一种t6态航空用7075铝合金包覆蒙皮薄板的制备方法
技术领域
1.本发明属于航空型材领域，具体地说是一种t6态航空用7075铝合金包覆蒙皮薄板的制备方法。
背景技术：2.飞机用蒙皮薄板是长期暴露于环境中，对于材料的抗腐蚀性能及强度要求很高，7075铝合金属于al-zn-mg-cu系，是高强铝合金，包覆薄板给予合金更高的抗腐蚀能力，足以满足飞机高安全性，长寿命的设计使用要求。由于国内在航空包覆薄板的研制方面缺乏经验、国内民用航空飞机蒙皮材料主要来自国外进口。7075合金t6态包覆薄板在研制过程中存在包覆轧制过程中板材厚度控制精度低、表面质量差、机械性能不符合标准要求等困难，使得综合性能达不到技术设计要求，导致国产大飞机项目蒙皮材料一直依赖进口。南山铝业借助国家新材料应用示范平台(航空材料)相关生产线建设项目，加大对民机用铝合金薄板材料的研制，攻克了国外技术封锁，为国产大飞机用航空铝合金蒙皮板国产化奠定基础。
3.本发明通过合金成分优化、复合铸造焊合工艺、热冷轧工艺配合等技术手段，开发出各项性能指标全面满足ams4049标准的性能要求一种民机蒙皮用7075合金t6状态包覆蒙皮薄板。
4.7075合金属于高强度可热处理合金，起主要强化作用的元素为zn和mg，cu也有一定强化效果，但其主要作用是为了提高材料的抗腐蚀性能。7075合金具有良好机械性能，易于加工，抗腐蚀性能、抗氧化性好。代表用途有航空航天、模具加工、机械设备、工装夹具等领域。在航空领域不仅可以以型材的形式作为航空飞机结构件，也可作为蒙皮板用在飞机机翼上。
5.7075合金t6状态包覆薄板作为最终状态供应用于大型民机蒙皮用薄板，然而现有技术材料制备过程中性能不均匀，易出现包覆裂纹，包覆层厚度不均匀以及板型控制困难等无法很好的满足ams4048标准要求，因此需要系统从合金成分、包覆工艺及轧制工艺及热处理工艺等技术进行创新。
6.现有技术以生产满足ams4049标准及国产大飞机项目需求为技术研发前提根据客户对于航空蒙皮薄板的使用环境及性能需求进行工艺优化及性能提升。机翼蒙皮7系铝合金在实际使用过程中，不仅要承受高速下气流的冲击，同时需要较高的耐腐蚀性能。然而，目前国内还没有成熟的一套生产方法，在实际生产过程中由于板材厚度较薄仅1.6～3.25mm厚，特别是在必须控制好热精轧工序，为后续冷轧工序提供良好的变形条件，不然容易出现板材性能差异及厚度控制不均匀情况。也会导致使用过程中发生开裂、变形等，这些对于机翼蒙皮的使用寿命影响较大。
技术实现要素：7.本发明提供一种t6态航空用7075铝合金包覆蒙皮薄板的制备方法，用以解决现有
技术中的缺陷。
8.本发明通过以下技术方案予以实现：
9.一种t6态航空用7075铝合金包覆蒙皮薄板的制备方法，包括如下步骤：
10.步骤一：将包覆材与铸锭贴合后，包覆材四周距离铸锭边部20-30mm，长度方向每隔1000-1500mm进行以7075-f态铝合金作为焊合用材料进行固定焊合；
11.步骤二：将步骤一所得的包覆材与铸锭焊合的包覆铸锭加热至450-470℃，保温2-5h，进行热轧，热轧设置热粗20-23道次，前两道次焊合轧制，压下量控制2-3mm，轧制速度0.35-0.5m/s，后面道次均采用常规轧制模式，在第六道轧制开始添加乳液，第六道轧制到第八道轧制中上部乳化剂喷淋喷头开合度为10％，下部乳化剂喷淋量喷头开合度为40％，第九道轧制到最后一道轧制上部乳化剂喷淋喷头开合度为40％，下部乳化剂喷淋喷头开合度为80％，保持轧制最后一道；第三道轧制开始每道次压下量控制≤30mm，轧制速度控制≤2.0m/s，轧制间隙使用刷辊清理辊面，热粗轧厚度控制在35-45mm，进入5-8道热精轧，终轧温度控制300-330℃，热轧成品厚度为3.5-7.0mm；
