一种航空用铝合金棒材及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于及侣合金制造领域，具体设及一种航空用侣合金棒材的合金元素配方 及生产方法，尤其是设及一种2017侣合金棒材合金元素成分设计与生产方法。
【背景技术】
[0002] 2017侣合金棒材是一种广泛应用于航空领域的侣合金切削材料，运种侣合金棒材 的生产一般包括烙炼、铸造、均匀化退火、挤压、冷拉、泽火、矫直、自然时效处理运几个工 序。在侣合金棒材的生产过程中会产生粗大晶粒组织即粗晶环，根据粗晶环出现的时间，将 其分为两类:第一类是在挤压过程中已形成的粗晶环，运类粗晶环的形成是由于挤压模具 工作带的长度W及入口的形状与摩擦力的作用造成金属流动不均匀。在反向挤压过程中， 加热炉加热后会使得铸棒外层溫度高，中屯、溫度低，外层金属所承受的变形程度比内层大， 晶粒受到剧烈的剪切变形，晶格崎变严重，再加上高溫，从而使外层金属再结晶溫度降低， 发生再结晶长大，形成粗晶环，而内层金属保持纤维晶组织;第二类粗晶环是在侣合金棒材 的泽火过程形成的，例如6061、7075、7050侣合金在泽火后，常常会出现较为严重的粗晶环 组织，运类粗晶环的形成一方面与挤压过程的挤压比（即不均匀变形)有关，还与合金里面 的元素化、Ti、Zr元素 W及铸造晶粒组织有关。
[0003] 在发明人对现有技术的研究中发现，现有的工艺技术在挤压时存在W下问题： (1)2017侣合金棒材的化学成分设计不够合理； (2 )反向挤压挤压溫度过高，达到460°C; (3) 反向挤压挤压比设计过大； (4) 反向挤压模具工作带设计过长； 巧)挤压模具出口采用在线泽火后进行冷拔工艺； (6)加热时采用到溫加热，保溫时间过久。
[0004] 上述6个方面决定了2017侣棒挤压出来会产生粗晶，W及对后续加工是否会产生 粗晶有直接影响。同时，2017侣合金棒材在挤压过程中也会造成变形的不均匀性。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术存在的上述问题，本发明提供一种无粗晶环、组织均匀、切削性 能良好、可W大批量生产的航空用侣合金棒材。
[0006] 本发明的另一目的是提供上述航空用侣合金棒材的制造方法。
[0007] 为实现本发明的上述目的，本发明一种航空用侣合金棒材对合金元素成分进行优 化设计，各合金元素质量百分含量为：Si : 0.3%-0.6%，Fe : 0.1%-0.5%，Cu: 3.4%-3.8%，Mg: 0.3〇/〇-〇. 5〇/〇，Mn: 0.5〇/〇-〇. 7〇/〇, Zn: 0.05〇/〇-〇. P/〇，Ti : 0.015〇/〇-〇. 025〇/〇, Zr: 0.02〇/〇-〇. 05〇/〇,其它元素 单个含量^ 0.045%，其它元素总量^ 0.1%，剩余为侣。
[000引本发明一种航空用侣合金棒材之各合金元素质量百分含量优选为：51:0.3%- 0.5%,Fe：0.2%-0.4%%,Cu:3.4%-3.6%,Mg: 0.3%-0.4%,Μη：0.55%-0.7%,Zn：0.06%-0.08%, Ti:ο.022%-0.025%,Zr：0.02%-0.05%0
[0009] 本发明提供的一种航空用侣合金棒材的制造方法包括W下工序： 1) 烙炼:将各合金元素原料放入倾倒式烙炼炉内进行烙炼，烙炼溫度为740°C-760°C， 使原料完全烙化，并得到成分分布均匀的烙体； 2) 净化处理、铸造成棒:对上述烙体进行净化处理，然后升溫到850°C-860°C，保溫26- 35min，W保溫30min为佳;接着再冷却到730°C-740°C将净化处理后的烙体铸造成铸棒，铸 造溫度为730°C-740°C，模盘溫度控制在690°C-710°C之间，铸造速度为95-105mm/min，铸造 水压为 0.06-0.12Mpa; 3) 均匀化退火:将铸造出来的铸棒进行均匀化退火工艺处理； 4) 热剥皮挤压:将均匀化退火后的铸棒放到挤压筒中进行热剥皮挤压处理得到侣合 金棒材半成品，挤压时采用高溫低速的方式，将铸棒溫度设置为420°C-440°C，挤压筒内筒 溫设置为400°C-420°C，并且.2-1.5mm/s的速度进行挤压，采用风冷泽火。
