专利名称：一种无缝铝合金管的制造方法
技术领域：
本发明涉及铝合金管的制备技术，特别提供了一种无缝铝合金管的短工艺流程制备方法。
铝及其合金具有相对密度小，比强度高等特点，在飞机制造、汽车制造、船舶制造等工业上应用十分广泛。硬铝是铝合金中强度较高的一类，其中LY12属于高强度硬铝，在经淬火时效处理后有较高的强度和合格的塑性，是航空工业应用最广泛的一种硬铝。
无缝铝合金管的传统生产工艺核心部分包含以下内容管坯准备、热挤压、轧(拔、挤)管、精整。具体地可以有两条工艺路线，其一是实心铸锭，锻、轧、挤开坯后热穿孔，热挤，冷轧(拔、挤)；或者空心铸锭，热挤，冷轧(拔、挤)。在以上的工艺流程中其中热挤开坯是最关键的一道工序，其成本和效率决定了无缝铝合金管的成本及生产效率。热挤是无缝铝合金管生产中的第一道主变形工序，主要是将铝合金空心铸锭或穿孔挤压料经热挤压机挤出成为管材。在挤压过程中管材易出现各种挤压缺陷，如壁厚不均、表面划伤、横向裂纹、纵向裂纹及分层等。尤其对于LY12，它在铝合金挤压的难易程度分级中属于最难挤的V级，挤压温度高，热变形阻抗大，热挤压无缝管的成品率仅为60-70％。另外传统工艺设备要求高，生产批量要求大，不适应小批量、多品种精密管材的生产。
本发明的目的在于提供一种无缝铝合金管的制造方法，其工艺流程简短，对设备要求低，成品率高，特别适合小批量、多品种精密管材的生产。
本发明提供了一种无缝铝合金管的制造方法，包括空心管坯的制作，管坯铸锭热处理和冷轧步骤，其特征在于空心管坯的制作采用挤压铸造的方式，管坯内孔用钢质模芯，模具内表面及模芯表面预热至280～320℃，浇注温度为700～740℃，从浇铸结束到加压开始的静置时间不超过4秒，比压45～140Mpa，保压时间为最好60～120秒。
本发明无缝铝合金管的制造方法中，挤压铸造的脱模剂可以采用常规的脱模剂，以石墨为佳。
本发明无缝铝合金管的制造方法中，冷轧前对管坯铸锭进行热处理，热处理温度为485～505℃，热处理时间为6～12小时。
本发明将挤压铸造工艺应用于无缝管材的制造，发明了一种新的无缝铝合金管材生产工艺。挤压铸造是20世纪70年代在国际上兴起的一项新的材料加工工艺，它是使液态金属在较高的机械压力下凝固和成型，从而获得优质铸件的一种工艺方法。该工艺目前在国内外受到广泛重视，是具有广阔应用前景的一项材料成型技术。新的无缝管材生产工艺的特点是将挤压铸造技术与合适的热处理工艺相结合，从而大幅度提高铸锭的机械性能，并使之接近或达到同种合金锻件的水平。因此新工艺生产的空心铸锭可以不经过热压力加工开坯的过程而直接冷轧。新工艺由于跳过了传统工艺中的管坯准备和热挤压过程，从而避免了传统工艺过程中的各种缺陷，同时提高了材料的利用率。具体说明如下采用挤压铸造，管坯内孔用钢质模芯，为减小浇铸时液态金属对模具的热冲击创造一个较好的凝固温度场，模具内表面及模芯表面预热至300℃左右。脱模剂为石墨，可以保护模具内表面不被高温熔融铝合金侵蚀，并且减少脱模时铸件与模具内表面的摩擦。由于浇铸温度过低液态金属容易过早凝固，温度过高又容易加剧铸锭的偏析倾向，故浇注温度为700～740℃。从浇铸结束到加压开始的静置时间不应超过4秒，以防止加压前液态金属的部分凝固。比压大小直接影响铸锭的性能，比压过小铸锭的组织与性能的提高不明显，而比压过大一方面加重了设备的负荷，影响设备寿命，另一方面过大的比压也会加剧铸锭中的偏析倾向。因此根据实验结果将比压限制在45～140MPa。保压时间为60～120秒，以保证铸锭完全凝固为准。对于硬铝铸锭，热处理是非常关键的一道工序。铸锭的热处理温度为485～505℃。温度过低热处理效果不佳，温度过高铸锭易发生过烧。热处理时间为6～12小时即可有效提高铸锭的机械性能。热处理后的铸锭在车去内外表面的氧化皮后即可进行冷轧。
