專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)縫鋁合金管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金管的制備技術(shù)，特別提供了一種無(wú)縫鋁合金管的短工藝流程制備方法。
鋁及其合金具有相對(duì)密度小，比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，在飛機(jī)制造、汽車(chē)制造、船舶制造等工業(yè)上應(yīng)用十分廣泛。硬鋁是鋁合金中強(qiáng)度較高的一類(lèi)，其中LY12屬于高強(qiáng)度硬鋁，在經(jīng)淬火時(shí)效處理后有較高的強(qiáng)度和合格的塑性，是航空工業(yè)應(yīng)用最廣泛的一種硬鋁。
無(wú)縫鋁合金管的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝核心部分包含以下內(nèi)容管坯準(zhǔn)備、熱擠壓、軋(拔、擠)管、精整。具體地可以有兩條工藝路線(xiàn)，其一是實(shí)心鑄錠，鍛、軋、擠開(kāi)坯后熱穿孔，熱擠，冷軋(拔、擠)；或者空心鑄錠，熱擠，冷軋(拔、擠)。在以上的工藝流程中其中熱擠開(kāi)坯是最關(guān)鍵的一道工序，其成本和效率決定了無(wú)縫鋁合金管的成本及生產(chǎn)效率。熱擠是無(wú)縫鋁合金管生產(chǎn)中的第一道主變形工序，主要是將鋁合金空心鑄錠或穿孔擠壓料經(jīng)熱擠壓機(jī)擠出成為管材。在擠壓過(guò)程中管材易出現(xiàn)各種擠壓缺陷，如壁厚不均、表面劃傷、橫向裂紋、縱向裂紋及分層等。尤其對(duì)于LY12，它在鋁合金擠壓的難易程度分級(jí)中屬于最難擠的V級(jí)，擠壓溫度高，熱變形阻抗大，熱擠壓無(wú)縫管的成品率僅為60-70％。另外傳統(tǒng)工藝設(shè)備要求高，生產(chǎn)批量要求大，不適應(yīng)小批量、多品種精密管材的生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)縫鋁合金管的制造方法，其工藝流程簡(jiǎn)短，對(duì)設(shè)備要求低，成品率高，特別適合小批量、多品種精密管材的生產(chǎn)。
本發(fā)明提供了一種無(wú)縫鋁合金管的制造方法，包括空心管坯的制作，管坯鑄錠熱處理和冷軋步驟，其特征在于空心管坯的制作采用擠壓鑄造的方式，管坯內(nèi)孔用鋼質(zhì)模芯，模具內(nèi)表面及模芯表面預(yù)熱至280～320℃，澆注溫度為700～740℃，從澆鑄結(jié)束到加壓開(kāi)始的靜置時(shí)間不超過(guò)4秒，比壓45～140Mpa，保壓時(shí)間為最好60～120秒。
本發(fā)明無(wú)縫鋁合金管的制造方法中，擠壓鑄造的脫模劑可以采用常規(guī)的脫模劑，以石墨為佳。
本發(fā)明無(wú)縫鋁合金管的制造方法中，冷軋前對(duì)管坯鑄錠進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為485～505℃，熱處理時(shí)間為6～12小時(shí)。
本發(fā)明將擠壓鑄造工藝應(yīng)用于無(wú)縫管材的制造，發(fā)明了一種新的無(wú)縫鋁合金管材生產(chǎn)工藝。擠壓鑄造是20世紀(jì)70年代在國(guó)際上興起的一項(xiàng)新的材料加工工藝，它是使液態(tài)金屬在較高的機(jī)械壓力下凝固和成型，從而獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的一種工藝方法。該工藝目前在國(guó)內(nèi)外受到廣泛重視，是具有廣闊應(yīng)用前景的一項(xiàng)材料成型技術(shù)。新的無(wú)縫管材生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)是將擠壓鑄造技術(shù)與合適的熱處理工藝相結(jié)合，從而大幅度提高鑄錠的機(jī)械性能，并使之接近或達(dá)到同種合金鍛件的水平。因此新工藝生產(chǎn)的空心鑄錠可以不經(jīng)過(guò)熱壓力加工開(kāi)坯的過(guò)程而直接冷軋。新工藝由于跳過(guò)了傳統(tǒng)工藝中的管坯準(zhǔn)備和熱擠壓過(guò)程，從而避免了傳統(tǒng)工藝過(guò)程中的各種缺陷，同時(shí)提高了材料的利用率。具體說(shuō)明如下采用擠壓鑄造，管坯內(nèi)孔用鋼質(zhì)模芯，為減小澆鑄時(shí)液態(tài)金屬對(duì)模具的熱沖擊創(chuàng)造一個(gè)較好的凝固溫度場(chǎng)，模具內(nèi)表面及模芯表面預(yù)熱至300℃左右。脫模劑為石墨，可以保護(hù)模具內(nèi)表面不被高溫熔融鋁合金侵蝕，并且減少脫模時(shí)鑄件與模具內(nèi)表面的摩擦。由于澆鑄溫度過(guò)低液態(tài)金屬容易過(guò)早凝固，溫度過(guò)高又容易加劇鑄錠的偏析傾向，故澆注溫度為700～740℃。從澆鑄結(jié)束到加壓開(kāi)始的靜置時(shí)間不應(yīng)超過(guò)4秒，以防止加壓前液態(tài)金屬的部分凝固。比壓大小直接影響鑄錠的性能，比壓過(guò)小鑄錠的組織與性能的提高不明顯，而比壓過(guò)大一方面加重了設(shè)備的負(fù)荷，影響設(shè)備壽命，另一方面過(guò)大的比壓也會(huì)加劇鑄錠中的偏析傾向。因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果將比壓限制在45～140MPa。保壓時(shí)間為60～120秒，以保證鑄錠完全凝固為準(zhǔn)。對(duì)于硬鋁鑄錠，熱處理是非常關(guān)鍵的一道工序。鑄錠的熱處理溫度為485～505℃。溫度過(guò)低熱處理效果不佳，溫度過(guò)高鑄錠易發(fā)生過(guò)燒。熱處理時(shí)間為6～12小時(shí)即可有效提高鑄錠的機(jī)械性能。熱處理后的鑄錠在車(chē)去內(nèi)外表面的氧化皮后即可進(jìn)行冷軋。
