一種航天用鋁合金板材的制造方法
【專利摘要】一種航天用鋁合金板材的制造方法，本發(fā)明涉及鋁合金板材的制造方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有板材的強度、斷后伸長率、密度、焊接系數(shù)低，且拉應力腐蝕性能不滿足航天用產(chǎn)品要求的問題。方法：一、制備鋁合金熔液；二、制備方鑄錠；三、退火；四、制備鋁合金方鑄錠；五、制備板材坯料；六、加熱；七、制備鋁合金板材；八、切斷；九、固溶處理及淬火；十、時效處理；十一、切鋸，即得到航天用鋁合金板材。本發(fā)明用于一種航天用鋁合金板材的制造。
【專利說明】一種航天用鋁合金板材的制造方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金板材的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國某項航天用產(chǎn)品需要一種特殊板材，要求此種鋁合金T6狀態(tài)板材抗拉強度達到540N/mm2、規(guī)定非比例延伸強度達到480N/mm2、斷后伸長率達到8%、密度不大于
2.8g/cm3、氬弧焊焊接系數(shù)大于0.8、拉應力腐蝕性能在室溫浸泡在3.5% NaCl溶液中加載0.75 σ α2斷裂時間大于100h。但現(xiàn)有工藝生產(chǎn)的各類鋁合金板材無法滿足航天用品的應用要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決現(xiàn)有板材的強度、斷后伸長率、密度、焊接系數(shù)低，且拉應力腐蝕性能不滿足航天用產(chǎn)品要求的問題，而提供一種航天用鋁合金板材的制造方法。
[0004]一種航天用鋁合金板材的制造方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0005]一、制備鋁合金熔液:首先按質(zhì)量分數(shù)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 和余量為鋁稱取純鋁錠、純銅錠、純鎂錠、純鋅錠、鋁鈧合金錠、鋁鋯合金錠、鋁鈦合金錠和鋁鈦硼晶粒細化劑，然后在溫度為720V~760°C的熔煉爐中熔煉6h~9h，得到鋁合金熔液；
[0006]二、制備方鑄錠:在鑄造溫度為725°C~750°C、鑄造速度為80mm/min~90mm/min、冷卻水溫度為18°C~25°C和冷卻水強度為0.01MPa~0.03MPa的條件下將步驟一得到的鋁合金熔液鑄造成厚為440mm和寬為1300mm的方鑄錠；
[0007]三、退火:將步驟二得到的方鑄錠在溫度為470°C~480°C的條件下保溫20h~24h，出爐后自然冷卻至室溫得到退火后的方鑄錠；
[0008]四、制備鋁合金方鑄錠:室溫條件下使用刨床將退火后的方鑄錠去表面的鑄造氧化皮，得到厚為380mm~390mm和寬為1250mm的鋁合金方鑄錠；
[0009]五、制備板材還料:室溫條件下使用鋸床將厚為380mm~390mm和寬為1250mm的鋁合金方鑄錠切斷成長度為1320mm、厚為380mm~390mm和寬為1250mm的板材坯料；
[0010]六、加熱:將步驟五得到的板材坯料放入溫度為375°C~420°C的電阻加熱爐中加熱，加熱時間為12h~16h，得到熱板材坯料；
[0011]七、制備鋁合金板材:將步驟六得到的熱板材坯料在開軋溫度為380°C~420°C和終軋溫度為350°C~370°C的條件下使用軋機軋制，得到鋁合金板材；
[0012]八、切斷:室溫條件下使用鋸床切除鋁合金板材的缺陷部分，得到質(zhì)量均一的鋁合金板材；
[0013]九、固溶處理及淬火:將質(zhì)量均一的鋁合金板材在溫度為470°C~480°C的條件下使用輥底爐進行固溶處理，處理時間為50min~60min，然后在溫度為0°C~35°C的水中淬火Os~30s,得到淬火后的招合金板材；
[0014]十、時效處理:將淬火后的鋁合金板材在溫度為105°C~125°C下，保溫22h~24h，得到時效處理后的鋁合金板材；
