CN109277422A - 一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板及其挤压成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及7xxx系铝合金塑性变形技术领域，特别是一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，包括以下步骤，（1）预热：将7xxx系铝合金坯料、挤压模具、挤压筒加热到一定温度并保温3‑6h；（2）挤压成形：在7500吨以下挤压机上将步骤（1）中坯料挤压成一定筋高和壁厚的圆筒形状型材；（3）精整处理：对步骤（2）所得的圆筒形状型材进行精整处理，形成高筋薄壁圆筒样件；（4）剖开展平：将步骤（3）精整处理后的高筋薄壁圆筒样件沿轴线剖开展平成宽幅高筋薄壁板。本发明方法不仅大大降低了生产成本，而且拓宽了低吨位生产装备的使用范围，又很好地控制了材料的组织与性能。通过挤压与剖开展平工艺的配合，可大大节省能源，提高生产效率与质量。
Description
技术领域
本发明涉及7xxx系铝合金塑性变形技术领域，特别是一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板及其挤压成形方法。
背景技术
大尺寸、超高强度、高韧性合金或金属基符合材料宽幅板材在汽车、轨道交通、航空航天等领域有着广泛的应用前景，但其制备一直是国内外材料界的难题。目前对与这种类型的宽幅板材，为了保证其获得较高的抗拉强度，普遍采用热轧后进行固溶加时效热处理的方法制备。随着航空航天技术的发展，对于铝合金大型曲面用薄壁板的整体性能要求越来越高。而目前航空航天用铝合金大型曲面构件采用薄板加筋条铆接或整体铣削成形方法制造。铆接成形降低了宽幅薄壁板的性能均一性，增加了整体重量并降低了装配效率；整体铣削成形方法使得原材料利用率低下，产生的残余应力增加了曲面构件的扭曲变形倾向，进而影响到高性能装备的整体质量。
由于宽幅高筋薄壁板在挤压过程中，横截面形状、尺寸差异巨大，金属流变易失稳，致使型材在挤压过程中出现扭曲、折叠、开裂等缺陷，甚至会出现断裂、不成形等现象。在现有挤压设备条件下，1万吨位挤压机只能满足幅宽为700mm左右的型材挤压需求，目前尚未发现具备挤压幅宽能力在1.1m以上的挤压机。然而，受目前设计水平和工艺制作水平限制，航空航天用铝合金大曲面宽幅高筋薄壁板整体成形技术尚未形成。
申请号为200910071585.5，名称为“TiAl基符合材料板材的制备方法”的中国发明专利说明书中公开了一种TiAl基符合材料板材的制备方法，包括以下步骤：1、将交替层叠的铝基符合材料板材和纯钛板材，在200-500℃条件下进行热轧制，即得到多层复合板材；2、步骤一制得的多层复合板材在550-650℃条件下热处理10-20小时，再在850-950℃条件下热处理10-20小时，即得到TiAl基符合材料板材。
申请号为200810235979.5，名称为“一种耐高温高强度高模量铝基符合材料的制备方法”的中国发明专利公开说明书中公开了一种铝基复合材料的制备方法。该制备方法大致包括以下步骤：一、将纯铝锭和镁锭加热融化；二、加入混合盐以及各种中间合金浇铸成锭；三、将铸锭进行均匀化处理，均匀化处理温度为470-500℃，时间为15-28h，将铸锭挤压或轧制成所需板材；四、对挤压或轧制板材进行固溶和时效处理，固溶处理的温度为480-500℃，时间为1-4h；时效处理的温度为170-210℃，时间为6-18h。
申请号为201310126296.7，名称为“合金或金属基复合材料宽幅薄板的大应变轧制方法”的中国发明专利公开说明书中公开了一种合金或金属基复合材料宽幅薄板的大应变轧制方法。该方法包括以下步骤：a、将合金或金属基复合材料制备成为锭坯；b、将锭坯热挤压成厚度为8-16mm的板材；c、将板材加热至合金或金属基符合材料的再结晶温度区间内，以5%-15%的道次压下量对板材进行轧制；d、重复步骤c的加热和轧制过程，直至板材厚度为2-4mm；e、将步骤d所获得板材，以30%-60%的道次压下量连续轧至厚度0.5-1mm,道次之间不进行加热处理。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种成本低且性能优的7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板及其挤压成形方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，包括以下步骤，
（1）预热：将7xxx系铝合金坯料、挤压模具、挤压筒加热到一定温度并保温3-6h；
（2）挤压成形：在7500吨以下挤压机上将步骤（1）中坯料挤压成一定筋高和壁厚的圆筒形状型材；