12.步骤三：将热轧7.0-7.5mm厚度板材经过2-3道冷轧至1.60-3.25mm；
13.步骤四：冷轧过后的板材在370-380℃的温度下保温2h，降温至150℃以下出炉；
14.步骤五：退火完成后在465-470℃的温度下，保温30-60min，淬火降温，送入时效炉，时效温度120-125℃，时效时间24-36h，降温至室温，得t6态板材。
15.如上所述的一种t6态航空用7075铝合金包覆蒙皮薄板的制备方法，所述的步骤一中铸锭的的合金组成为：si含量低于0.08％，fe含量低于0.12％，zn含量5.6％-5.9％，cu含量1.3％-1.6％，mg含量2.4％-2.7％，mn含量低于0.1％，cr含量0.18％-0.21％，ti含量低于0.1％，其他杂质元素，单个不超过0.05％，总和不超过0.15％，余量为铝。
16.如上所述的一种t6态航空用7075铝合金包覆蒙皮薄板的制备方法，所述的铸锭制备方法为：将原料置于熔炼炉中，加入重熔铝锭及相同合金的废料，在740℃下熔炼，开始熔化后加入覆盖剂，当铝合金原料60-70％熔化后，开启电磁搅拌，全部熔化后进行成分调整，加入中间合金或添加剂来调整成分，然后扒渣、取样检测化学成分，成分合适后转移熔体到保温炉，然后将铸锭放入均质炉中进行均匀化热处理，采用双级均质工艺465
±
3℃/8-10h+475
±
3℃/25-30h，出炉推入冷却室快速冷却。
17.如上所述的一种t6态航空用7075铝合金包覆蒙皮薄板的制备方法，所述的包覆材采用抗腐蚀性能更高的低合金化7系铝板，包覆板厚度为13-15mm。对于成品厚度1.6-3.25mm的包铝薄板，最小包覆率为2％，名义包覆率设为3％，包铝薄板所使用包覆板厚度t的厚度为13-15mm，包覆板宽度＝芯锭有效轧制面宽度-(25
±
15mm)*2，包覆板长度＝芯锭长度-(200
±
10mm)*2。如上所述的一种t6态航空用7075铝合金包覆蒙皮薄板的制备方法，所述的。
18.本发明的优点是：
19.1、本发明通过改进轧制工艺，复合蒙皮薄板厚度以及热处理工艺，制备的大尺度7075铝合金t6态包覆薄板性能满足ams4048标准，包覆层厚度均匀，板型精准度高，综合性能达到国际先进水平；同时本发明通过大尺寸铸锭均匀化工艺的研究，确定了最佳均匀化工艺，使得经均匀化后结晶相得含量低于0.9％以下；热轧过程中的道次设置，热粗轧与热精轧的精确控制，润滑剂剂道次的使用以及冷轧变形量的控制，针对1.60～3.25mm薄板实
现了包覆达到＞2％的设计目标，并成功的保证了包覆层厚度不均匀问题以及表面质量较差的问题；而表面阳极氧化后的质量为b级以上；解决了生产过程工艺不稳定问题。
20.2、本发明轧制工艺优：热粗轧、热精轧及高精度冷轧相互配合，润滑乳液开启道次及喷淋量的精确控制，能够获得高质量表面、板材无翘曲、包覆均匀性高的1.60～3.25mm后的航空级铝合金包覆蒙皮薄板。生产出来的板材不仅保证了包覆板与基板之间的翘曲现象，同时由于后续有充足的润滑，阳极氧化表面质量达到b级
21.3、复合蒙皮薄板厚度：本发明开发了厚度范围在1.60～3.25mm厚的包覆薄板，该厚度的包覆t6态薄板可直接作为大飞机蒙皮外板使用。
