专利名称：一种铝合金管材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金挤压管材及其制造方法。
背景技术：
Al-8.5ai-2.5Mg_2.2Cu合金(属于7xxx系合金)具有比强度高、加工性能好、抗腐蚀性能较好等优点，被广泛应用于各种飞机的机身、蒙皮、机翼梁、桁条以及飞机和火箭中的高强度结构零件等的制造，是航空航天领域中不可缺少的重要结构材料。对于7系高强高韧铝合金，其铸造难度较其它铝合金要高，DC (Direct Chilling Casting)铸造的发明大大推动了铝合金加工技术的发展。此后，除了采用铸轧和带式连铸生产薄板坯之外，几乎所有用于压力加工的铝合金锭坯，都采用DC铸造技术制备。铝合金的锭坯通常都采用立式DC铸造，为提高生产率，均采用多根连铸。但在铸造较大直径Φ ^Omm的圆铸锭，且其Si含量较高时，容易产生炸裂、疏松、粗晶环等缺陷。现有的7系铝合金管材存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率低的问题，而目前没有哪一种方法能够显著提高7系铝合金管材的抗拉强度、屈服强度及延伸率。
发明内容
针对现有的7系铝合金管材存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率低的问题，本发明提供一种铝合金管材及其制造方法，可有效解决上述问题。所述目的是通过如下方案实现的
一种铝合金管材，按元素的质量百分比由Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%，Cu :2. 0-2. 6%， Mn ( 0. 10%, Mg 2. 3-3. 0%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 0-9. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 10-0. 20%, Be 0. 0002-0. 00 ，单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且!^e的质量百分比 >Si的质量百分比。优选方案为，按元素的质量百分比由Si彡0. 12%，Fe ( 0. 25%，Cu :2. 1%， Mn ( 0. 10%, Mg 2. 9%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 15%, Be :0. 0018%,单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且!^e的质量百分比>Si的质量百分比。优选方案为，按元素的质量百分比由Si彡0. 12%，Fe ( 0. 25%，Cu :2. 5%， Mn ( 0. 10%, Mg 2. 4%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 2%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 18%, Be :0. 0003%,单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且!^e的质量百分比>Si的质量百分比。优选方案为，按元素的质量百分比由Si彡0. 12%，！^e彡0. 25%，Cu :2. 3%， Mn 彡 0. 10%, Mg 2. 6%, Cr 彡 0. 05%, Zn :8. 8%, Ti 彡 0. 03%, Zr :0. 11%, Be :0. 001%,单个杂质 ^ 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，余量为Al制成，且!^e的质量百分比>Si的质量百分比。本发明同时提供一种铝合金管材的制造方法，依次包括以下步骤
一、按照元素质量百分比 Si 彡 0. 12%, Fe 彡 0. 25%, Cu :2. 0-2. 6%, Mn 彡 0. 10%, Mg 2. 3-3. 0%, Cr 彡 0. 05%, Zn :8. 0-9. 0%, Ti 彡 0. 03%, Zr :0. 10-0. 20%, Be :0. 0002-0. 002%,单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，其余为々1，且!^的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700°C 750°C的条件下熔炼5 6h，然后按熔炼炉中金属质量的 0. 5% 0. 6%加入覆盖剂，在700°C 750°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31 33. 5 IWAr-Cl2 混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi 和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以430 460mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80 90 ；
四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690°C 720°C、水压为0. 03 0. lOMPa、速度为20 55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金空心圆铸锭；
所述步骤四的方案还可以用下述方案代替将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690°C 720°C、水压为0. 03 0. lOMPa、速度为20 55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成cj^90mm、长度为3. 5m的铝合金圆铸锭，再经过后期加工成为空心圆铸锭。五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成挤压坯料；
六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到465°C 475°C、保温20h 25h，再空
冷；
