[发明专利]一种航空用铝合金棒材的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于及铝合金制造领域，具体涉及一种航空用铝合金棒材的合金元素配方及生产方法，尤其是涉及一种2017铝合金棒材合金元素成分设计与生产方法。

背景技术

2017铝合金棒材是一种广泛应用于航空领域的铝合金切削材料，这种铝合金棒材的生产一般包括熔炼、铸造、均匀化退火、挤压、冷拉、淬火、矫直、自然时效处理这几个工序。在铝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，这类粗晶环的形成是由于挤压模具工作带的长度以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温度高，中心温度低，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，晶格畸变严重，再加上高温，从而使外层金属再结晶温度降低，发生再结晶长大，形成粗晶环，而内层金属保持纤维晶组织；第二类粗晶环是在铝合金棒材的淬火过程形成的，例如6061、7075、7050铝合金在淬火后，常常会出现较为严重的粗晶环组织，这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Fe、Ti、Zr元素以及铸造晶粒组织有关。

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以下问题：

(1)2017铝合金棒材的化学成分设计不够合理；

(2)反向挤压挤压温度过高，达到460℃；

(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；

(5)挤压模具出口采用在线淬火后进行冷拔工艺；

(6)加热时采用到温加热，保温时间过久。

上述6个方面决定了2017铝棒挤压出来会产生粗晶，以及对后续加工是否会产生粗晶有直接影响。同时，2017铝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

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、可以大批量生产的航空用铝合金棒材的制造方法。

为实现本发明的上述目的，本发明一种航空用铝合金棒材的制造方法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％-0.5％，Mn：0.5％-0.7％，Zn：0.05％-0.1％，Ti：0.015％-0.025％，Zr：0.02％-0.05％，其它元素单个含量≤0.045％，其它元素总量≤0.1％，剩余为铝。

本发明一种航空用铝合金棒材之各合金元素质量百分含量优选为：Si：0.3％-0.5％，Fe：0.2％-0.4％％，Cu:3.4％-3.6％，Mg:0.3％-0.4％，Mn：0.55％-0.7％，Zn：0.06％-0.08％，Ti：0.022％-0.025％，Zr：0.02％-0.05％。

本发明提供的一种航空用铝合金棒材的制造方法包括以下工序：

1)熔炼：将各合金元素原料放入倾倒式熔炼炉内进行熔炼，熔炼温度为740℃-760℃，使原料完全熔化，并得到成分分布均匀的熔体；

2)净化处理、铸造成棒：对上述熔体进行净化处理，然后升温到850℃-860℃，保温26-35min，以保温30min为佳；接着再冷却到730℃-740℃将净化处理后的熔体铸造成铸棒，铸造温度为730℃-740℃，模盘温度控制在690℃-710℃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铝合金棒材半成品,挤压时采用高温低速的方式，将铸棒温度设置为420℃-440℃，挤压筒内筒温设置为400℃-420℃，并且以1.2-1.5mm/s的速度进行挤压，采用风冷淬火。

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)℃—(28±2)h的条件下进行均匀化退火工艺处理；最优的条件是在460℃—28h的条件下进行均匀化退火工艺处理，即：采用50℃/h的升温速率到460℃，保温28h，采用渐进式冷却方法。