一种高强2024铝合金薄壁角型材生产工艺的制作方法

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种高强2024铝合金薄壁角型材生产工艺。

背景技术：

2024铝合金又称为高强度硬铝，其挤压型材主要应用于飞机机身框架、机翼桁条、翼肋等受力结构件，其中2024铝合金挤压角型材产品大部分依赖进口，国内只有少数几家公司能够生产，但目前仍存在较多问题，主要体现：(1)2024铝合金强度较高，挤压变形抗力较大，难于挤压成型，差产品，且尺寸公差难以保证；(2)型材挤压效率过低；(3)立式淬火后型材变形及回弹性较大，致使整形较困难，成品率较低至35％左右。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强2024铝合金薄壁角型材生产工艺，以解决该型材产品成品率及生产效率低的问题。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种高强2024铝合金薄壁角型材生产工艺，具体以下步骤：

(1)对模具进行结构化处理，即在模具的挤压槽中增设导流结构；

(2)对铸棒进行均匀化处理，即均匀化温度为480～500℃，时间为20～30h；

(3)对铸棒进行热挤压处理，即将均质化后的铸棒在挤压前对铸棒、模具和挤压筒分别预热至400～420℃、440～460℃和440～460℃，及在挤压中对型材挤压出口速度提升至0.8m/min-1.0m/min；

(4)对型材进行拉伸处理，即将热挤压后的型材夹入拉伸装置并实施拉伸，拉伸伸长量为1％-1.5％；

(5)对型材进行淬火加热处理，即将拉伸后的型材送入立式淬火装置并实施淬火加热，淬火温度为450～470℃，淬火方式为水雾淬火；

(6)对型材进行拉伸矫直处理，即将淬火加热后的型材夹入拉伸矫直装置并实施拉伸、矫直，拉伸时间为淬火后2h以内，拉伸伸长量为0.3％-0.5％，并控制型材纵向弯曲度为1mm/m以内，平面间隙为0.3mm以下；

(7)对型材进行自然时效处理，即将拉伸矫直后的型材在空气中自然冷却至室温，时效时间为96h以上。

进一步，所述导流结构为在挤压槽的两端头设有导流坑，导流坑深度为挤压槽深度的1.1～1.3倍，且导流坑与挤压槽之间的连接处为圆弧过渡。

进一步，在步骤5)中，对淬火加热时型材实施分散吊装。

进一步，在步骤6)中，矫直完成后，切断型材两端的夹持部，保留中间部分。

进一步，在步骤7)之前，对型材进行人工时效处理，即将拉伸矫直后的型材装入带有循环热风装置的时效炉中并实施二阶段的人工时效，第一阶段的温度为280～320℃，时间为15～20h，第二阶段的温度为145～170℃，时间为6～10h。

进一步，装炉时，确保型材之间有大于1mm的间隙，使其热处理均匀。

本发明的有益技术效果是：

1、与现有平模比较通过增加模具导流结构，减小工作带尺寸有效降低了挤压抗力、提高型材尺寸精度。

2、与现有挤压工艺比较，通过优化挤压工艺参数，使各影响因素合理匹配，最终将角型材挤压效率由0.3m/min-0.5m/min提高到0.8m/min-1.0m/min，从而挤压生产效率提高近1倍。

3、与现有热处理工艺比较，在进行热处理前型材增加了一道拉伸工艺，最终型材纵向弯曲度由2-3mm/m降低到1mm/m以内，平面间隙由0.3mm-0.5mm降低到0.3mm以下，成品率达55％以上，从而解决了角型材热处理变形较大问题，使得成品率提高至少20％。

4、本发明在淬火加热处理后，型材变形较小，极大提高成品率，同时还降低后续矫直整形的难度。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的生产工艺流程示意图；

图2为本发明的模具结构化的俯视图；

图3为图2在一个方向上的立体图；

图4为本发明与现有技术的型材晶粒组织对比图，其中a为现有技术，b为本发明。

附图标记：1为模具，2为挤压槽，3为导流坑，4为圆弧过渡，5为成型腔。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1的生产工艺流程所示，本发明提供的一种高强2024铝合金薄壁角型材生产工艺，具体以下步骤：

(1)对模具进行结构化处理，即在模具的挤压槽中增设导流结构；

(2)对铸棒进行均匀化处理，即均匀化温度为485℃，时间为22h；

(3)对铸棒进行热挤压处理，即将均质化后的铸棒在挤压前对铸棒、模具和挤压筒分别预热至410℃、450℃和445℃，及在挤压中对型材挤压出口速度可提升至0.8m/min；