七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至390°C 430°C并保温0.5h 1. 5h，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为380°C 450°C的挤压机的挤压筒内，以0. 5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1. 5 2. 5% ；
八、将步骤七得到的挤压管材在温度为465°C 475°C、保温时间为0.5h 1.釙、转移时间< 30s、冷却水的温度为< 35°C的条件下淬火；
九、将步骤八得到的管材在温度为110°C 130°C、保温时间为20h 2 条件下时效。步骤二中所述的覆盖剂是2号熔剂，按质量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。所述空心圆铸锭的外径及内径分别为Φ 262mm/Φ 120mm，长度为600 615mm ；或者为 Φ 162mm/ Φ 130mm、长度为 190mm ；
步骤五中，将圆铸锭车皮、锯切成Φ 254mm/Φ 130mmX 600mm的挤压坯料。步骤七中，所述挤压机的挤压筒外径与内径分别为Φ 262mm/Φ 135mm。本发明的方法制造的铝合金管材，通过铝合金中元素含量比的严格控制和合理的热处理工艺制定，使铝合金管材的抗拉强度为650MPa 690MPa、屈服强度为600MPa 630MPa、延伸率7. 0 9. 0%，本发明的方法使铝合金微观组织均勻、细化，并获得了良好的综合性能。
具体实施例方式
下面详细阐述本发明优选的实施方式。实施例一本实施例提供一种铝合金管材的制造方法，依次包括以下步骤
一、按元素的质量百分比由Si 彡 0. 12%,Fe^O. 25%, Cu :2. 1%，Mn 彡 0. 10%,Mg 2. 9%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 15%, Be :0. 0018%,单个杂质彡 0. 05%，合计杂质 (0. 1%，余量为Al制成，且狗的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在700°C的条件下熔炼5.5h，然后按熔炼炉中金属质量的0. 55%加入2号熔剂，所述2号熔剂按质量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。然后，在700°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为32 1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi 和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以450mm/ min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80 90 ；
四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为710°C、水压为 0. 05MPa、速度为35mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成Φ沈2讓/Φ 120mm，长度为600— 615mm的铝合金空心圆铸锭；
五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成Φ254mm/Φ 130mmX 600mm的挤压坯料；
六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到470°C、保温20h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至390°C并保温0.证，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为380°C的Φ 262mm/ Φ 135mm的挤压机的挤压筒内，以0. 5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1. 5-2. 5% ；
八、将步骤七得到的挤压管材在温度为465°C、保温时间为1.证、转移时间<30s、冷却水的温度为< 35°C的条件下淬火；
九、将步骤八得到的管材在温度为110°C、保温时间为20h条件下时效。实验证明，用本实施例所述方法得到的铝合金管材的抗拉强度为655MPa、屈服强度为625MPa、延伸率8. 0%。实施例二
本实施例提供一种铝合金管材的制造方法，依次包括以下步骤
一、按元素的质量百分比由Si 彡 0. 12%,Fe^O. 25%, Cu 2. 5%, Mn 彡 0. 10%,Mg 2. 4%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 2%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 18%, Be :0. 0003%,单个杂质< 0. 05%，合计杂质 (0. 1%，余量为Al制成，且狗的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在730°C的条件下熔炼他，然后按熔炼炉中金属质量的0.5%加入2号熔剂，所述2号熔剂按质量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。然后，在730°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31 : 1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi 和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以430mm/ min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80 90 ；
四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690°C°C、水压为0. 03MPa、速度为20mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成Φ 262mm/ Φ 120mm、 长度为600 615mm的铝合金空心圆铸锭；