（3）精整处理：对步骤（2）所得的圆筒形状型材进行精整处理，形成高筋薄壁圆筒样件；
（4）剖开展平：将步骤（3）精整处理后的高筋薄壁圆筒样件沿轴线剖开展平成宽幅高筋薄壁板。
优选的，所述步骤（1）中坯料预热温度范围为450-490℃，挤压模具预热温度高于坯料预热温度5-10℃，挤压筒预热温度低于坯料预热温度5-10℃，保温时间为3-6h。
优选的，所述步骤（2）中挤压出口温度为450-500℃；挤压杆推进速度为0.1-0.5mm/s。
优选的，所述步骤（3）中精整处理包括锯切头尾与矫直。
优选的，所述步骤（4）对精整处理后形成的高筋薄壁圆筒样件沿轴线剖开、展平，并通过蠕变时效进行处理，温度为135-250℃；应力范围为180-350MPa；时间为5-15h。
优选的，所述步骤（4）中通过蠕变时效进行处理的时间为8h。
本发明还包括一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板，包括底板，所述底板上设置有若干与底板一体成型的加强筋，所述加强筋在底板上间隔排列；所述底板的厚度为1.0-6.0mm，底板的宽度为700-2000mm，所述加强筋的筋高5-95mm，所述加强筋的筋高与底板的厚度比值范围为8-40。
优选的，所述加强筋成倒T字形或工字形。
优选的，所述加强筋为倒T字形，所述加强筋的底部宽度为30-100mm，所述加强筋的筋条厚度为3.0-20mm。
优选的，所述加强筋的底部宽度为45mm，所述加强筋的筋条厚度为5.0-6.0mm。
优选的，所述相邻加强筋之间的中心间距为100-200mm。
优选的，所述相邻加强筋之间的中心间距为175.4±0.3 mm。
优选的，所述加强筋的高度为43mm。
优选的，所述加强筋为工字形，所述加强筋的顶部宽度为10-20mm，顶部厚度为8-12mm。
采用上述结构和方法后，本发明具有如下优点：
一，本发明方法所生产的7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板在其宽度上大于同等吨位挤压机所能生产的宽幅高筋薄壁板，能采用低吨位挤压机实现宽幅高筋薄壁板挤压成形目标。
二，本发明方法不仅大大降低了生产成本，而且拓宽了低吨位生产装备的使用范围，又很好地控制了材料的组织与性能。通过一次挤压成形，可大大节省能源，提高生产效率与质量。本发明方法与薄板加筋条铆接或整体铣削成形方法相比，能够大幅降低壁板整体重量、提高壁板性能均一性、提高装配效率和原材料利用率。
三，本发明方法可广泛使用于铝合金/镁合金的宽幅高筋薄壁板挤压成形的过程之中。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为宽幅高筋薄壁板成形过程中的挤压模具示意图。
图2为宽幅高筋薄壁板成形过程中挤压后的截面示意图。
图3为剖开展平后的宽幅高筋薄壁板示意图及截面示意图。
具体实施方式
本发明提供一种宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，下面通过实施例来对本发明进行详细说明。
实施例1
（1）预热：将均匀化处理后的7N01铝合金铸锭加热到450-470℃，优选为460℃，并且保温4-6小时，优选为5h；同时将挤压模具（结构如图1所示）预热到455-475℃，优选为465℃；将挤压筒预热到440-460℃，优选为445℃。做好挤压相关准备工作后进行热挤压。
（2）挤压成形：挤压速率为0.2-0.5mm/s，优选为0.3mm/s；挤压出口温度为460℃-490℃，优选为470℃；如图2所示，挤压后所形成的圆筒形状型材半径为R，R=L/2π=100-230mm；壁厚为1-2mm，筋高35-45mm。
（3）精整处理：对步骤（2）的圆筒形状型材进行精整处理，主要为锯切头尾和矫直处理过程，形成高筋薄壁圆筒样件。
（4）剖开展平：如图3所示，对精整处理形成的高筋薄壁圆筒样件沿轴线剖开、展平，并通过蠕变时效进行处理，温度为135-235℃，优选为185℃；应力范围为190-340MPa，优选为190MPa；时间为5-15h，优选为8h；最终得到幅宽为L，L=2πR=700-1440mm；壁厚为1-2mm；筋高为35-45mm的宽幅高筋薄壁板。
实施例2
（1）预热：将均匀化处理后的7005铝合金铸锭加热到470-490℃，优选为480℃，并且保温3-4h，优选为3h；同时将挤压模具，预热到475-495℃，将挤压筒预热到460-480℃，优选为470℃。做好挤压相关准备工作后进行热挤压。
（2）挤压成形：挤压速率为0.15-0.4mm/s，优选为0.2mm/s，挤压出口温度为480-500℃；如图1所示，挤压后所形成的圆筒形状型材半径为R，R=L/2π=150-320mm；壁厚为2-4mm，筋高30-95mm。
