CN110952010A - 一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，本发明涉及铝合金板材制造领域。本发明要解决现有2219C10SYU板材，力学性能偏低的技术问题。方法：将原料熔炼，得到铝合金溶液；采用半连续铸造法制成铝合金铸锭；均匀化退火处理；铣去氧化膜，进行轧制；固溶淬火；矫直拉伸；冷加工；二次矫直；时效。本发明生产的板材厚度均匀、表面光洁、平整好，并保证性能指标稳定在：抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥440MPa，延伸率6.7％～8.5％，可应用于飞机短舱零件、火箭槽体等航空航天领域。本发明用于制备火箭槽体用耐高温铝合金板材。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金板材制造领域。
背景技术
2219铝合金是Al-Cu-Mn系典型合金，因其具有较高的室温强度、优异的高温持久强度和焊接性能，常用于火箭槽体材料。该合金通过适当的热轧、冷加工以及热处理，可使该合金得到优良的性能。目前，厚度为7mm～10mm的2219C10SYU状态板材，抗拉强度等机械性能指标低于相关领域的使用要求，同时也低于国外同种类型产品10MPa～20MPa。为满足客户要求，缩小与国外同种产品的性能指标差异，需要结合实际生产，对冷加工和热处理工艺制度进行新的改进，生产出性能指标满足火箭槽体使用的板材。
发明内容
本发明要解决现有2219C10SYU板材，力学性能偏低的技术问题，而提供一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法。
一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，具体按以下步骤进行：
一、按元素的质量百分比为Si：0.10％～0.18％、Fe：＜0.30％、Cu：6.40～6.70％、Mn：0.30％～0.40％、Mg：＜0.20％、Zn：＜0.10％、Ti：0.03％～0.06％、Zr：0.12％～0.18％、V：0.05％～0.12％和余量为Al称取电解铜、纯铝、Zr复合盐以及中间合金作为原料，将称取的原料放入干燥的熔炼炉中，在温度为760℃～790℃的条件下熔炼4h～5h，得到铝合金熔液；
二、采用半连续铸造法将步骤一得到的铝合金熔液制成铝合金铸锭；
所述半连续铸造法工艺为：铸造温度为740～770℃，铸造速度为20～25mm/min，冷却水强度为0.10～0.15MPa，冷却水温度为10～20℃；
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入台车式加热炉进行均匀化退火处理，得到均匀化退火处理的铝合金铸锭；
所述均匀化退火处理工艺为：将铝合金铸锭加热至520～530℃，然后保温23～25h，然后出炉；
四、将步骤三均均匀化退火处理的铝合金铸锭表面的氧化皮铣去，然后进行轧制，控制开轧温度为380～410℃，轧制速度为1m/s～2m/s，轧制成热轧态毛料；
五、将步骤四制备的毛料放入辊底式淬火炉中进行固溶淬火得到板材；
所述固溶淬火工艺为：设定温度为538℃，当炉气低点达到535℃时计时，在535～541℃条件下保温35～45min，然后出炉进行淬火处理，淬火转移时间为6s～8s；
六、将步骤五得到的板材进行矫直并拉伸，控制拉伸量为0.5％～0.8％；
七、将步骤六处理的板材在室温条件放置47～49h，然后采用热轧机进行冷加工，控制加工率为11.0-12.5％；冷加工工艺为3道次进行冷加工，控制每道次形变量为3.5～4.0％；
八、将步骤七处理的板材进行二次矫直；
九、将步骤八处理的板材放入时效炉中进行时效，完成一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法；
时效工艺为：设备定温161℃，当板材实际温度达到158℃时计时，在158～164℃条件下保温15～16h。
本发明的有益效果是：
在铝合金板材制备工艺中固溶强化、形变强化以及时效析出强化都有助于材料强度的整体提升，并且由于工序的连续性，其强化作用会产生耦合作用。对于固溶强化，提高固溶温度有利于获得最大的过饱和固溶体，对于2219合金，固溶温度过高其晶粒长大趋势更加明显，最终产品的断裂韧性也受到影响，因此本发明固溶温度选择538℃±3℃，是基于设备能力基础上对固溶工艺的最大优化。对于形变强化，冷变形量越大引入的位错密度更大，会降低θ'相的析出温度，使G.P.区回溶及θ”相向θ'相转化，但是由于位错过多导致储能增加更容易在时效过程发生回复软化，因此在本发明工艺条件下，平衡了形变强化和时效析出强化的关联特性，以合适的冷变形程度配合相应的时效制度，减少冷变形强化对时效强化的抑制作用，使得θ”相向θ'弥散共同强化，性能高于T6状态。
本发明确定了厚度为7mm～10mm的2219C10SYU状态板材的冷加工工艺、固溶淬火工艺和时效工艺；采用本发明确定的工艺方法，解决了厚度为7mm～10mm2219C10SYU状态板材的力学性能偏低的现状，生产出厚度均匀、表面光洁和平整好的板材，并保证性能指标稳定在：抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥440MPa，延伸率6.7％～8.5％，该铝合金板材应用温度跨度大-270℃～300℃，高温下长期负荷条件软化程度小，即高温下的稳定持久度较为优异，可应用于飞机短舱零件、火箭槽体等航空航天领域。