(4)对型材进行拉伸处理，即将热挤压后的型材夹入拉伸装置并实施拉伸，拉伸伸长量为1％；

(5)对型材进行淬火加热处理，即将拉伸后的型材送入立式淬火装置并实施淬火加热，淬火温度为460℃，淬火方式为水雾淬火；

(6)对型材进行拉伸矫直处理，即将淬火加热后的型材夹入拉伸矫直装置并实施拉伸、矫直，拉伸时间为淬火后2h以内，拉伸伸长量为0.3％，并控制型材纵向弯曲度为1mm/m以内，平面间隙为0.3mm以下；

(7)对型材进行自然时效处理，即将拉伸矫直后的型材在空气中自然冷却至室温，时效时间为100h。

通过采用上述方案，本发明与现有挤压工艺相较，通过优化挤压工艺参数，使各影响因素合理匹配，最终将角型材挤压效率由0.3m/min-0.5m/min提高到0.8m/min，从而挤压生产效率提高近1倍多；同时，本发明与现有热处理工艺比较，在进行热处理前型材增加了一道拉伸工艺，最终型材纵向弯曲度由2-3mm/m降低到1mm/m以内，平面间隙由0.3mm-0.5mm降低到0.3mm以下，成品率达55％以上，从而解决了角型材热处理变形较大问题，使得成品率提高至少20％；此外，本发明在淬火加热处理后，型材变形较小，极大提高成品率，同时还降低后续矫直整形的难度。并结合图4的晶粒对比图可以看出，本发明制备的型材晶粒组织相较于传统工艺制备的更加细化，即原来粗大的晶粒被有效分割成多个较小的晶粒，从而达到细化型材晶粒的作用。

如图2-3所示，本实施例中，所述模具1为圆柱形结构，其中心部位设置有内凹的挤压槽2，该挤压槽2内设有贯穿的成型腔5，所述导流结构为在模具1的挤压槽2的两端头设有导流坑3，用于促进铸棒流动，导流坑3呈喇叭口结构，其深度为挤压槽2深度的1.1～1.3倍，本例优选的为1.15倍，且导流坑3与挤压槽2之间的连接处为圆弧过渡4。这样，本发明与现有平模比较通过增加模具导流结构，从而有利于减小型材工作带尺寸，及有效降低了挤压抗力、提高型材尺寸精度。

本实施例中，在型材经过第一道拉伸处理后，对其进行下一步的立式淬火加热时，型材实施分散吊装，不进行受力捆绑。这样，利于降低后续拉伸矫直的困难度，并提高成品率。

实施例2：

本实施例与实施例1不同之处在于：在步骤2)中，均匀化处理温度为495℃，时间为28h；在步骤3)中，在挤压前对铸棒、模具和挤压筒分别预热至415℃、455℃和450℃，及在挤压中对型材挤压出口速度可提升至0.9m/min；在步骤4)中，拉伸伸长量为1.2％；在步骤5)中，淬火温度为465℃；在步骤6)中，拉伸伸长量为0.4％；并随后立即整形，并在矫直完成后，切断型材两端的夹持部，保留中间部分。通过采用上述方案，本发明可将角型材挤压效率提高到0.9m/min，且晶粒细化程度较高。

实施例3：

本实施例与上述实施例不同之处在于：在步骤2)中，均匀化处理温度为490℃，时间为25h；在步骤3)中，在挤压前对铸棒、模具和挤压筒分别预热至420℃、460℃和460℃，及在挤压中对型材挤压出口速度可提升至1.0m/min；在步骤4)中，拉伸伸长量为1.5％；在步骤5)中，淬火温度为470℃；在步骤6)中，拉伸伸长量为0.5％；并随后立即整形，并在矫直完成后，切断型材两端的夹持部，保留中间部分；在步骤7)之前，对型材还进行人工时效处理，即将拉伸矫直后的型材装入带有循环热风装置的时效炉中并实施二阶段的人工时效，第一阶段的温度为280～320℃，时间为15～20h，第二阶段的温度为145～170℃，时间为6～10h。装炉时，确保型材之间有大于1mm的间隙，使其热处理均匀。通过采用上述方案，本发明可将角型材挤压效率提高到1.0m/min，且晶粒更加细化。

本发明主要针对高强2024铝合金薄壁角型材挤压工艺技术进行研究，通过模具优化设计、挤压、拉伸及热处理工艺开发等相结合，最终实现提高该型材产品成品率和生产效率，可替代国外进口产品。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。