[0010] 所述的挤压筒采用2500T的挤压筒为宜，挤压处理的挤压比为27-29,挤压比优选 29。所述第3)步均匀化退火采用的工艺为:铸造出来的铸棒是在(460±5)°C-(28±2化的 条件下进行均匀化退火工艺处理;最优的条件是在460°C-2她的条件下进行均匀化退火工 艺处理，即：采用50°CA的升溫速率到460°C，保溫2她，采用渐进式冷却方法。
[0011] 对第4)步获得的侣合金棒材半成品进行限量冷拉拔处理，冷拉拔处理次数为两 次，第一次拉拔余量控制在7%-9%，第二次拉拔余量控制在4%-6%。所述冷拉拔采用打头抽管 的方式，加工率范围设置为1 〇%-12%。
[0012] 对冷拉拔处理后的棒材半成品进行泽火处理，所述泽火采用的泽火炉为电加热 炉，泽火溫度范围设置为495°c-510°c，泽火保溫时间为30-45min。
[0013] 对泽火后的侣合金棒材半成品切头300mm、切尾100mm后制成长度符合标准要求的 侣合金棒材，W利于进行自然时效处理。
[0014] 本发明一种航空用侣合金棒材及其制造方法采用W上技术方案后，具有W下优 占. y ?、、· (1)本发明通过对对合金元素成分进行优化设计后，使得材料不易发生晶粒长大现象。
[0015] (2)本发明通过制造工艺的调整W及后期限量变形量的增加，使得材料内部储存 了足够的能量，在泽火过程中，由原来的纤维晶变化为再结晶组织。运样材料就不会形成粗 晶环，而是形成了再结晶组织，材料的抗拉强度在420-450Mpa之间，屈服强度在340- 360Mpa，延伸率>12%，最终获得切削性能良好好、性能优异的航空用2017侣合金棒材。而常 规的工艺生产出来的2017棒材多数是纤维晶组织，各向异性明显，切削性能较差。
[0016] (3)本发明一种航空用侣合金棒材及其制造方法，能够使得生产出来的侣合金棒 材具有良好的室溫力学性能和切削性能，并且棒材无粗晶环，从而使各项性能达到标准要 求，实现该合金棒材的工业化批量生产。
【具体实施方式】
[0017] 为进一步描述本发明，下面结合具体实施例对本发明一种航空用侣合金棒材及其 制造方法做进一步详细说明。
[0018] 为了保证生产出来的航空用2017侣合金棒材具有良好的室溫力学性能和切削性 能，并且棒材粗晶环较浅甚至无粗晶环，材料晶界和晶内沿着挤压方向分布着较大的初生 相，有利于切削性能的提高，最终使得各项性能达到标准要求，实现该侣合金棒材的工业化 批量生产，本发明一种航空用侣合金棒材实施例中各合金元素质量百分含量如表1所示。
[0019] 表1航空用2017侣合金棒材各合金元素质量百分含量(％)
试验表明，在实施例1-6中，由于通过化学成分的调整可W控制粗晶环W及再结晶的形 成，按表1中的各合金元素质量百分含量进行配料，在进行烙炼时能有效地降低粗晶环的形 成。
[0020] 本发明提供的一种航空用侣合金棒材的制造方法包括W下工序： 1)烙炼:将各合金元素原料放入倾倒式烙炼炉内进行烙炼，烙炼溫度为740°C-760°C， 使原料完全烙化，并得到成分分布均匀的烙体； 2 )净化处理、铸造成棒:对上述烙体进行净化处理，对上述烙体进行净化处理，然后升 溫到850°C-860°C，保溫30min，冷却到730°C-740°C将净化处理后的烙体铸造成铸棒，铸造 溫度为730°C-740°C，模盘溫度控制在690°C-710°C之间，铸造速度为95-105mm/min，铸造水 压为 0.06-0.12Mpa; 3)均匀化退火:将铸造出来的铸棒在460°C-2化