五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成Φ254mm/Φ 130mmX 600mm的挤压坯料；
六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到475°C、保温20h 25h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至415°C并保温1. ，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为415°C的Φ 262mm/ Φ 135mm的挤压机的挤压筒内，以0. 5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1. 5-2. 5% ；
八、将步骤七得到的挤压管材在温度为475°C、保温时间为0.证、转移时间<30s、冷却水的温度为< 35°C的条件下淬火；
九、将步骤八得到的管材在温度为130°C、保温时间为2 条件下时效。实验证明，用本实施例所述方法得到的铝合金管材的抗拉强度为690MPa、屈服强度为640MPa、延伸率8. 8%。实施例三
本实施例提供一种铝合金管材的制造方法，依次包括以下步骤
一、按元素的质量百分比由Si 彡 0. 12%,Fe^O. 25%, Cu 2. 3%, Mn 彡 0. 10%,Mg 2. 6%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 8%, Ti ( 0. 03%, Zr :0. 11%, Be :0. 001%,单个杂质< 0. 05%,合计杂质 (0. 1%，余量为Al制成，且狗的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；
二、加热温度在750°C的条件下熔炼5h，然后按熔炼炉中金属质量的0.6%加入2号熔剂，所述2号熔剂按质量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。然后，在750°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为33. 5 : 1的Ar-Cl2混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；
三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi 和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以460mm/ min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80 90 ；
四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为720°C、水压为 0. lOMPa、速度为55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成Φ沈2讓/Φ 120mm、长度为600 615mm的铝合金空心圆铸锭；
五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成Φ254mm/Φ 130mmX 600mm的挤压坯料；
六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到465°C保温22h，再空冷；
七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至430°C并保温lh，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为450°C的Φ 262mm/Φ 135mm的挤压机的挤压筒内，以0. 5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1. 5 2. 5% ；
八、将步骤七得到的挤压管材在温度为470°C、保温时间为lh、转移时间<30s、冷却水的温度为< 35°C的条件下淬火；
九、将步骤八得到的管材在温度为120°C、保温时间为2 条件下时效。
实验证明，用本实施例所述方法得到的铝合金管材的抗拉强度为678MPa、屈服强度为630MPa、延伸率9. 0%。实施例四
本实施例与实施例三的区别点只在于，用下述方案代替步骤四所述方案将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690°C 720°C、水压为0. 03 0. lOMPa、速度为20 55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成(j^90mm、长度为 3. 5m的铝合金圆铸锭，再经过后期加工成为空心圆铸锭。后期加工工序为钻孔一粗车外皮 —镗孔一精车内孔一精车外皮。实验证明，用本实施例所述方法得到的铝合金管材的抗拉强度为678MPa、屈服强度为635MPa、延伸率9. 0%。上述实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要是没有超出本专利的精神实质，都示为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
权利要求
1.一种铝合金管材，其特征在于，按元素的质量百分比由Si ( 0. 12%，Fe ( 0. 25%， Cu 2. 0-2. 6%, Mn ( 0. 10%, Mg :2. 3-3. 0%, Cr ( 0. 05%, Zn :8. 0-9. 0%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 10-0. 20%, Be :0. 0002-0. 002%,单个杂质< 0. 05%,合计杂质< 0. 1%，余量为 Al 制成，且 Fe的质量百分比>Si的质量百分比。