[0015]十一、切鋸:室溫條件下使用鋸床切鋸時效處理后的鋁合金板材，得到航天用鋁合金板材。
[0016]本發(fā)明制備的航天用鋁合金板材即為T6態(tài)鋁合金板材。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過優(yōu)化合金成分，軋制之后采用優(yōu)化的固溶和時效工藝，達到了航天用產(chǎn)品對此合金板材的綜合性能需求，制備的鋁合金板材實體尺寸、表面質(zhì)量良好，工業(yè)生產(chǎn)中成板材性能好,綜合力學性能優(yōu)良,通過GB/T228《金屬材料室溫拉伸試驗方法》試驗T6狀態(tài)板材抗拉強度不小于540N/mm2、規(guī)定非比例延伸強度不小于480N/mm2、斷后伸長率不小于8% ;通過HB5254《變形鋁合金拉伸應力腐蝕試驗方法》試驗T6態(tài)鋁合金板材的拉應力腐蝕性能在室溫浸泡在3.5% NaCl溶液中加載0.75 σ α2斷裂時間大于10h ;密度不大于2.8g/cm3、氬弧焊焊接系數(shù)大于0.8。

【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0019]【具體實施方式】一:本實施方式所述的一種航天用鋁合金板材的制造方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0020]一、制備鋁合金熔液:首先按質(zhì)量分數(shù)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 和余量為鋁稱取純鋁錠、純銅錠、純鎂錠、純鋅錠、鋁鈧合金錠、鋁鋯合金錠、鋁鈦合金錠和鋁鈦硼晶粒細化劑，然后在溫度為720V~760°C的熔煉爐中熔煉6h~9h，得到鋁合金熔液；
[0021]二、制備方鑄錠:在鑄造溫度為725°C~750°C、鑄造速度為80mm/min~90mm/min、冷卻水溫度為18°C~25°C和冷卻水強度為0.01MPa~0.03MPa的條件下將步驟一得到的鋁合金熔液鑄造成厚為440mm和寬為1300mm的方鑄錠；
[0022]三、退火:將步驟二得到的方鑄錠在溫度為470°C~480°C的條件下保溫20h~24h，出爐后自然冷卻至室溫得到退火后的方鑄錠；
[0023]四、制備鋁合金方鑄錠:室溫條件下使用刨床將退火后的方鑄錠去表面的鑄造氧化皮，得到厚為380mm~390mm和寬為1250mm的鋁合金方鑄錠；
[0024]五、制備板材還料:室溫條件下使用鋸床將厚為380mm~390mm和寬為1250mm的鋁合金方鑄錠切斷成長度為1320mm、厚為380mm~390mm和寬為1250mm的板材坯料；
[0025]六、加熱:將步驟五得到的板材坯料放入溫度為375°C~420°C的電阻加熱爐中加熱，加熱時間為12h~16h，得到熱板材坯料；
[0026]七、制備鋁合金板材:將步驟六得到的熱板材坯料在開軋溫度為380°C~420°C和終軋溫度為350°C~370°C的條件下使用軋機軋制，得到鋁合金板材；
[0027]八、切斷:室溫條件下使用鋸床切除鋁合金板材的缺陷部分，得到質(zhì)量均一的鋁合金板材；
[0028]九、固溶處理及淬火:將質(zhì)量均一的鋁合金板材在溫度為470°C~480°C的條件下使用輥底爐進行固溶處理，處理時間為50min~60min，然后在溫度為0°C~35°C的水中淬火Os~30s,得到淬火后的招合金板材；
[0029]十、時效處理:將淬火后的鋁合金板材在溫度為105°C~125°C下，保溫22h~24h，得到時效處理后的鋁合金板材；
[0030]十一、切鋸:室溫條件下使用鋸床切鋸時效處理后的鋁合金板材，得到航天用鋁合金板材。
[0031]本實施方式中的Si和Fe等雜質(zhì)元素來源于鋁錠。
[0032]本實施方式的鋁合金板材中雜質(zhì)Si ( 0.10%, Fe ( 0.15%，其他單個雜質(zhì)(0.05%，此范圍內(nèi)的雜質(zhì)對鋁合金板材的性能沒有影響。