本发明制备的火箭槽体用耐高温铝合金板材中单个杂质含量≤0.05％，全部杂质≤0.15％，此范围内杂质含量不影响铝合金板材的性能。
本发明制备的铝合金板材应用于航空航天领域中，具体用于制造飞机短舱零件和火箭槽体。
附图说明
图1为实施例一制备火箭槽体用耐高温铝合金板材的照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，具体按以下步骤进行：
一、按元素的质量百分比为Si：0.10％～0.18％、Fe：＜0.30％、Cu：6.40～6.70％、Mn：0.30％～0.40％、Mg：＜0.20％、Zn：＜0.10％、Ti：0.03％～0.06％、Zr：0.12％～0.18％、V：0.05％～0.12％和余量为Al称取电解铜、纯铝、Zr复合盐以及中间合金作为原料，将称取的原料放入干燥的熔炼炉中，在温度为760℃～790℃的条件下熔炼4h～5h，得到铝合金熔液；
二、采用半连续铸造法将步骤一得到的铝合金熔液制成铝合金铸锭；
所述半连续铸造法工艺为：铸造温度为740～770℃，铸造速度为20～25mm/min，冷却水强度为0.10～0.15MPa，冷却水温度为10～20℃；
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入台车式加热炉进行均匀化退火处理，得到均匀化退火处理的铝合金铸锭；
四、将步骤三均均匀化退火处理的铝合金铸锭表面的氧化皮铣去，然后进行轧制，控制开轧温度为380～410℃，轧制速度为1m/s～2m/s，轧制成热轧态毛料；
五、将步骤四制备的毛料放入辊底式淬火炉中进行固溶淬火得到板材；
所述固溶淬火工艺为：设定温度为538℃，当炉气低点达到535℃时计时，在535～541℃条件下保温35～45min，然后出炉进行淬火处理；
六、将步骤五得到的板材进行矫直并拉伸，控制拉伸量为0.5％～0.8％；
七、将步骤六处理的板材在室温条件放置47～49h，然后采用热轧机进行冷加工，控制加工率为11.0～12.5％；冷加工工艺为3道次进行冷加工，控制每道次形变量为3.5～4.0％；
八、将步骤七处理的板材进行二次矫直；
九、将步骤八处理的板材放入时效炉中进行时效，完成一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法；
时效工艺为：设备定温161℃，当板材实际温度达到158℃时计时，在158～164℃条件下保温15～16h。
在铝合金板材制备工艺中固溶强化、形变强化以及时效析出强化都有助于材料强度的整体提升，并且由于工序的连续性，其强化作用会产生耦合作用。冷变形会降低θ'相的析出温度，会使G.P.区回溶及θ”相向θ'相转化，因此在本发明工艺条件下，平衡了形变强化和时效析出强化的负相关特性，使得θ”相向θ'弥散共同强化，性能高于T6状态。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中在温度为770℃～780℃的条件下熔炼4.5h。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述半连续铸造法工艺为：铸造温度为750～760℃，铸造速度为22mm/min，冷却水强度为0.12MPa，冷却水温度为12～18℃。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中铝合金铸锭采用的结晶器的厚度为420mm，宽度为1520mm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中所述均匀化退火处理工艺为：将铝合金铸锭加热至520～530℃，然后保温23～25h，然后出炉。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四中控制开轧温度为390～400℃，轧制速度为1.2～1.8m/s。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤五中淬火转移时间6～8s。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤六中控制拉伸量为0.6～0.7％。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤七中加工率为12％。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤九中在161℃条件下保温16h。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，具体按以下步骤进行：
一、按元素的质量百分比为Si：0.15％、Fe：0.20％、Cu：6.55％、Mn：0.34％、Mg：0.10％、Zn：0.06％、Ti：0.05％、Zr：0.16％、V：0.10％和余量为Al称取电解铜、纯铝、Zr复合盐以及中间合金作为原料，将称取的原料放入干燥的熔炼炉中，在温度为780℃的条件下熔炼4.5h，得到铝合金熔液；
二、采用半连续铸造法将步骤一得到的铝合金熔液制成铝合金铸锭；
所述半连续铸造法工艺为：铸造温度为755℃，铸造速度为23mm/min，冷却水强度为0.12MPa，冷却水温度为18℃；
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入台车式加热炉进行均匀化退火处理，得到均匀化退火处理的铝合金铸锭；
所述均匀化退火处理工艺为：将铝合金铸锭加热至525℃，然后保温24h，然后出炉；