挤压铸造的空心管坯晶粒细小、组织致密，在经过合适的热处理后内部偏析消除，机械性能大大提高，完全满足冷轧无缝铝合金管材的要求。铸坯的道次变形量可达15～17％，超过铝合金冷变形下8～15％的临界变形量。下表可说明经过新工艺生产的无缝管材与传统工艺生产的管材机械性能达到了同一水平(T6处理)。
实例1材料为LY12采用挤压铸造工艺，浇注温度为740℃，静置时间少于4秒，比压为45Pa，保压时间80秒。脱模后铸锭在盐浴炉中经485℃下4小时的均匀化处理。铸锭尺寸为外径85mm、壁厚22.5mm、长度300mm。LY12的工业化生产冷轧管材的道次变形量不大于20％。由于LD60轧机的轧辊尺寸所限，将管坯加工至外径62mm、壁厚10mm。第一道次轧制后尺寸为外径59mm、壁厚8.5mm，变形量约为17％。轧制后机械性能为σb＝422MPa、σ0.2＝275MPa、δ＝12％。第二道轧制后尺寸为外径56mm、41mm、变形量18％。轧制后机械性能为σb＝426MPa、σ0.2＝285MPa、δ＝14％。轧制后的管材可继续加工或直接作为成品管使用。
实例2材料为ZL109采用挤压铸造工艺，浇注温度为710℃，静置时间少于4秒，比压为70MPa，保压时间60秒。脱模后铸锭在盐浴炉中经485℃下6小时的均匀化处理。铸锭尺寸为外径85mm、壁厚22.5mm、长度300mm。轧制前的机械性能为σb＝132MPa、σ0.2＝100MPa、δ＝20％。由于在传统工艺中ZL109只能作为铸造材料，无法加工为管材，因此该新工艺有可能制造出一种新的管材。下表可说明经过新工艺生产的无缝管材与传统工艺生产的管材机械性能达到了同一水平。
实例3材料为LF5采用挤压铸造工艺，浇注温度为710℃，静置时间少于4秒，比压为140MPa，保压时间120秒。铸锭尺寸为外径85mm、壁厚22.5mm、长度300mm。轧制后机械性能为σb＝269MPa、σ0.2＝141MPa、δ＝25％。下表可说明经过新工艺生产的无缝管材与传统工艺生产的管材机械性能达到了同一水平(T6处理)。
权利要求
1.一种无缝铝合金管的制造方法，包括空心管坯的制作，冷轧步骤，其特征在于空心管坯的制作采用挤压铸造的方式，管坯内孔用钢质模芯，模具内表面及模芯表面预热至280～320℃，浇注温度为700～740℃，从浇铸结束到加压开始的静置时间不超过4秒，比压45～140Mpa，保压时间为60～120秒。
2.按照权利要求1所述无缝铝合金管的制造方法，其特征在于挤压铸造的脱模剂为石墨。
3.按照权利要求1或2所述无缝铝合金管的制造方法，其特征在于冷轧前对管坯铸锭热处理，热处理温度为485～505℃，热处理时间为6～12小时。
全文摘要
一种无缝铝合金管的制造方法，包括空心管坯的制作，冷轧步骤，其特征在于空心管坯的制作采用挤压铸造的方式，管坯内孔用钢质模芯，模具内表面及模芯表面预热至280～320℃，浇注温度为700～740℃，从浇铸结束到加压开始的静置时间不超过4秒，比压45～140Mpa，保压时间为60～120秒。本发明工艺流程简短，对设备要求低，成品率高，特别适合小批量、多品种精密管材的生产。
文档编号B21B23/00GK1393297SQ0111414
公开日2003年1月29日 申请日期2001年6月28日 优先权日2001年6月28日
发明者钟勇, 阎德胜, 苏国跃, 杨柯 申请人:中国科学院金属研究所