22.4、热处理工艺：通过采用高智能化控制、高温控精度控制的连退线生产设备，合理制定热处理工艺优化参数，获得满足标准要求的所有性能指标。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明的技术协议书；
25.图2是本发明的包覆层设计图；
26.图3是本发明的冷轧后表面质量图；
27.图4是本发明实施例1包覆厚度检测结果图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例1：
30.1、铸锭化学成分：si含量低于0.08％，fe含量低于0.12％，zn含量5.6％～5.9％，cu含量1.3％～1.6％，mg含量2.4％～2.7％，mn含量低于0.1％，cr含量0.18％～0.21％，ti含量低于0.1％，其他杂质元素，单个不超过0.05％，总和不超过0.15％。
31.2、扁锭合金的制备方法：按照铝合金薄板成分及质量百分比准备原材料。将原料置于熔炼炉中，加入重熔铝锭及相同合金的废料，在740℃下熔炼，开始熔化后加入覆盖剂，当铝合金原料60～70％熔化后，开启电磁搅拌，全部熔化后进行成分调整，加入中间合金或添加剂来调整成分，然后扒渣、取样检测化学成分，成分合适后转移熔体到保温炉。采用炉侧混合气体精炼30-50min，当熔体温度达到710～740℃时，静置40min后经在线(snif除气、添加细化剂(al5ti1b点入量1.5～2.0kg/t)、ccf双级过滤)，浇铸成铝合金铸锭。过程控制含氢量小于0.12ml/100g.al，na含量2ppm以内，ca含量3ppm以内。渣尺寸20μm以上去除率95％以上。保证熔体中氢、渣含量满足航空铝合金要求。
32.3、均匀化工艺：将铸锭放入均质炉中进行均匀化热处理，采用双级均质工艺465
±
3℃/8～10h+475
±
3℃/25～30h，出炉推入冷却室快速冷却。铸锭铸造完成后，通过优化均匀化工艺获得残余第二相体积分数小于0.9％的优质均热铸锭。
33.4、包覆设计：包覆铝板采用抗腐蚀性能更高的低合金化7xxx铝板，包覆板厚度为13～15mm。对于成品厚度1.60～3.25mm的包铝薄板，最小包覆率为2％，名义包覆率设为3％，包铝薄板所使用包覆板厚度t的厚度为13-15mm，包覆板宽度＝芯锭有效轧制面宽度-(25
±
15mm)*2，包覆板长度＝芯锭长度-(200
±
10mm)*2。
34.5、复合焊合前准备：将包覆材在使用前进行单面刷磨，需保证刷磨质量，刷磨层均匀无遗漏，刷磨面严禁有灰尘、油污、铝屑等异物存在，目的去除表面氧化层。使用毛巾蘸丁酮或丙酮清洗剂擦拭铸锭表面，再用干净干毛巾擦拭铸锭表面，空气吹扫除去表面残留的丁酮或丙酮，保证擦拭后用白纸擦拭表面不发黑，避免层间夹渣的形成，从而避免包覆板在后续使用过程中出现“穿包”的风险。
35.6、焊合工艺：将包覆材与铸锭贴合后，四周距离边部20-30mm，长度方向每隔1000～1500mm进行固定焊合，焊合用材料为7075-f态铝合金，既保证了其固定强度，又有较高的延展性。
