一种铝合金厚板叠层轧制工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料成型加工技术领域，尤其涉及一种铝合金厚板叠层乳制工
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【背景技术】
[0002]铝合金厚板是现代航天航空工业重要的结构材料，目前发达国家的铝工业界致力于开发能生产性能优异的新型铝合金厚板的新型工艺。其产品包括2024、7075、7050等高强铝合金，主要应用在航空工业的机身、机翼和蒙皮等部件。
[0003]目前生产铝合金厚板主要采用铸锭热乳法，一般选择厚度为600mm及以上的超厚规格铝合金铸锭坯料，按照常规热乳法生产工艺，即经过铣面、均匀化退火，然后直接从铸锭热乳成成品板材。这种方法使用的超厚规格铝合金铸锭坯料，铸锭表层至中心存在冷却速度梯度，使得铸锭存在宏观偏析、心部晶粒粗大、中心疏松及截面上组织不均匀、铸造应力和裂纹等严重的冶金质量问题。生产实践证明，此种铸造缺陷在后续的热加工工序中仍然残留并遗传至成品厚板，造成成品厚板的强韧性和疲劳性能降低，从而使优质厚板成品合格率急剧下降。
[0004]关于使用前述这样的常规方法来制造铝合金厚板的技术，在实际生产中存在如下问题，如生产7050合金4000mm宽/200mm厚板材，必须采用600mm厚度的铸锭，但是铸锭宏观偏析超过10%、中心部位显微疏松严重，疲劳性能难以达到使用要求。而在5A06、7075和2024大规格铸锭中经常出现的化合物偏析缺陷，也是造成厚板报废的主要原因。另外，为了消除超厚规格铸锭的微观偏析等缺陷，需要在460°C以上进行长时间的均匀化退火，实际操作过程中其生产效率较低，能耗较高。
[0005]如前所述，为提高铝合金厚板的质量，必须严格控制铸锭中存在的缺陷，而超厚规格铸锭生产时此种冶金缺陷问题至今未得到解决。
[0006]因此，如何提高铝合金厚板的质量，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是解决现有技术中铸锭存在的宏观偏析、心部晶粒粗大、中心疏松及截面上组织不均匀、铸造应力和裂纹等严重的冶金质量问题，并且在实际操作过程中提高生产效率、降低能耗。为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案:
[0008]—种铝合金厚板叠层乳制工艺，包括以下步骤:
[0009 ]熔体熔炼，将铝合金坯料进行熔炼，得到熔体；
[0010]铸锭铸造，将所述熔体铸造成厚度为350?450mm的铝合金铸锭；
[0011]铸锭铣面及均匀化处理，除去所述铝合金铸锭表面15?25mm厚的缺陷层，并锯掉浇铸收缩部分，然后将所述铝合金铸锭进行均匀化处理；
[0012]铸锭预乳，将所述铝合金铸锭进行预先乳制减薄，得到预乳后铸锭，预乳温度为400?460°C，预乳后铸锭的厚度为150?250mm;
[0013]表面处理及叠层电焊，用打磨或蚀洗的方法对所述预乳后铸锭的接触界面进行预处理，然后用叠层机装将预处理后的铸锭堆叠整齐，铸锭的叠层界面四周用电焊固定，得到叠层铸锭，再将所述叠层铸锭预热到400?460°C后进行叠层热乳焊接，道次压下量为10%?20% ；
[0014]叠层扩散退火，将所述叠层铸锭在温度为460°C的条件下进行扩散退火，退火时间为 12h;
[0015]热乳，将所述叠层铸锭冷却至400?460°C后进行热乳，得到铝合金厚板，所述铝合金厚板的热乳目标厚度为100?300mm。
[0016]优选地，在上述铝合金厚板叠层乳制工艺中，在熔体熔炼步骤中，所述铝合金坯料经过熔炼温度为700?750°C的熔炼后得到熔体A。
[0017]优选地，在上述铝合金厚板叠层乳制工艺中，在熔体熔炼步骤中，对所述熔体A进行在线除气处理，得到熔体B。
[0018]优选地，在上述铝合金厚板叠层乳制工艺中，在熔体熔炼步骤中，采用双转子除气系统对所述熔体A进行在线除气处理。
[0019]优选地，在上述铝合金厚板叠层乳制工艺中，所述熔体B的氢含量在0.12ml/10gAl以内。
[0020]优选地，在上述铝合金厚板叠层乳制工艺中，在熔体熔炼步骤中，对所述熔体B进行双级过滤，第一级采用30?40ppi陶瓷过滤板过滤，第二级采用40?60ppi陶瓷过滤板过滤，得到熔体C。
[0021]优选地，在上述铝合金厚板叠层乳制工艺中，在铸锭铸造步骤中，采用半连续铸造方法对所述熔体C进行铸造。
