一种航天用铝合金板材的制造方法
【专利摘要】一种航天用铝合金板材的制造方法，本发明涉及铝合金板材的制造方法。本发明要解决现有板材的强度、断后伸长率、密度、焊接系数低，且拉应力腐蚀性能不满足航天用产品要求的问题。方法：一、制备铝合金熔液；二、制备方铸锭；三、退火；四、制备铝合金方铸锭；五、制备板材坯料；六、加热；七、制备铝合金板材；八、切断；九、固溶处理及淬火；十、时效处理；十一、切锯，即得到航天用铝合金板材。本发明用于一种航天用铝合金板材的制造。
【专利说明】一种航天用铝合金板材的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝合金板材的制造方法。
【背景技术】
[0002]目前，我国某项航天用产品需要一种特殊板材，要求此种铝合金T6状态板材抗拉强度达到540N/mm2、规定非比例延伸强度达到480N/mm2、断后伸长率达到8%、密度不大于
2.8g/cm3、氩弧焊焊接系数大于0.8、拉应力腐蚀性能在室温浸泡在3.5% NaCl溶液中加载0.75 σ α2断裂时间大于100h。但现有工艺生产的各类铝合金板材无法满足航天用品的应用要求。
【发明内容】
[0003]本发明要解决现有板材的强度、断后伸长率、密度、焊接系数低，且拉应力腐蚀性能不满足航天用产品要求的问题，而提供一种航天用铝合金板材的制造方法。
[0004]一种航天用铝合金板材的制造方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0005]一、制备铝合金熔液:首先按质量分数5.5%~6.5% Zn、1.8%~2.5% Mg、0.2%~0.4% Cu,0.05%~0.15% Zr,0.05%~0.10% Si,0.05%~0.15% Fe,0.2%~0.4% Mn,0.05%~0.1% Cr,0.01%~0.05% Ti,0.2%~0.3% Sc 和余量为铝称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝钪合金锭、铝锆合金锭、铝钛合金锭和铝钛硼晶粒细化剂，然后在温度为720V~760°C的熔炼炉中熔炼6h~9h，得到铝合金熔液；
[0006]二、制备方铸锭:在铸造温度为725°C~750°C、铸造速度为80mm/min~90mm/min、冷却水温度为18°C~25°C和冷却水强度为0.01MPa~0.03MPa的条件下将步骤一得到的铝合金熔液铸造成厚为440mm和宽为1300mm的方铸锭；
[0007]三、退火:将步骤二得到的方铸锭在温度为470°C~480°C的条件下保温20h~24h，出炉后自然冷却至室温得到退火后的方铸锭；
[0008]四、制备铝合金方铸锭:室温条件下使用刨床将退火后的方铸锭去表面的铸造氧化皮，得到厚为380mm~390mm和宽为1250mm的铝合金方铸锭；
[0009]五、制备板材还料:室温条件下使用锯床将厚为380mm~390mm和宽为1250mm的铝合金方铸锭切断成长度为1320mm、厚为380mm~390mm和宽为1250mm的板材坯料；
[0010]六、加热:将步骤五得到的板材坯料放入温度为375°C~420°C的电阻加热炉中加热，加热时间为12h~16h，得到热板材坯料；
[0011]七、制备铝合金板材:将步骤六得到的热板材坯料在开轧温度为380°C~420°C和终轧温度为350°C~370°C的条件下使用轧机轧制，得到铝合金板材；
[0012]八、切断:室温条件下使用锯床切除铝合金板材的缺陷部分，得到质量均一的铝合金板材；
[0013]九、固溶处理及淬火:将质量均一的铝合金板材在温度为470°C~480°C的条件下使用辊底炉进行固溶处理，处理时间为50min~60min，然后在温度为0°C~35°C的水中淬火Os~30s,得到淬火后的招合金板材；
[0014]十、时效处理:将淬火后的铝合金板材在温度为105°C~125°C下，保温22h~24h，得到时效处理后的铝合金板材；
[0015]十一、切锯:室温条件下使用锯床切锯时效处理后的铝合金板材，得到航天用铝合金板材。
[0016]本发明制备的航天用铝合金板材即为T6态铝合金板材。
[0017]本发明的有益效果是:本发明通过优化合金成分，轧制之后采用优化的固溶和时效工艺，达到了航天用产品对此合金板材的综合性能需求，制备的铝合金板材实体尺寸、表面质量良好，工业生产中成板材性能好,综合力学性能优良,通过GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》试验T6状态板材抗拉强度不小于540N/mm2、规定非比例延伸强度不小于480N/mm2、断后伸长率不小于8% ;通过HB5254《变形铝合金拉伸应力腐蚀试验方法》试验T6态铝合金板材的拉应力腐蚀性能在室温浸泡在3.5% NaCl溶液中加载0.75 σ α2断裂时间大于10h ;密度不大于2.8g/cm3、氩弧焊焊接系数大于0.8。
【具体实施方式】
[0018]本发明技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之间的任意组合。