[0033]本實施方式的有益效果是:本實施方式通過優(yōu)化合金成分，軋制之后采用優(yōu)化的固溶和時效工藝，達到了航天用產(chǎn)品對此合金板材的綜合性能需求，制備的鋁合金板材實體尺寸、表面質(zhì)量良好,工業(yè)生產(chǎn)中成板材性能好,綜合力學性能優(yōu)良,通過GB/T228《金屬材料室溫拉伸試驗方法》試驗T6狀態(tài)板材抗拉強度不小于540N/mm2、規(guī)定非比例延伸強度不小于480N/mm2、斷后伸長率不小于8%;通過HB5254《變形鋁合金拉伸應力腐蝕試驗方法》試驗T6態(tài)鋁合金板材的拉應力腐蝕性能在室溫浸泡在3.5% NaCl溶液中加載0.75 σ α2斷裂時間大于10h ;密度不大于2.8g/cm3、氬弧焊焊接系數(shù)大于0.8。
[0034]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中首先按質(zhì)量分數(shù) 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和余量為鋁稱取純鋁錠、純銅錠、純鎂錠、純鋅錠、鋁鈧合金錠、鋁鋯合金錠、鋁鈦合金錠和鋁鈦硼晶粒細化劑，然后在溫度為730°C的熔煉爐中熔煉7h，得到鋁合金熔液。。其它與【具體實施方式】一相同。
[0035]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二之一不同的是:步驟二中在鑄造溫度為730°C、鑄造速度為85mm/min、冷卻水溫度為22°C和冷卻水強度為0.02MPa的條件下將步驟一得到的鋁合金熔液鑄造成厚為440mm和寬為1300mm的方鑄錠。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0036]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟三中將步驟二得到的方鑄錠在溫度為475°C的條件下保溫24h，出爐后自然冷卻至室溫得到退火后的方鑄錠。其它與【具體實施方式】一至三相同。
[0037]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟五中室溫條件下使用鋸床將厚為380mm~390mm和寬為1250mm的鋁合金方鑄錠切斷成長度為1320mm、厚為385mm和寬為1250mm的板材坯料。其它與【具體實施方式】一至四相同。
[0038]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟六中將步驟五得到的板材坯料放入溫度為420 V的電阻加熱爐中加熱，加熱時間為12h，得到熱板材還料。其它與【具體實施方式】一至五相同。
[0039]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟七中將步驟六得到的熱板材坯料在開軋溫度為400°C和終軋溫度為360°C的條件下使用軋機軋制，得到鋁合金板材。其它與【具體實施方式】一至六相同。
[0040]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟九中將質(zhì)量均一的鋁合金板材在溫度為475°C的條件下使用輥底爐進行固溶處理，處理時間為55min，然后在溫度為18°C的水中淬火20s，得到淬火后的鋁合金板材。其它與【具體實施方式】一至七相同。
[0041]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是:步驟十中將淬火后的鋁合金板材在溫度為120°C下，保溫24h，得到時效處理后的鋁合金板材。其它與【具體實施方式】一至八相同。
[0042]采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:
[0043]實施例:
