变形组织，有效改善了坯锭在管初坯热挤压过程中的热变形能力，随后采用反向穿孔挤压工艺，可以制备出表面质量好、无裂纹的管初坯；再根据铝镁钪合金冷变形-退火过程中独特的回复再结晶特点，优化出管坯后续拉拔-退火工艺及参数；管初坯通过随后的一次退火、一次冷拉、中间退火、二次冷拉、成品退火的协同配合，成功地制备出一种新型铝镁钪合金管材，与现有的5A06合金管材相比，本发明的合金管材退火软化状态抗拉强度和屈服强度分别提高28％和
56％，伸长率仍然保持在 18.7％的高水平。

附图说明

[0022] 附图1为本发明实施例1中铸锭经过第一次挤压后的挤压坯锭图。

[0023] 附图2为本发明实施例1中反挤压后得到的Ф45X2.0mm管初坯图。

[0024] 附图3为本发明实施例1制备的Ф45X1.0mm成品管材图。

具体实施方式

[0025] 本发明具体的实施过程为：

[0026] 本发明合金按以下质量百分数配料：6.2％Mg、0.4％Mn、0.25％Sc、0.12％Zr、 0.03％Ti，0.0002Be、余量为Al,合金中Fe、Si等杂质的总含量不大于0.15％。配料后合金在熔炼炉中熔化精炼、半连续铸造成锭，铸锭经均匀化→挤压成锭坯→挤压成管坯→拉伸→中间退火→拉伸→软化退火后得到成品管材。

[0027] 以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明进一步限定。

[0028] 实施例1：Ф45X 1mm铝镁钪合金管材制备

[0029] (1)合金的化学成分见表1。

[0030] 表1合金的化学成分(质量分数，％)

[0031]Mg Mn Sc Zr Ti Be Fe Si Al
6.2 0.35 0.24 0.12 0.03 0.0002 0.08 0.06 余量

[0032] (2)按照表1要求的含量将铝锭、Al-Mn、Al-Zr加入炉温为720-740℃熔炼炉中熔化；铝液温度上升到800℃时加Al-Sc中间合金、搅拌、保温；熔体为720℃时加Al-Ti、加Be,加Mg；扒渣、搅拌、调整成分、精炼；静置。

[0033] (3)熔体精炼除气静置后半连续铸造成锭，铸造温度710℃、水压0.10MPa、铸造速度40mm/min。

[0034] (4)将上述铸锭在350℃的温度下均匀化处理8小时，空冷；均匀化处理后对铸锭进行锯切和铣面。

[0035] (5)铸锭均匀化后先进行挤压开坯，得到Ф130mm挤压坯锭；挤压温度为440℃，挤压比8:1。

[0036] (6)所述步骤(5)的坯锭在反向卧式挤压机上反向穿孔挤压，坯锭加热温度为 440℃，挤压比为40:1，挤压速度1.2mm/s，挤压后的中空管坯尺寸为Ф45X2mm。

[0037] (7)所述步骤(6)的管坯在450℃中间退火1小时。

[0038] (8)所述步骤(7)的管坯第一次拉拔，冷拉后管材尺寸为Ф45X1.5mm。

[0039] (9)所述步骤(8)的管材在500℃中间退火2小时。

[0040] (10)所述步骤(9)的管材第二次拉拔，冷拉后管材尺寸为Ф45X1.0mm。

[0041] (11)所述步骤(10)的管材在400℃成品退火1.5小时。

[0042] 与现有的5A06合金管材(对比例3)相比，本发明的合金抗拉强度和屈服强度分别提高28％和56％，伸长率仍然保持在18.7％的高水平。

[0043] 实施例2

[0044] 与实施例1步骤1-6相同，但Ф45*2mm管坯不退火，拉拔到Ф45X1.5mm，容易拉断。

[0045] 实施例3

[0046] 与实施例1步骤1-8相同，但Ф45*1.5mm管坯450℃中间退火2小时，拉拔到Ф45X1.0mm，部分容易拉断。

[0047] 实施例4

[0048] 与实施例1步骤1-10相同，但不进行成品退火，可以拉拔，但Ф45X1.0管材强度高、伸长率低。

[0049] 对比例1

[0050] 对比例1的合金成分与实施例1相同，采用Ф130mm铸锭按5A06常规工艺挤压制成45X 2mm管坯，挤压温度440℃，挤压比40:1，挤压速度1.2mm/s，管坯表面出现横向裂纹。

[0051] 对比例2

[0052] 对比例2的合金成分与实施例1相同，采用Ф130mm铸锭剥皮后反挤压制成45 X 2mm管坯，挤压温度440℃，挤压比40:1，挤压速度1.2mm/s，管坯表面粗造，仍有少量横向裂纹。

[0053] 对比例3

[0054] 对5A06合金铸锭均匀化后直接进行穿孔挤压，制备得到管材，质量合格，但由于5A06合金抗拉强度和屈服强度较低，不能满足航空器的应用要求。表2为本发明实施例1制备的管材与现有的5A06合金管材室温拉伸力学性能对比。

[0055] 表2

[0056] 本发明合金 307 161 18.7现有的5A06合金 240 103 28.8

[0057] 下表3为本发明实施例1-4与对比例1、2使用的合金及对比例3使用的合金名义成分：

[0058] 表3合金组分质量百分数(/％)

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[0060] 下表4为本发明实施例1-4及对比例1、2的制备工艺及实验结果：

[0061] 表4实施例、对比例及实验结果

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