擠壓鑄造的空心管坯晶粒細(xì)小、組織致密，在經(jīng)過(guò)合適的熱處理后內(nèi)部偏析消除，機(jī)械性能大大提高，完全滿(mǎn)足冷軋無(wú)縫鋁合金管材的要求。鑄坯的道次變形量可達(dá)15～17％，超過(guò)鋁合金冷變形下8～15％的臨界變形量。下表可說(shuō)明經(jīng)過(guò)新工藝生產(chǎn)的無(wú)縫管材與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的管材機(jī)械性能達(dá)到了同一水平(T6處理)。
實(shí)例1材料為L(zhǎng)Y12采用擠壓鑄造工藝，澆注溫度為740℃，靜置時(shí)間少于4秒，比壓為45Pa，保壓時(shí)間80秒。脫模后鑄錠在鹽浴爐中經(jīng)485℃下4小時(shí)的均勻化處理。鑄錠尺寸為外徑85mm、壁厚22.5mm、長(zhǎng)度300mm。LY12的工業(yè)化生產(chǎn)冷軋管材的道次變形量不大于20％。由于LD60軋機(jī)的軋輥尺寸所限，將管坯加工至外徑62mm、壁厚10mm。第一道次軋制后尺寸為外徑59mm、壁厚8.5mm，變形量約為17％。軋制后機(jī)械性能為σb＝422MPa、σ0.2＝275MPa、δ＝12％。第二道軋制后尺寸為外徑56mm、41mm、變形量18％。軋制后機(jī)械性能為σb＝426MPa、σ0.2＝285MPa、δ＝14％。軋制后的管材可繼續(xù)加工或直接作為成品管使用。
實(shí)例2材料為ZL109采用擠壓鑄造工藝，澆注溫度為710℃，靜置時(shí)間少于4秒，比壓為70MPa，保壓時(shí)間60秒。脫模后鑄錠在鹽浴爐中經(jīng)485℃下6小時(shí)的均勻化處理。鑄錠尺寸為外徑85mm、壁厚22.5mm、長(zhǎng)度300mm。軋制前的機(jī)械性能為σb＝132MPa、σ0.2＝100MPa、δ＝20％。由于在傳統(tǒng)工藝中ZL109只能作為鑄造材料，無(wú)法加工為管材，因此該新工藝有可能制造出一種新的管材。下表可說(shuō)明經(jīng)過(guò)新工藝生產(chǎn)的無(wú)縫管材與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的管材機(jī)械性能達(dá)到了同一水平。
實(shí)例3材料為L(zhǎng)F5采用擠壓鑄造工藝，澆注溫度為710℃，靜置時(shí)間少于4秒，比壓為140MPa，保壓時(shí)間120秒。鑄錠尺寸為外徑85mm、壁厚22.5mm、長(zhǎng)度300mm。軋制后機(jī)械性能為σb＝269MPa、σ0.2＝141MPa、δ＝25％。下表可說(shuō)明經(jīng)過(guò)新工藝生產(chǎn)的無(wú)縫管材與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的管材機(jī)械性能達(dá)到了同一水平(T6處理)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)縫鋁合金管的制造方法，包括空心管坯的制作，冷軋步驟，其特征在于空心管坯的制作采用擠壓鑄造的方式，管坯內(nèi)孔用鋼質(zhì)模芯，模具內(nèi)表面及模芯表面預(yù)熱至280～320℃，澆注溫度為700～740℃，從澆鑄結(jié)束到加壓開(kāi)始的靜置時(shí)間不超過(guò)4秒，比壓45～140Mpa，保壓時(shí)間為60～120秒。
2.按照權(quán)利要求1所述無(wú)縫鋁合金管的制造方法，其特征在于擠壓鑄造的脫模劑為石墨。
3.按照權(quán)利要求1或2所述無(wú)縫鋁合金管的制造方法，其特征在于冷軋前對(duì)管坯鑄錠熱處理，熱處理溫度為485～505℃，熱處理時(shí)間為6～12小時(shí)。
全文摘要
一種無(wú)縫鋁合金管的制造方法，包括空心管坯的制作，冷軋步驟，其特征在于空心管坯的制作采用擠壓鑄造的方式，管坯內(nèi)孔用鋼質(zhì)模芯，模具內(nèi)表面及模芯表面預(yù)熱至280～320℃，澆注溫度為700～740℃，從澆鑄結(jié)束到加壓開(kāi)始的靜置時(shí)間不超過(guò)4秒，比壓45～140Mpa，保壓時(shí)間為60～120秒。本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)短，對(duì)設(shè)備要求低，成品率高，特別適合小批量、多品種精密管材的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B21B23/00GK1393297SQ0111414
公開(kāi)日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月28日
發(fā)明者鐘勇, 閻德勝, 蘇國(guó)躍, 楊柯 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所