[0022]优选地，在上述铝合金厚板叠层乳制工艺中，在铸锭铣面及均匀化处理步骤中，采用铣床铣掉所述铝合金铸锭表面15?25mm厚的缺陷层。
[0023]优选地，在上述铝合金厚板叠层乳制工艺中，在铸锭铣面及均匀化处理步骤中，在箱式炉或井式炉中将所述铝合金铸锭进行均匀化处理。
[0024]优选地，在上述铝合金厚板叠层乳制工艺中，所述均匀化处理温度为460?475°C，保温时间范围为10?24h。
[0025]本发明提供的铝合金厚板叠层乳制工艺具有以下有益效果:本发明所制备的板材采用350?450mm的薄规格铝合金铸锭板材，保证了铸锭的优良冶金质量;叠层前通过铸锭预乳提高了铸锭截面组织均匀性;叠层乳制、扩散退火和热乳三步工序逐步提高了叠层界面处的冶金机械结合强度，有利于提高产品的性能;并采用扩散退火余热进行热乳，进一步节省了能源和便于连续生产。本发明与常规热乳铸锭法制备的铝合金厚板相比，板材缺陷少，组织均匀性好，产品强韧性及疲劳性能达标，成品率显著提升，具有较好的经济效益和社会效益。
【附图说明】
[0026]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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本发明提供的铝合金厚板叠层乳制工艺流程图；
[0028]图2为2024合金的原工艺与本发明叠层乳制工艺的金相组织对比图；
[0029]图3为7075合金的原工艺与本发明叠层乳制工艺的金相组织对比图；
[0030]图4为5A06合金的原工艺与本发明叠层乳制工艺的金相组织对比图；
[0031]图5为7050合金的原工艺与本发明叠层乳制工艺的金相组织对比图。
【具体实施方式】
[0032]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，都属于本发明保护的范围。
[0033]请参照图1，图1为本发明提供的铝合金厚板叠层乳制工艺流程图。
[0034]—种铝合金厚板叠层乳制工艺，包括以下步骤:
[0035]选料，首先需要根据所要生产的铝合金板材的材质来选择对应的铝合金坯料，例如2024合金、7075合金、5A06合金或7050合金等坯料；
[0036]熔体熔炼，将上述铝合金坯料进行熔炼，得到熔体;该步骤具体可包括熔炼及熔体处理:首先在熔炼温度为700?750°C的条件下熔炼得到熔体A，然后，采用双转子除气系统对熔体A进行在线除气处理，得到熔体B，熔体B的氢含量在0.12ml/100gAl以内，最后，对熔体B进行双级过滤，第一级采用30?40ppi陶瓷过滤板过滤，第二级采用40?60ppi陶瓷过滤板过滤，得到熔体C;
[0037]铸锭铸造，将上述过滤后的熔体C按常规半连续铸造方法进行铸造，得到厚度为350?450mm的薄规格的铝合金铸锭；
[0038]铸锭铣面及均匀化处理，用铣床除去铝合金铸锭表面15?25mm厚的缺陷层，并锯掉铸锭两端浇铸收缩部分，然后将铣面后的铝合金铸锭在箱式炉或井式炉中进行均匀化处理，得到处理后的铸锭;具体的，均匀后处理温度为460?475°C，保温时间范围为10?24h;
[0039]铸锭预乳，将铝合金铸锭进行预先乳制减薄，得到预乳后铸锭，预乳温度为400?460°C，预乳后铸锭的厚度为150?250mm;需要说明的是，在这个步骤中，需要对超过两层板厚的铝合金铸锭进行预乳处理，以提高铸锭截面组织均匀性；
[0040]表面处理及叠层电焊，用打磨或蚀洗的方法对预乳后铸锭的接触界面进行预处理，然后用叠层机装将预处理后的铸锭堆叠整齐，铸锭的叠层界面四周用电焊固定，得到叠层铸锭，再将叠层铸锭预热到400?460°C后进行叠层热乳焊接，道次压下量为10%?20% ;[0041 ]叠层扩散退火，将叠层铸锭在温度为460°C的条件下进行扩散退火，退火时间为12h；
[0042]热乳，将叠层铸锭冷却至400?460°C后进行热乳，得到铝合金厚板，铝合金厚板的热乳目标厚度为100?300mm。
[0043]下面，本文通过四个具体的实施例方案来介绍上述叠层乳制工艺。
[0044]实施例一:
[0045]实施例一具体介绍2024合金150mm厚板的双层复合乳制方案。该方案用于生产规格为150 X 1800 X 7500mm的2024铝合金厚板，具体包括以下步骤:
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