[0044]本實施例所述的一種航空用鋁合金預拉伸板材的制造方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0045]一、制備鋁合金熔液:首先按質(zhì)量分數(shù)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 和余量為鋁稱取純鋁錠、純銅錠、純鎂錠、純鋅錠、鋁鈧合金錠、鋁鋯合金錠、鋁鈦合金錠和鋁鈦硼晶粒細化劑，然后在溫度為730°C的熔煉爐中熔煉7h，得到鋁合金熔液；
[0046]二、制備方鑄錠:在鑄造溫度為730°C、鑄造速度為85mm/min、冷卻水溫度為22°C和冷卻水強度為0.02MPa的條件下將步驟一得到的鋁合金熔液鑄造成厚為440mm和寬為1300mm的方鑄錠；
[0047]三、退火:將步驟二得到的方鑄錠在溫度為475°C的條件下保溫24h，出爐后自然冷卻至室溫得到退火后的方鑄錠；
[0048]四、制備鋁合金方鑄錠:室溫條件下使用刨床將退火后的方鑄錠去表面的鑄造氧化皮，得到厚為385mm和寬為1250mm的鋁合金方鑄錠；
[0049]五、制備板材還料:室溫條件下使用鋸床將厚為385mm和寬為1250mm的招合金方鑄錠切斷成長度為1320mm、厚為385mm和寬為1250mm的板材坯料；
[0050]六、加熱:將步驟五得到的板材坯料放入溫度為410°C的電阻加熱爐中加熱，加熱時間為12h,得到熱板材還料；
[0051]七、制備鋁合金板材:將步驟六得到的熱板材坯料在開軋溫度為400°C和終軋溫度為365°C的條件下使用軋機軋制，得到鋁合金板材；
[0052]八、切斷:室溫條件下使用鋸床切除鋁合金板材的缺陷部分，得到質(zhì)量均一的鋁合金板材；
[0053]九、固溶處理及淬火:將質(zhì)量均一的鋁合金板材在溫度為475°C的條件下使用輥底爐進行固溶處理，處理時間為60min，然后在溫度為18°C的水中淬火20s，得到淬火后的鋁合金板材；
[0054]十、時效處理:將淬火后的鋁合金板材在溫度為120°C下，保溫24h，得到時效處理后的招合金板材；
[0055]十一、切鋸:室溫條件下使用鋸床切鋸時效處理后的鋁合金板材，得到航天用鋁合金板材。
[0056]本實施例制備的航天用鋁合金板材即為T6態(tài)鋁合金板材。
[0057]通過GB/T228《金屬材料室溫拉伸試驗方法》試驗T6狀態(tài)板材抗拉強度為565N/mm2、規(guī)定非比例延伸強度為515N/mm2、斷后伸長率為10% ;通過HB5254《變形鋁合金拉伸應力腐蝕試驗方法》試驗T6態(tài)鋁合金板材的拉應力腐蝕性能在室溫浸泡在3.5% NaCl溶液中加載0.75 σ α2斷裂時間為220h ;密度為2.76g/cm3、氬弧焊焊接系數(shù)為0.85。
【權(quán)利要求】
1.一種航天用鋁合金板材的制造方法，其特征在于一種航天用鋁合金板材的制造方法是按以下步驟完成的: 一、制備鋁合金熔液:首先按質(zhì)量分數(shù)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和余量為鋁稱取純鋁錠、純銅錠、純鎂錠、純鋅錠、鋁鈧合金錠、鋁鋯合金錠、鋁鈦合金錠和鋁鈦硼晶粒細化劑，然后在溫度為720V~760°C的熔煉爐中熔煉6h~9h，得到鋁合金熔液； 二、制備方鑄錠:在鑄造溫度為725°C~750°C、鑄造速度為80mm/min~90mm/min、冷卻水溫度為18°C~25°C和冷卻水強度為0.01MPa~0.03MPa的條件下將步驟一得到的鋁合金熔液鑄造成厚為440mm和寬為1300mm的方鑄錠； 三、退火:將步驟二得到的方鑄錠在溫度為470°C~480°C的條件下保溫20h~24h，出爐后自然冷卻至室溫得到退火后的方鑄錠； 四、制備鋁合金方鑄錠:室溫條件下使用刨床將退火后的方鑄錠去表面的鑄造氧化皮，得到厚為380mm~390mm和寬為1250mm的鋁合金方鑄錠； 五、制備板材還料:室溫條件下使用鋸床將厚為380mm~390mm和寬為1250mm的招合金方鑄錠切斷成長度為1320mm、厚為380mm~390mm和寬為1250mm的板材坯料； 