一种耐冲击船用桅杆的制备方法转让专利
申请号 : CN202111017689.5
文献号 : CN113444935B
文献日 : 2021-11-09
发明人 : 王呈刚 , 赵书锋 , 郭艳平 , 赵新颖 , 李珊珊 , 蔡文宗 , 秦向同
申请人 : 山东裕航特种合金装备有限公司
摘要 :
本发明涉及船用桅杆技术领域，具体涉及一种耐冲击船用桅杆的制备方法，包括如下步骤：（1）制备柱杆芯材；（2）制备柱杆壳体；（3）将柱杆芯材安装到柱杆壳体内，向柱杆壳体和柱杆芯材之间的空腔内填充玻璃纤维后，使用与柱杆壳体相同组分的铝合金密封空腔底端和顶端，得到柱杆；（4）使用柱杆组装桅杆。本发明采用强度高、耐冲击性能好的铝合金作为柱杆芯材，耐腐蚀性能好的铝合金作为柱杆壳体，制备了夹层结构的柱杆，以所述柱杆组装得到的船用桅杆既能满足承载能力、结构强度的要求，又具备良好的耐冲击性能，可满足探测设备的探测高度要求。
权利要求 :
1.一种耐冲击船用桅杆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备柱杆芯材，所述柱杆芯材各成分的质量百分比为：Mg：0.51%、Si：0.30%、Sc：0.25%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝；
所述柱杆芯材的制备方法包括如下步骤：（11）按照柱杆芯材的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
（12）加热铸锭，进行均匀化处理，加热温度为450 520℃，均匀化处理时间为2 5h；
~ ~
（13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，挤压温度为450 480℃，挤压速率为10 15m/min；
~ ~
（14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效，在线风冷淬火的冷却速度为50 75℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20 30℃；拉伸率为1 3%；人工时效温度为~ ~ ~
260 280℃，人工时效时间为2 3h；
~ ~
（2）制备柱杆壳体，所述柱杆壳体各组分的质量百分比为：Mg：0.55%、Si：0.33%、Zr：0.18%、Gd：0.18%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝；
所述柱杆壳体的制备方法包括如下步骤：（21）按照柱杆壳体的合金含量熔铸制备柱杆壳体铸锭；
（22）加热铸锭，进行均匀化处理，加热温度为550 600℃，均匀化处理时间为2 5h；
~ ~
（23）挤压铸锭，得到管状柱杆壳体，挤压温度为400 430℃，挤压速率为12 18m/min；
~ ~
（24）对柱杆壳体进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效，在线风冷淬火的冷却速度为80 100℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20 30℃；拉伸率为1 3%；人工时效温度为~ ~ ~
260 280℃，人工时效时间为2 3h；
~ ~
（3）将柱杆芯材安装到柱杆壳体内，向柱杆壳体和柱杆芯材之间的空腔内填充玻璃纤维后，使用与柱杆壳体相同组分的铝合金密封空腔底端和顶端，得到柱杆；
（4）使用柱杆组装桅杆。
说明书 :
一种耐冲击船用桅杆的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及船用桅杆技术领域，具体涉及一种耐冲击船用桅杆的制备方法。
背景技术
[0002] 桅杆是指船舶上悬挂帆和旗帜、装设天线、为雷达等探测设备提供安装平台的高的柱杆，其中，现代舰船的桅杆的最主要功能便是支撑雷达等探测设备。
[0003] 为保证探测设备的安全，桅杆需要具备优秀的承载能力和结构强度；同时雷达的探测效果也对桅杆的高度提出要求，一般而言，桅杆高度越高，雷达的探测效果越好。然而
随着桅杆高度增加，对桅杆承受船舶摆动产生的惯性力或风暴冲击等的要求也越高。
随着桅杆高度增加，对桅杆承受船舶摆动产生的惯性力或风暴冲击等的要求也越高。
[0004] 基于此，有必要提供一种耐冲击船用桅杆的制备方法。
发明内容
[0005] 针对桅杆耐冲击性能较弱的技术问题，本发明提供一种耐冲击船用桅杆的制备方法，采用强度高、耐冲击性能好的铝合金作为柱杆芯材，耐腐蚀性能好的铝合金作为柱杆壳
体，制备了夹层结构的柱杆，以所述柱杆组装得到的船用桅杆既能满足承载能力、结构强度
的要求，又具备良好的耐冲击性能，可满足探测设备的探测高度要求。
体，制备了夹层结构的柱杆，以所述柱杆组装得到的船用桅杆既能满足承载能力、结构强度
的要求，又具备良好的耐冲击性能，可满足探测设备的探测高度要求。
[0006] 一种耐冲击船用桅杆的制备方法，包括如下步骤：
[0007] （1）制备柱杆芯材，所述柱杆芯材各成分的质量百分比为：
[0008] Mg：0.45% 0.60%、Si：0.25% 0.40%、Fe≤0.35%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤~ ~
0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%、Sc：0.05% 0.25%，余量为铝；