36.7、热轧工艺：将复合铸锭放至预加热炉加热至450-470℃，保温2～5h后，进行热轧。设置热粗20-23道次，前两道次焊合轧制，压下量控制2～3mm，轧制速度0.35～0.5m/s。后面道次采用常规轧制模式，第6道开启乳液，喷淋量上10％，下40％，第9到乳液喷淋量上40％，下80％，保持轧制最后一道。每道次压下量控制≤30mm，轧制速度控制≤2.0m/s，轧制间隙使用刷辊清理辊面，热粗轧厚度控制在35～45mm，进入5～8道热精轧，终轧温度控制300-330℃，热轧成品厚度为3.5～7.0mm。
37.8、冷轧工艺：针对1.60～3.25mm厚薄板，将热轧7.0～7.5mm厚度板材经过2～3道冷轧至1.60～3.25mm。
38.9、退火工艺：通过研究不同温度的退火工艺，制定370-380℃保温2小时，降温≤15℃/h，温度降低至150℃以下出炉。获得较高延伸率及完全再结晶状态的组织。
39.10、固溶时效工艺：将退火后板材，考虑到退火后组织仅存在少量的未溶解析出相，退火晶粒组织细小，如果采用高温固溶则会导致细小晶粒异常长大，形成粗晶形态进而影响包覆薄板的性能，因此，考虑采用稍低温度固溶不仅能够消除残留第二相，而且晶粒组织无长大。固溶时效在连退线中进行，固溶温度选择465-470℃，时效时间选择30～60min，固溶后直接经过淬火区淬火，然后进入时效区进行时效至t6态，时效制度为120～125℃，时效时间为24～36h,。
40.t6态包覆铝薄板的性能满足ams4048的要求，抗拉强度为555mpa，标准要求≥510mpa；屈服强度为486mpa；标准要求≥441mpa，伸长率为15.0％，高于标准要求≥9％；包覆层均匀性起伏约为0.5μm，包覆率2.6％，满足包覆率≥2％标准，阳极氧化后表面质量b级。
41.实施例2
42.1、铸锭化学成分：si含量低于0.08％，fe含量低于0.12％，zn含量5.6％～5.9％，cu含量1.3％～1.6％，mg含量2.4％～2.7％，mn含量低于0.1％，cr含量0.18％～0.21％，ti含量低于0.1％，其他杂质元素，单个不超过0.05％，总和不超过0.15％。
43.2、扁锭合金的制备方法：按照铝合金薄板成分及质量百分比准备原材料。将原料
置于熔炼炉中，加入重熔铝锭及相同合金的废料，在740℃下熔炼，开始熔化后加入覆盖剂，当铝合金原料60～70％熔化后，开启电磁搅拌，全部熔化后进行成分调整，加入中间合金或添加剂来调整成分，然后扒渣、取样检测化学成分，成分合适后转移熔体到保温炉。采用炉侧混合气体精炼30-50min，当熔体温度达到710～740℃时，静置40min后经在线(snif除气、添加细化剂(al5ti1b点入量1.5～2.0kg/t)、ccf双级过滤)，浇铸成铝合金铸锭。过程控制含氢量小于0.12ml/100g.al，na含量2ppm以内，ca含量3ppm以内。渣尺寸20μm以上去除率95％以上。保证熔体中氢、渣含量满足航空铝合金要求。
44.3、均匀化工艺：将铸锭放入均质炉中进行均匀化热处理，采用双级均质工艺465
±
3℃/8～10h+475
±
3℃/25～30h，出炉推入冷却室快速冷却。铸锭铸造完成后，通过优化均匀化工艺获得残余第二相体积分数小于0.9％的优质均热铸锭。
45.4、包覆设计：包覆铝板采用抗腐蚀性能更高的低合金化7xxx铝板，包覆板厚度为13～15mm。对于成品厚度1.60～3.25mm的包铝薄板，最小包覆率为2％，名义包覆率设为3％，包铝薄板所使用包覆板厚度t的厚度为13-15mm，包覆板宽度＝芯锭有效轧制面宽度-(25
±
15mm)*2，包覆板长度＝芯锭长度-(200
±
10mm)*2。