四、将步骤三均均匀化退火处理的铝合金铸锭表面的氧化皮铣去，然后进行轧制，控制开轧温度为400℃，轧制速度为1.5m/s，轧制成热轧态毛料；
五、将步骤四制备的毛料放入辊底式淬火炉中进行固溶淬火得到板材；
所述固溶淬火工艺为：设定温度为538℃，当炉气低点达到535℃时计时，保温40min，然后出炉进行淬火处理，淬火转移时间为7s；
六、将步骤五得到的板材进行矫直并拉伸，控制拉伸量为0.6％；
七、将步骤六处理的板材在室温条件放置48h，然后采用热轧机进行冷加工，控制加工率为12％；冷加工工艺为3道次进行冷加工，控制每道次形变量为3.5～4.0％；
八、将步骤七处理的板材进行二次矫直；
九、将步骤八处理的板材放入时效炉中进行时效，完成一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法；
时效工艺为：设备定温161℃，当板材实际温度达到158℃时计时，保温15h。
在本实施例工艺条件下，平衡了形变强化和时效析出强化的负相关特性，使得θ”相向θ'弥散共同强化，性能高于T6状态。
本实施例生产的板材厚度均匀、表面光洁和平整好，并保证性能指标稳定在：抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥440MPa，延伸率6.7％～8.5％。该铝合金板材应用温度跨度大-270℃～300℃，高温下长期负荷条件软化程度小，即高温下的稳定持久度较为优异，可应用于飞机短舱零件、火箭槽体等航空航天领域。
Claims (10)
1.一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：
一、按元素的质量百分比为Si：0.10％～0.18％、Fe：＜0.30％、Cu：6.40～6.70％、Mn：0.30％～0.40％、Mg：＜0.20％、Zn：＜0.10％、Ti：0.03％～0.06％、Zr：0.12％～0.18％、V：0.05％～0.12％和余量为Al称取电解铜、纯铝、Zr复合盐以及中间合金作为原料，将称取的原料放入干燥的熔炼炉中，在温度为760℃～790℃的条件下熔炼4h～5h，得到铝合金熔液；
二、采用半连续铸造法将步骤一得到的铝合金熔液制成铝合金铸锭；
所述半连续铸造法工艺为：铸造温度为740～770℃，铸造速度为20～25mm/min，冷却水强度为0.10～0.15MPa，冷却水温度为10～20℃；
三、将步骤二得到的铝合金铸锭放入台车式加热炉进行均匀化退火处理，得到均匀化退火处理的铝合金铸锭；
四、将步骤三均均匀化退火处理的铝合金铸锭表面的氧化皮铣去，然后进行轧制，控制开轧温度为380～410℃，轧制速度为1m/s～2m/s，轧制成热轧态毛料；
五、将步骤四制备的毛料放入辊底式淬火炉中进行固溶淬火得到板材；
所述固溶淬火工艺为：设定温度为538℃，当炉气低点达到535℃时计时，在535～541℃条件下保温35～45min，然后出炉进行淬火处理；
六、将步骤五得到的板材进行矫直并拉伸，控制拉伸量为0.5％～0.8％；
七、将步骤六处理的板材在室温条件放置47～49h，然后采用热轧机进行冷加工，控制加工率为11.0～12.5％；冷加工工艺为3道次进行冷加工，控制每道次形变量为3.5～4.0％；
八、将步骤七处理的板材进行二次矫直；
九、将步骤八处理的板材放入时效炉中进行时效，完成一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法；
时效工艺为：设备定温161℃，当板材实际温度达到158℃时计时，在158～164℃条件下保温15～16h。
2.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤一中在温度为770℃～780℃的条件下熔炼4.5h。
3.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤二中所述半连续铸造法工艺为：铸造温度为750～760℃，铸造速度为22mm/min，冷却水强度为0.12MPa，冷却水温度为12～18℃。
4.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤二中铝合金铸锭采用的结晶器的厚度为420mm，宽度为1520mm。
5.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤三中所述均匀化退火处理工艺为：将铝合金铸锭加热至520～530℃，然后保温23～25h，然后出炉。
6.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤四中控制开轧温度为390～400℃，轧制速度为1.2～1.8m/s。
7.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤五中淬火转移时间6～8s。
8.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤六中控制拉伸量为0.6～0.7％。
9.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤七中加工率为12％。
10.根据权利要求1所述的一种火箭槽体用耐高温铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤九中在161℃条件下保温16h。
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