~
0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%、Sc：0.05% 0.25%，余量为铝；
~
[0009] （2）制备柱杆壳体，所述柱杆壳体各组分的质量百分比为：
[0010] Mg：0.45% 0.90%、Si：0.20% 0.60%、Fe≤0.35%、Zr：0.10% 0.30%、Gd：0.10%~ ~ ~ ~
0.30%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%，余量为铝；
0.30%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%，余量为铝；
[0011] （3）将柱杆芯材安装到柱杆壳体内，向柱杆壳体和柱杆芯材之间的空腔内填充玻璃纤维后，使用与柱杆壳体相同组分的铝合金密封空腔底端和顶端，得到柱杆；
[0012] （4）使用柱杆组装桅杆。
[0013] 进一步的，所述柱杆芯材各成分的质量百分比为：
[0014] Mg：0.50% 0.55%、Si：0.30% 0.33%、Fe≤0.15%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤~ ~
0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%、Sc：0.15% 0.25%，余量为铝。
~
0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%、Sc：0.15% 0.25%，余量为铝。
~
[0015] 进一步的，所述柱杆芯材的制备方法包括如下步骤：
[0016] （11）按照柱杆芯材的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
[0017] （12）加热铸锭，进行均匀化处理；
[0018] （13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材；
[0019] （14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效。
[0020] 进一步的，所述步骤（12）的加热温度为450 520℃，均匀化处理时间为2 5h。~ ~
[0021] 进一步的，所述步骤（13）的挤压温度为450 480℃，挤压速率为10 15m/min。~ ~
[0022] 进一步的，所述步骤（14）的在线风冷淬火的冷却速度为50 75℃/s，在线风冷淬火~
后铝合金温度为20 30℃；
~
后铝合金温度为20 30℃；
~
[0023] 拉伸率为1 3%；~
[0024] 人工时效温度为260 280℃，人工时效时间为2 3h。~ ~
[0025] 进一步的，所述柱杆壳体各组分的质量百分比为：
[0026] Mg：0.50% 0.55%、Si：0.30% 0.33%、Fe≤0.15%、Zr：0.15% 0.25%、Gd：0.15%~ ~ ~ ~
0.25%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%，余量为铝。
0.25%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%，余量为铝。
[0027] 进一步的，所述柱杆壳体的制备方法包括如下步骤：
[0028] （21）按照柱杆壳体的合金含量熔铸制备柱杆壳体铸锭；
[0029] （22）加热铸锭，进行均匀化处理；
[0030] （23）挤压铸锭，得到管状柱杆壳体；
[0031] （24）对柱杆壳体进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效。
[0032] 进一步的，所述步骤（22）的加热温度为550 600℃，均匀化处理时间为2 5h。~ ~
[0033] 进一步的，所述步骤（23）的挤压温度为400 430℃，挤压速率为12 18m/min。~ ~
[0034] 进一步的，所述步骤（24）的在线风冷淬火的冷却速度为80 100℃/s，在线风冷淬~
火后铝合金温度为20 30℃；
~
火后铝合金温度为20 30℃；
~
[0035] 拉伸率为1 3%；~
[0036] 人工时效温度为260 280℃，人工时效时间为2 3h。~ ~
[0037] 本发明的有益效果在于：
[0038] 本发明提供一种耐冲击船用桅杆的制备方法，使用耐冲击性好、强度高的铝合金作为柱杆芯材，使用耐腐蚀性能好的铝合金作为柱杆壳体，并在柱杆芯材和柱杆壳体之间
填充有增强效果的玻璃纤维，兼顾了船用桅杆的耐冲击和耐腐蚀要求。
填充有增强效果的玻璃纤维，兼顾了船用桅杆的耐冲击和耐腐蚀要求。
[0039] 控制柱杆芯材、柱杆壳体的镁硅比，Mg2Si在Al中的溶解度高、强化效果好；并依据不同使用要求，向柱杆芯材中加入Sc提升强度，向柱杆壳体中加入Zr和Gd以增强耐腐蚀性
能。
能。
[0040] 适当调整柱杆壳体的冷却速度，使Mg2Si相颗粒更细小，从而使柱杆壳体具备更高的硬度；选取260 280℃的人工时效温度，进一步减少铝合金中的β相，提升材料耐晶间腐蚀
~
的能力。
~
的能力。
具体实施方式
[0041] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施
例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性
劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性
劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0042] 实施例1
[0043] 一种柱杆芯材，制备方法包括如下步骤：
[0044] （11）按照Mg：0.51%、Si：0.30%、Sc：0.25%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
[0045] （12）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为500℃，均匀化处理时间为3h；
[0046] （13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，其中挤压温度为480℃，挤压速率为12m/min；
[0047] （14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为60℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20 30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为260℃，人工时
~
效时间为2h。
~
效时间为2h。
[0048] 实施例2
[0049] 一种柱杆壳体，制备方法包括如下步骤：
[0050] （11）按照Mg：0.55%、Si：0.33%、Zr：0.18%、Gd：0.18%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
[0051] （12）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为580℃，均匀化处理时间为3h；
[0052] （13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，其中挤压温度为430℃，挤压速率为15m/min；
[0053] （14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为100℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20 30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为280℃，人工
~
时效时间为3h。
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时效时间为3h。
[0054] 实施例3
[0055] 一种耐冲击船用桅杆，制备方法包括如下步骤：
[0056] 使用实施例1制备的柱杆芯材和实施例2制备的柱杆壳体，将柱杆芯材安装到柱杆壳体内，向柱杆壳体和柱杆芯材之间的空腔内填充玻璃纤维后，使用与柱杆壳体相同组分
的铝合金密封空腔底端和顶端，得到柱杆，使用时可根据实际需要在柱杆外表面涂覆涂层；
根据桅杆设计图纸，使用柱杆组装桅杆。
的铝合金密封空腔底端和顶端，得到柱杆，使用时可根据实际需要在柱杆外表面涂覆涂层；
根据桅杆设计图纸，使用柱杆组装桅杆。
[0057] 对比例1
[0058] 一种柱杆芯材，制备方法包括如下步骤：
[0059] （11）按照Mg：0.51%、Si：0.30%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
[0060] （12）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为500℃，均匀化处理时间为3h；
[0061] （13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，其中挤压温度为480℃，挤压速率为12m/min；
[0062] （14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为60℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20 30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为260℃，人工时
~
效时间为2h。
~
效时间为2h。
[0063] 对比例2
[0064] 一种柱杆芯材，制备方法包括如下步骤：
[0065] （11）按照Mg：0.51%、Si：0.30%、Sc：0.25%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
[0066] （12）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为500℃，均匀化处理时间为3h；
[0067] （13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，其中挤压温度为480℃，挤压速率为12m/min；
[0068] （14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为50℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20 30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为200℃，人工时