46.5、复合焊合前准备：将包覆材在使用前进行单面刷磨，需保证刷磨质量，刷磨层均匀无遗漏，刷磨面严禁有灰尘、油污、铝屑等异物存在，目的去除表面氧化层。使用毛巾蘸丁酮或丙酮清洗剂擦拭铸锭表面，再用干净干毛巾擦拭铸锭表面，空气吹扫除去表面残留的丁酮或丙酮，保证擦拭后用白纸擦拭表面不发黑，避免层间夹渣的形成，从而避免包覆板在后续使用过程中出现“穿包”的风险。
47.6、焊合工艺：将包覆材与铸锭贴合后，四周距离边部20-30mm，长度方向每隔1000～1500mm进行固定焊合，焊合用材料为7075-f态铝合金，既保证了其固定强度，又有较高的延展性。
48.7、热轧工艺：将复合铸锭放至预加热炉加热至450-470℃，保温2～5h后，进行热轧。设置热粗20-23道次，前两道次焊合轧制，压下量控制2～3mm，轧制速度0.35～0.5m/s。后面道次采用常规轧制模式，第4道开启乳液，喷淋量上10％，下40％，第9到乳液喷淋量上40％，下50％，保持轧制最后一道。每道次压下量控制≤30mm，轧制速度控制≤2.0m/s，轧制间隙使用刷辊清理辊面，热粗轧厚度控制在35～45mm，进入5～8道热精轧，终轧温度控制300-330℃，热轧成品厚度为3.5～7.0mm。
49.8、冷轧工艺：针对1.60～3.25mm厚薄板，将热轧7.0～7.5mm厚度板材经过2～3道冷轧至1.60～3.25mm。
50.9、退火工艺：通过研究不同温度的退火工艺，制定370-380℃保温2小时，降温≤15℃/h，温度降低至150℃以下出炉。获得较高延伸率及完全再结晶状态的组织。
51.10、固溶时效工艺：将退火后板材，考虑到退火后组织仅存在少量的未溶解析出相，退火晶粒组织细小，如果采用高温固溶则会导致细小晶粒异常长大，形成粗晶形态进而影响包覆薄板的性能，因此，考虑采用稍低温度固溶不仅能够消除残留第二相，而且晶粒组织无长大。固溶时效在连退线中进行，固溶温度选择465-470℃，时效时间选择30～60min，固溶后直接经过淬火区淬火，然后进入时效区进行时效至t6态，时效制度为120～125℃，时效时间为24～36h,。
52.t6态包覆铝薄板的性能满足ams4048的要求，抗拉强度为553mpa，标准要求≥
510mpa；屈服强度为482mpa；标准要求≥441mpa，伸长率为14.5％，高于标准要求≥9％；包覆层均匀性起伏约为0.7μm，包覆率2.5％，满足包覆率≥2％标准，阳极氧化后表面质量b级。
53.实施例3
54.1、铸锭化学成分：si含量低于0.08％，fe含量低于0.12％，zn含量5.6％～5.9％，cu含量1.3％～1.6％，mg含量2.4％～2.7％，mn含量低于0.1％，cr含量0.18％～0.21％，ti含量低于0.1％，其他杂质元素，单个不超过0.05％，总和不超过0.15％。
55.2、扁锭合金的制备方法：按照铝合金薄板成分及质量百分比准备原材料。将原料置于熔炼炉中，加入重熔铝锭及相同合金的废料，在740℃下熔炼，开始熔化后加入覆盖剂，当铝合金原料60～70％熔化后，开启电磁搅拌，全部熔化后进行成分调整，加入中间合金或添加剂来调整成分，然后扒渣、取样检测化学成分，成分合适后转移熔体到保温炉。采用炉侧混合气体精炼30-50min，当熔体温度达到710～740℃时，静置40min后经在线(snif除气、添加细化剂(al5ti1b点入量1.5～2.0kg/t)、ccf双级过滤)，浇铸成铝合金铸锭。过程控制含氢量小于0.12ml/100g.al，na含量2ppm以内，ca含量3ppm以内。渣尺寸20μm以上去除率95％以上。保证熔体中氢、渣含量满足航空铝合金要求。