六、加熱:將步驟五得到的板材坯料放入溫度為375°C~420°C的電阻加熱爐中加熱，加熱時間為12h~16h，得到熱板材坯料； 七、制備鋁合金板材:將步驟六得到的熱板材坯料在開軋溫度為380°C~420°C和終軋溫度為350°C~370°C的條件下使用軋機軋制，得到鋁合金板材； 八、切斷:室溫條件下使用鋸床切除鋁合金板材的缺陷部分，得到質(zhì)量均一的鋁合金板材； 九、固溶處理及淬火:將質(zhì)量均一的鋁合金板材在溫度為470°C~480°C的條件下使用輥底爐進行固溶處理，處理時間為50min~60min，然后在溫度為0°C~35°C的水中淬火Os~30s,得到淬火后的招合金板材； 十、時效處理:將淬火后的鋁合金板材在溫度為105°C~125°C下，保溫22h~24h，得到時效處理后的鋁合金板材； 十一、切鋸:室溫條件下使用鋸床切鋸時效處理后的鋁合金板材，得到航天用鋁合金板材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天用鋁合金板材的制造方法，其特征在于步驟一中首先按質(zhì)量分數(shù) 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和余量為鋁稱取純鋁錠、純銅錠、純鎂錠、純鋅錠、鋁鈧合金錠、鋁鋯合金錠、鋁鈦合金錠和鋁鈦硼晶粒細化劑，然后在溫度為730°C的熔煉爐中熔煉7h，得到鋁合金熔液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天用鋁合金板材的制造方法，其特征在于步驟二中在鑄造溫度為730°C、鑄造速度為85mm/min、冷卻水溫度為22°C和冷卻水強度為0.02MPa的條件下將步驟一得到的鋁合金熔液鑄造成厚為440mm和寬為1300mm的方鑄錠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天用鋁合金板材的制造方法，其特征在于步驟三中將步驟二得到的方鑄錠在溫度為475°C的條件下保溫24h，出爐后自然冷卻至室溫得到退火后的方鑄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天用鋁合金板材的制造方法，其特征在于步驟五中室溫條件下使用鋸床將厚為380mm~390mm和寬為1250mm的鋁合金方鑄錠切斷成長度為1320mm、厚為385mm和寬為1250mm的板材坯料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天用鋁合金板材的制造方法，其特征在于步驟六中將步驟五得到的板材坯料放入溫度為420°C的電阻加熱爐中加熱，加熱時間為12h，得到熱板材坯料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天用鋁合金板材的制造方法，其特征在于步驟七中將步驟六得到的熱板材坯料在開軋溫度為400°C和終軋溫度為360°C的條件下使用軋機軋制，得到鋁合金板材。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天用鋁合金板材的制造方法，其特征在于步驟九中將質(zhì)量均一的鋁合金板材在溫度為475°C的條件下使用輥底爐進行固溶處理，處理時間為55min,然后在溫度為18°C的水中淬火20s,得到淬火后的招合金板材。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天用鋁合金板材的制造方法，其特征在于步驟十中將淬火后的鋁合金板材在溫度為120°C下，保溫24h，得到時效處理后的鋁合金板材。
【文檔編號】C22F1/053GK104178711SQ201410414588
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月21日
【發(fā)明者】祁艷華, 王英君, 劉顯東, 叢福官, 劉平, 林森, 雷金琴, 左德運, 滕志貴 申請人:東北輕合金有限責任公司