[0019]【具体实施方式】一:本实施方式所述的一种航天用铝合金板材的制造方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0020]一、制备铝合金熔液:首先按质量分数5.5%~6.5% Ζη、1.8%~2.5% Mg、0.2%~0.4% Cu,0.05%~0.15% Zr,0.05%~0.10% Si,0.05%~0.15% Fe,0.2%~0.4% Mn,0.05%~0.1% Cr,0.01%~0.05% Ti,0.2%~0.3% Sc 和余量为铝称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝钪合金锭、铝锆合金锭、铝钛合金锭和铝钛硼晶粒细化剂，然后在温度为720V~760°C的熔炼炉中熔炼6h~9h，得到铝合金熔液；
[0021]二、制备方铸锭:在铸造温度为725°C~750°C、铸造速度为80mm/min~90mm/min、冷却水温度为18°C~25°C和冷却水强度为0.01MPa~0.03MPa的条件下将步骤一得到的铝合金熔液铸造成厚为440mm和宽为1300mm的方铸锭；
[0022]三、退火:将步骤二得到的方铸锭在温度为470°C~480°C的条件下保温20h~24h，出炉后自然冷却至室温得到退火后的方铸锭；
[0023]四、制备铝合金方铸锭:室温条件下使用刨床将退火后的方铸锭去表面的铸造氧化皮，得到厚为380mm~390mm和宽为1250mm的铝合金方铸锭；
[0024]五、制备板材还料:室温条件下使用锯床将厚为380mm~390mm和宽为1250mm的铝合金方铸锭切断成长度为1320mm、厚为380mm~390mm和宽为1250mm的板材坯料；
[0025]六、加热:将步骤五得到的板材坯料放入温度为375°C~420°C的电阻加热炉中加热，加热时间为12h~16h，得到热板材坯料；
[0026]七、制备铝合金板材:将步骤六得到的热板材坯料在开轧温度为380°C~420°C和终轧温度为350°C~370°C的条件下使用轧机轧制，得到铝合金板材；
[0027]八、切断:室温条件下使用锯床切除铝合金板材的缺陷部分，得到质量均一的铝合金板材；
[0028]九、固溶处理及淬火:将质量均一的铝合金板材在温度为470°C~480°C的条件下使用辊底炉进行固溶处理，处理时间为50min~60min，然后在温度为0°C~35°C的水中淬火Os~30s,得到淬火后的招合金板材；
[0029]十、时效处理:将淬火后的铝合金板材在温度为105°C~125°C下，保温22h~24h，得到时效处理后的铝合金板材；
[0030]十一、切锯:室温条件下使用锯床切锯时效处理后的铝合金板材，得到航天用铝合金板材。
[0031]本实施方式中的Si和Fe等杂质元素来源于铝锭。
[0032]本实施方式的铝合金板材中杂质Si ( 0.10%, Fe ( 0.15%，其他单个杂质(0.05%，此范围内的杂质对铝合金板材的性能没有影响。
[0033]本实施方式的有益效果是:本实施方式通过优化合金成分，轧制之后采用优化的固溶和时效工艺，达到了航天用产品对此合金板材的综合性能需求，制备的铝合金板材实体尺寸、表面质量良好,工业生产中成板材性能好,综合力学性能优良,通过GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》试验T6状态板材抗拉强度不小于540N/mm2、规定非比例延伸强度不小于480N/mm2、断后伸长率不小于8%;通过HB5254《变形铝合金拉伸应力腐蚀试验方法》试验T6态铝合金板材的拉应力腐蚀性能在室温浸泡在3.5% NaCl溶液中加载0.75 σ α2断裂时间大于10h ;密度不大于2.8g/cm3、氩弧焊焊接系数大于0.8。
[0034]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中首先按质量分数 6.0 % Zn,2.2 % Mg,0.3 % Cu,0.1 % Zr,0.05 % Si,0.08 % Fe,0.3 % Mn,0.05 % Cr、
0.03% Ti,0.2%~0.3% Sc和余量为铝称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝钪合金锭、铝锆合金锭、铝钛合金锭和铝钛硼晶粒细化剂，然后在温度为730°C的熔炼炉中熔炼7h，得到铝合金熔液。。其它与【具体实施方式】一相同。
[0035]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是:步骤二中在铸造温度为730°C、铸造速度为85mm/min、冷却水温度为22°C和冷却水强度为0.02MPa的条件下将步骤一得到的铝合金熔液铸造成厚为440mm和宽为1300mm的方铸锭。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0036]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是:步骤三中将步骤二得到的方铸锭在温度为475°C的条件下保温24h，出炉后自然冷却至室温得到退火后的方铸锭。其它与【具体实施方式】一至三相同。