56.3、均匀化工艺：将铸锭放入均质炉中进行均匀化热处理，采用双级均质工艺465
±
3℃/8～10h+475
±
3℃/25～30h，出炉推入冷却室快速冷却。铸锭铸造完成后，通过优化均匀化工艺获得残余第二相体积分数小于0.9％的优质均热铸锭。
57.4、包覆设计：包覆铝板采用抗腐蚀性能更高的低合金化7xxx铝板，包覆板厚度为13～15mm。对于成品厚度1.60～3.25mm的包铝薄板，最小包覆率为2％，名义包覆率设为3％，包铝薄板所使用包覆板厚度t的厚度为13-15mm，包覆板宽度＝芯锭有效轧制面宽度-(25
±
15mm)*2，包覆板长度＝芯锭长度-(200
±
10mm)*2。
58.5、复合焊合前准备：将包覆材在使用前进行单面刷磨，需保证刷磨质量，刷磨层均匀无遗漏，刷磨面严禁有灰尘、油污、铝屑等异物存在，目的去除表面氧化层。使用毛巾蘸丁酮或丙酮清洗剂擦拭铸锭表面，再用干净干毛巾擦拭铸锭表面，空气吹扫除去表面残留的丁酮或丙酮，保证擦拭后用白纸擦拭表面不发黑，避免层间夹渣的形成，从而避免包覆板在后续使用过程中出现“穿包”的风险。
59.6、焊合工艺：将包覆材与铸锭贴合后，四周距离边部20-30mm，长度方向每隔1000～1500mm进行固定焊合，焊合用材料为7075-f态铝合金，既保证了其固定强度，又有较高的延展性。
60.7、热轧工艺：将复合铸锭放至预加热炉加热至450-470℃，保温2～5h后，进行热轧。设置热粗20-23道次，前两道次焊合轧制，压下量控制2～3mm，轧制速度0.35～0.5m/s。后面道次采用常规轧制模式，第6道开启乳液，喷淋量上10％，下40％，第9到乳液喷淋量上40％，下80％，保持轧制最后一道。每道次压下量控制≤30mm，轧制速度控制≤2.0m/s，轧制间隙使用刷辊清理辊面，热粗轧厚度控制在35～45mm，进入5～8道热精轧，终轧温度控制300-330℃，热轧成品厚度为3.5～7.0mm。
61.8、冷轧工艺：针对1.60～3.25mm厚薄板，将热轧7.0～7.5mm厚度板材经过2～3道冷轧至1.60～3.25mm。
62.9、退火工艺：通过研究不同温度的退火工艺，制定370-380℃保温2小时，降温≤15
℃/h，温度降低至150℃以下出炉。获得较高延伸率及完全再结晶状态的组织。
63.10、固溶时效工艺：将退火后板材，考虑到退火后组织仅存在少量的未溶解析出相，退火晶粒组织细小，如果采用高温固溶则会导致细小晶粒异常长大，形成粗晶形态进而影响包覆薄板的性能，因此，考虑采用稍低温度固溶不仅能够消除残留第二相，而且晶粒组织无长大。固溶时效在连退线中进行，固溶温度选择467-475℃，时效时间选择30～45min，固溶后直接经过淬火区淬火，然后进入时效区进行时效至t6态，时效制度为120～125℃，时效时间为24～36h。
64.t6态包覆铝薄板的性能满足ams4048的要求，抗拉强度为525mpa，标准要求≥510mpa；屈服强度为472mpa；标准要求≥441mpa，伸长率为16.0％，高于标准要求≥9％；包覆层均匀性起伏约为0.5μm，包覆率2.6％，满足包覆率≥2％标准，阳极氧化后表面质量b级。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。