（3）精整处理：对步骤（2）的圆筒形状型材进行精整处理，主要为锯切头尾和矫直处理过程，形成高筋薄壁圆筒样件。
（4）剖开展平：如图3所示，对精整处理形成的高筋薄壁圆筒样件沿轴线剖开、展平，并通过蠕变时效进行处理，温度为150-250℃，优选为200℃；应力范围为200-350MPa，优选为200MPa；时间为5-15h，优选为8h；最终得到幅宽为L，L=2πR=1000-2000mm；壁厚为1.0-1.5mm；筋高为30-95mm的宽幅高筋薄壁板。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (14)
1.一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，其特征在于，包括以下步骤，
（1）预热：将7xxx系铝合金坯料、挤压模具、挤压筒加热到一定温度并保温3-6h；
（2）挤压成形：在7500吨以下挤压机上将步骤（1）中坯料挤压成一定筋高和壁厚的圆筒形状型材；
（3）精整处理：对步骤（2）所得的圆筒形状型材进行精整处理，形成高筋薄壁圆筒样件；
（4）剖开展平：将步骤（3）精整处理后的高筋薄壁圆筒样件沿轴线剖开展平成宽幅高筋薄壁板。
2.按照权利要求1所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，其特征在于：所述步骤（1）中坯料预热温度范围为450-490℃，挤压模具预热温度高于坯料预热温度5-10℃，挤压筒预热温度低于坯料预热温度5-10℃，保温时间为3-6h。
3.按照权利要求1所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，其特征在于：所述步骤（2）中挤压出口温度为450-500℃；挤压杆推进速度为0.1-0.5mm/s。
4.按照权利要求1所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，其特征在于：所述步骤（3）中精整处理包括锯切头尾与矫直。
5.按照权利要求1所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，其特征在于：所述步骤（4）对精整处理后形成的高筋薄壁圆筒样件沿轴线剖开、展平，并通过蠕变时效进行处理，温度为135-250℃；应力范围为180-350MPa；时间为5-15h。
6.按照权利要求5所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，其特征在于：所述步骤（4）中通过蠕变时效进行处理的时间为8h。
7.一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板，其特征在于：包括底板，所述底板上设置有若干与底板一体成型的加强筋，所述加强筋在底板上间隔排列；所述底板的厚度为1.0-6.0mm，底板的宽度为700-2000mm，所述加强筋的筋高5-95mm，所述加强筋的筋高与底板的厚度比值范围为8-40。
8.按照权利要求7所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板，其特征在于：所述加强筋成倒T字形或工字形。
9.按照权利要求8所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板，其特征在于：所述加强筋为倒T字形，所述加强筋的底部宽度为30-100mm，所述加强筋的筋条厚度为3.0-20mm。
10.按照权利要求9所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板，其特征在于：所述加强筋的底部宽度为45mm，所述加强筋的筋条厚度为5.0-6.0mm。
11.按照权利要求7所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板，其特征在于：所述相邻加强筋之间的中心间距为100-200mm。
12.按照权利要求11所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板，其特征在于：所述相邻加强筋之间的中心间距为175.4±0.3 mm。
13.按照权利要求7所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板，其特征在于：所述加强筋的高度为43mm。
14.按照权利要求8所述的一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板，其特征在于：所述加强筋为工字形，所述加强筋的顶部宽度为10-20mm，顶部厚度为8-12mm。
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