[0037]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是:步骤五中室温条件下使用锯床将厚为380mm~390mm和宽为1250mm的铝合金方铸锭切断成长度为1320mm、厚为385mm和宽为1250mm的板材坯料。其它与【具体实施方式】一至四相同。
[0038]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是:步骤六中将步骤五得到的板材坯料放入温度为420 V的电阻加热炉中加热，加热时间为12h，得到热板材还料。其它与【具体实施方式】一至五相同。
[0039]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是:步骤七中将步骤六得到的热板材坯料在开轧温度为400°C和终轧温度为360°C的条件下使用轧机轧制，得到铝合金板材。其它与【具体实施方式】一至六相同。
[0040]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一至七之一不同的是:步骤九中将质量均一的铝合金板材在温度为475°C的条件下使用辊底炉进行固溶处理，处理时间为55min，然后在温度为18°C的水中淬火20s，得到淬火后的铝合金板材。其它与【具体实施方式】一至七相同。
[0041]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一至八之一不同的是:步骤十中将淬火后的铝合金板材在温度为120°C下，保温24h，得到时效处理后的铝合金板材。其它与【具体实施方式】一至八相同。
[0042]采用以下实施例验证本发明的有益效果:
[0043]实施例:
[0044]本实施例所述的一种航空用铝合金预拉伸板材的制造方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0045]一、制备铝合金熔液:首先按质量分数6.0% Zn、2.2%Mg、0.3% Cu、0.1% Zr、
0.05% Si,0.08% Fe,0.3% Mn,0.05% Cr,0.03% Ti,0.25% Sc 和余量为铝称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝钪合金锭、铝锆合金锭、铝钛合金锭和铝钛硼晶粒细化剂，然后在温度为730°C的熔炼炉中熔炼7h，得到铝合金熔液；
[0046]二、制备方铸锭:在铸造温度为730°C、铸造速度为85mm/min、冷却水温度为22°C和冷却水强度为0.02MPa的条件下将步骤一得到的铝合金熔液铸造成厚为440mm和宽为1300mm的方铸锭；
[0047]三、退火:将步骤二得到的方铸锭在温度为475°C的条件下保温24h，出炉后自然冷却至室温得到退火后的方铸锭；
[0048]四、制备铝合金方铸锭:室温条件下使用刨床将退火后的方铸锭去表面的铸造氧化皮，得到厚为385mm和宽为1250mm的铝合金方铸锭；
[0049]五、制备板材还料:室温条件下使用锯床将厚为385mm和宽为1250mm的招合金方铸锭切断成长度为1320mm、厚为385mm和宽为1250mm的板材坯料；
[0050]六、加热:将步骤五得到的板材坯料放入温度为410°C的电阻加热炉中加热，加热时间为12h,得到热板材还料；
[0051]七、制备铝合金板材:将步骤六得到的热板材坯料在开轧温度为400°C和终轧温度为365°C的条件下使用轧机轧制，得到铝合金板材；
[0052]八、切断:室温条件下使用锯床切除铝合金板材的缺陷部分，得到质量均一的铝合金板材；
[0053]九、固溶处理及淬火:将质量均一的铝合金板材在温度为475°C的条件下使用辊底炉进行固溶处理，处理时间为60min，然后在温度为18°C的水中淬火20s，得到淬火后的铝合金板材；
[0054]十、时效处理:将淬火后的铝合金板材在温度为120°C下，保温24h，得到时效处理后的招合金板材；
[0055]十一、切锯:室温条件下使用锯床切锯时效处理后的铝合金板材，得到航天用铝合金板材。
[0056]本实施例制备的航天用铝合金板材即为T6态铝合金板材。
[0057]通过GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》试验T6状态板材抗拉强度为565N/mm2、规定非比例延伸强度为515N/mm2、断后伸长率为10% ;通过HB5254《变形铝合金拉伸应力腐蚀试验方法》试验T6态铝合金板材的拉应力腐蚀性能在室温浸泡在3.5% NaCl溶液中加载0.75 σ α2断裂时间为220h ;密度为2.76g/cm3、氩弧焊焊接系数为0.85。
【权利要求】