~
效时间为2h。
~
效时间为2h。
[0069] 对比例3
[0070] 一种柱杆壳体，制备方法包括如下步骤：
[0071] （21）按照Mg：0.55%、Si：0.33%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆壳体铸锭；
[0072] （22）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为580℃，均匀化处理时间为3h；
[0073] （23）挤压铸锭，得到管状柱杆壳体，其中挤压温度为430℃，挤压速率为15m/min；
[0074] （24）对柱杆壳体进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为100℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20 30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为280℃，人工
~
时效时间为3h。
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时效时间为3h。
[0075] 对比例4
[0076] 一种柱杆壳体，制备方法包括如下步骤：
[0077] （21）按照Mg：0.55%、Si：0.33%、Zr：0.18%、Gd：0.18%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆壳体铸锭；
[0078] （22）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为580℃，均匀化处理时间为3h；
[0079] （23）挤压铸锭，得到管状柱杆壳体，其中挤压温度为430℃，挤压速率为15m/min；
[0080] （24）对柱杆壳体进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为50℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20 30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为200℃，人工时
~
效时间为3h。
~
效时间为3h。
[0081] 对实施例1 2及对比例1 4的铝合金材料进行力学性能检测，结果如下表1所示。~ ~
[0082] 表1 铝合金材料的力学性能检测结果
[0083]
[0084] 可以看出，采用本发明制备方法制得的柱杆芯材和柱杆壳体力学性能好，其中柱杆芯材的屈服强度≥235MPa，抗拉强度≥250Mpa，延伸率≥12.0%，通过对比对比例1 2可以
~
看出，添加Sc和适当提高人工时效温度，有利于柱杆芯材力学性能的提升；柱杆壳体的屈服
强度≥230MPa，抗拉强度≥240Mpa，延伸率≥11.5%，通过对比对比例3 4可以看出，添加Zr、
~
Gd和适当提升人工时效温度，有利于柱杆壳体力学性能的提升。本发明制备方法制得的柱
杆芯材和柱杆壳体能够满足船用桅杆对承载能力、结构强度的要求，具备一定的抵抗振动、
风暴冲击的能力。
~
看出，添加Sc和适当提高人工时效温度，有利于柱杆芯材力学性能的提升；柱杆壳体的屈服
强度≥230MPa，抗拉强度≥240Mpa，延伸率≥11.5%，通过对比对比例3 4可以看出，添加Zr、
~
Gd和适当提升人工时效温度，有利于柱杆壳体力学性能的提升。本发明制备方法制得的柱
杆芯材和柱杆壳体能够满足船用桅杆对承载能力、结构强度的要求，具备一定的抵抗振动、
风暴冲击的能力。
[0085] 分别准备规格为50×20×10mm的实施例2及对比例3 4试样，称重并记录后，浸泡~
于pH=8.0的3.5%氯化钠溶液中，30天后干燥样品，清洗表面腐蚀物后称重，计算腐蚀速率，
结果如表2所示。
于pH=8.0的3.5%氯化钠溶液中，30天后干燥样品，清洗表面腐蚀物后称重，计算腐蚀速率，
结果如表2所示。
[0086] 表2 铝合金材料的耐腐蚀性能检测结果
[0087]
[0088] 可以看出，采用本发明制备方法制得的柱杆壳体耐腐蚀性能良好，实施例2的30天‑7 ‑1 ‑2
平均腐蚀速率最慢，仅为3.86×10 g·h ·cm ，非常适合用作船用桅杆的外壳。
平均腐蚀速率最慢，仅为3.86×10 g·h ·cm ，非常适合用作船用桅杆的外壳。
[0089] 综上所述，本发明制备方法获得的船用桅杆既能满足承载能力、结构强度的要求，又具备良好的耐冲击性能，可满足探测设备的探测高度要求。
[0090] 尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各
种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领
域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的
保护范围之内。
种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领
域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的
保护范围之内。