2.根据权利要求1所述的铝合金管材，其特征在于，按元素的质量百分比由 Si 彡 0. 12%, Fe 彡 0. 25%, Cu :2. 1%，Mn 彡 0. 10%, Mg :2. 9%, Cr 彡 0. 05%, Zn :8. 5%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 15%，Be :0. 0018%，单个杂质彡0. 05%，合计杂质彡0. 1%，余量为Al制成， 且狗的质量百分比>Si的质量百分比。
3.根据权利要求1所述的铝合金管材，其特征在于，按元素的质量百分比由 Si 彡 0. 12%, Fe 彡 0. 25%, Cu :2. 5%, Mn 彡 0. 10%, Mg :2. 4%, Cr 彡 0. 05%, Zn :8. 2%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 18%，Be :0. 0003%，单个杂质彡0. 05%，合计杂质彡0. 1%，余量为Al制成， 且狗的质量百分比>Si的质量百分比。
4.根据权利要求1所述的铝合金管材，其特征在于，按元素的质量百分比由 Si 彡 0. 12%, Fe 彡 0. 25%, Cu :2. 3%, Mn 彡 0. 10%, Mg :2. 6%, Cr 彡 0. 05%, Zn :8. 8%, Ti ( 0. 03%, Zr 0. 11%，Be :0. 001%，单个杂质彡0. 05%，合计杂质彡0. 1%，余量为Al制成， 且狗的质量百分比>Si的质量百分比。
5.一种前述权利要求铝合金管材的制造方法，其特征在于依次包括以下步骤一、按照元素质量百分比Si 彡 0. 12%, Fe 彡 0. 25%, Cu :2. 0-2. 6%, Mn 彡 0. 10%, Mg 2. 3-3. 0%, Cr 彡 0. 05%, Zn :8. 0-9. 0%, Ti 彡 0. 03%, Zr :0. 10-0. 20%, Be :0. 0002-0. 002%,单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 1%，其余为々1，且!^的质量百分比>Si的质量百分比进行配料，将原材料加入到干燥的熔炼炉中，并加热；二、加热温度在700°C 750°C的条件下熔炼5 6h，然后按熔炼炉中金属质量的 0. 5% 0. 6%加入覆盖剂，在700°C 750°C的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在IOh 14h的时间内全部熔化，开启搅拌，然后用氩气与氯气的体积比为31 33. 5 IWAr-Cl2 混合气体精炼，静置30min，得到铝合金熔液；三、将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤二得到的铝合金熔液依次经过30ppi 和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以430 460mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入合金熔液中，铝钛硼细化剂与铝合金溶液重量比为1:80 90 ；四、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690°C 720°C、水压为0. 03 0. lOMPa、速度为20 55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成铝合金空心圆铸锭；五、将步骤四得到的空心圆铸锭车皮、锯切成挤压坯料；六、将步骤五得到的铝合金空心圆铸锭加热到465°C 475°C、保温20h 25h，再空冷；七、将步骤六得到的铝合金空心圆铸锭加热至390°C 430°C并保温0.5h 1. 5h，然后将铝合金空心圆铸锭放置在温度为380°C 450°C的挤压机的挤压筒内，以0. 5m/min的挤压速度、25的挤压比将铝合金空心圆铸锭挤压成管材半成品；预拉伸变形量为1. 5 2. 5% ；八、将步骤七得到的挤压管材在温度为465°C 475°C、保温时间为0.5h 1.证、转移时间< 30s、冷却水的温度为< 35°C的条件下淬火；九、将步骤八得到的管材在温度为110°C 130°C、保温时间为20h 2 条件下时效。
6.根据权利要求5所述铝合金管材的制造方法，其特征在于步骤二中所述的覆盖剂是 2号熔剂，按质量百分比由50%KC1和50% NaCl混合而成。
7.根据权利要求5所述铝合金管材的制造方法，其特征在于用下述方案代替步骤四所述方案将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为690°C 720°C、水压为0. 03 0. lOMPa、速度为20 55mm/min的条件下将步骤三所得的合金熔液铸造成(j^90mm、长度为3. 5m的铝合金圆铸锭，再经过后期加工成为空心圆铸锭。
8.根据权利要求5或7所述铝合金管材的制造方法，其特征在于所述空心圆铸锭的外径及内径分别为Φ 262謹/ Φ 120謹，长度为600 615謹；或者为Φ 162謹/ Φ 130謹、长度为 190mmo
9.根据权利要求8所述铝合金管材的制造方法，其特征在于步骤五中，将圆铸锭车皮、 锯切成Φ 254mm/ Φ 130mm X 600mm的挤压坯料。
10.根据权利要求9所述铝合金管材的制造方法，其特征在于步骤七中，所述挤压机的挤压筒外径与内径分别为Φ 262mm/ Φ 135mm。
全文摘要
针对现有的7系铝合金管材存在抗拉强度低、屈服强度低、延伸率低的问题，本发明提供一种铝合金管材，按元素的质量百分比由Si≤0.12%，Fe≤0.25%，Cu2.0-2.6%，Mn≤0.10%，Mg2.3-3.0%，Cr≤0.05%，Zn8.0-9.0%，Ti≤0.03%，Zr0.10-0.20%，Be0.0002-0.002%，单个杂质≤0.05%，合计杂质≤0.1%，余量为Al制成，且Fe的质量百分比>Si的质量百分比。本发明同时提供一种一种铝合金管材的制造方法，依次包括一、原材料配比、熔炼、铸造；二、均匀化退火；三、将铝合金空心圆铸锭挤压成管材；四、淬火；五、时效的步骤。本发明可以使铝合金管材的抗拉强度达到650MPa～690MPa、屈服强度为600MPa～630MPa、延伸率7.0～9.0%。
文档编号C22C21/06GK102337435SQ20111033665
公开日2012年2月1日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者李念奎, 范长龙 申请人:哈尔滨中飞新技术股份有限公司