1.一种航天用铝合金板材的制造方法，其特征在于一种航天用铝合金板材的制造方法是按以下步骤完成的: 一、制备铝合金熔液:首先按质量分数5.5%~6.5% Zn、l.8%~2.5% Mg、0.2%~0.4% Cu,0.05%~0.15% Zr,0.05%~0.10% Si,0.05%~0.15% Fe,0.2%~0.4% Mn,0.05%~0.l%Cr,0.01%~0.05% Ti,0.2%~0.3% Sc和余量为铝称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝钪合金锭、铝锆合金锭、铝钛合金锭和铝钛硼晶粒细化剂，然后在温度为720V~760°C的熔炼炉中熔炼6h~9h，得到铝合金熔液； 二、制备方铸锭:在铸造温度为725°C~750°C、铸造速度为80mm/min~90mm/min、冷却水温度为18°C~25°C和冷却水强度为0.01MPa~0.03MPa的条件下将步骤一得到的铝合金熔液铸造成厚为440mm和宽为1300mm的方铸锭； 三、退火:将步骤二得到的方铸锭在温度为470°C~480°C的条件下保温20h~24h，出炉后自然冷却至室温得到退火后的方铸锭； 四、制备铝合金方铸锭:室温条件下使用刨床将退火后的方铸锭去表面的铸造氧化皮，得到厚为380mm~390mm和宽为1250mm的铝合金方铸锭； 五、制备板材还料:室温条件下使用锯床将厚为380mm~390mm和宽为1250mm的招合金方铸锭切断成长度为1320mm、厚为380mm~390mm和宽为1250mm的板材坯料； 六、加热:将步骤五得到的板材坯料放入温度为375°C~420°C的电阻加热炉中加热，加热时间为12h~16h，得到热板材坯料； 七、制备铝合金板材:将步骤六得到的热板材坯料在开轧温度为380°C~420°C和终轧温度为350°C~370°C的条件下使用轧机轧制，得到铝合金板材； 八、切断:室温条件下使用锯床切除铝合金板材的缺陷部分，得到质量均一的铝合金板材； 九、固溶处理及淬火:将质量均一的铝合金板材在温度为470°C~480°C的条件下使用辊底炉进行固溶处理，处理时间为50min~60min，然后在温度为0°C~35°C的水中淬火Os~30s,得到淬火后的招合金板材； 十、时效处理:将淬火后的铝合金板材在温度为105°C~125°C下，保温22h~24h，得到时效处理后的铝合金板材； 十一、切锯:室温条件下使用锯床切锯时效处理后的铝合金板材，得到航天用铝合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种航天用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤一中首先按质量分数 6.0% Zn,2.2% Mg,0.3% Cu,0.1% Zr,0.05% Si,0.08% Fe,0.3% Mn、0.05% Cr,0.03% Ti,0.2%~0.3% Sc和余量为铝称取纯铝锭、纯铜锭、纯镁锭、纯锌锭、铝钪合金锭、铝锆合金锭、铝钛合金锭和铝钛硼晶粒细化剂，然后在温度为730°C的熔炼炉中熔炼7h，得到铝合金熔液。
3.根据权利要求1所述的一种航天用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤二中在铸造温度为730°C、铸造速度为85mm/min、冷却水温度为22°C和冷却水强度为0.02MPa的条件下将步骤一得到的铝合金熔液铸造成厚为440mm和宽为1300mm的方铸锭。
4.根据权利要求1所述的一种航天用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤三中将步骤二得到的方铸锭在温度为475°C的条件下保温24h，出炉后自然冷却至室温得到退火后的方铸。
5.根据权利要求1所述的一种航天用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤五中室温条件下使用锯床将厚为380mm~390mm和宽为1250mm的铝合金方铸锭切断成长度为1320mm、厚为385mm和宽为1250mm的板材坯料。
6.根据权利要求1所述的一种航天用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤六中将步骤五得到的板材坯料放入温度为420°C的电阻加热炉中加热，加热时间为12h，得到热板材坯料。
7.根据权利要求1所述的一种航天用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤七中将步骤六得到的热板材坯料在开轧温度为400°C和终轧温度为360°C的条件下使用轧机轧制，得到铝合金板材。
8.根据权利要求1所述的一种航天用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤九中将质量均一的铝合金板材在温度为475°C的条件下使用辊底炉进行固溶处理，处理时间为55min,然后在温度为18°C的水中淬火20s,得到淬火后的招合金板材。
9.根据权利要求1所述的一种航天用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤十中将淬火后的铝合金板材在温度为120°C下，保温24h，得到时效处理后的铝合金板材。
【文档编号】C22F1/053GK104178711SQ201410414588
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】祁艳华, 王英君, 刘显东, 丛福官, 刘平, 林森, 雷金琴, 左德运, 滕志贵 申请人:东北轻合金有限责任公司