CN111534729B - 一种高强铝合金板材横向不平度控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强铝合金板材横向不平度控制方法，涉及一种铝合金板材横向不平度控制技术，为了解决现有铝合金板材的平直度无法达到应用于特定机翼壁板要求的问题。本发明通过板材轧制过程中控制轧机弯辊力的方向及大小、板材固溶前热轧板材进行辊矫、固溶后冷却过程中控制淬火水量，以便于使淬火板材的应力分布均匀，减少淬火变形，并通过淬火后板材残余应力的测试结果优化淬火参数，以达到板材淬火应力的均衡控制、板材拉伸过程中适当通过拉伸机横梁支撑力的作用，改善板材拉伸后的横向平直度。有益效果为板材的横向不平度既满足ANSI H35.2标准，又满足零件加工制造需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金板材横向不平度控制技术。
背景技术
Al-Zn-Mg-Cu合金属于铝合金中的典型高强合金，其可热处理强化，并具有高强高韧、良好的耐蚀性、高的比强度、比刚度等优点；该合金不同热处理状态的板材作为主要的结构材料广泛应用于航天航空领域；而目前生产的已经装机应用的铝合金板材的宽度基本都在2000mm以下，2500mm超宽板材较少，主要因为板材的平直度是板材应用过程中的关键指标，常常有很多大规格超宽板材的平整度虽然满足材料标准规范但不满足零件加工条件无法装机应用，限制了许多研发成果转化的进程及板材的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有铝合金板材的平直度无法达到应用于特定机翼壁板要求的问题，提出了一种高强铝合金板材横向不平度控制方法。
本发明所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法，该横向不平度控制方法包括以下步骤：
步骤一、按元素的质量百分比为Si≤0.10％、Fe≤0.15％、Cu：2.0％～2.6％、Mn≤0.10％、Mg：1.8％～2.3％、Cr≤0.04％、Zn：7.6％～8.4％、Ti≤0.06％、Zr：0.08％～0.18％和余量为Al，称取阴极铜、锌锭、原生镁锭、铝钛中间合金、铝锆中间合金和铝锭，然后加入到干燥的熔炼炉中，进行熔炼，然后铸造成规格为420×1320×2000mm、420×1620×2500mm或者450×1880×2100mm铸锭，再经过均匀化退火、铣面、锯切，得到成品板材锭坯；
步骤二、将步骤一得到的成品板材锭坯装入电阻加热炉中，加热至360～420℃，保温8～13h，然后对成品板材锭坯进行热轧，得到预制热轧板；
步骤三、将步骤二得到的预制热轧板进行锯切，然后放入矫直机进行辊矫，并调整矫直机的辊缝间距，使板材辊矫后横向不平度为5mm/2500mm；
步骤四、将步骤三得到板材在辊底炉进行固溶处理，通过固溶后的板材淬火冷却参数优化来控制板材淬火后的变形程度，通过淬火后残余应力的测试结果，优化并固化冷却条件；
步骤五、将步骤四得到的淬火后的板材，送到拉伸机进行拉伸；
步骤六、将步骤五拉伸后的板材放入时效炉内，进行时效处理，时效处理后得到横向不平度为：0～5mm/2m以及纵向不平度为：0～3mm/2m的大规格航空用板材。
本发明的有益效果是：通过该横向不平度控制方法，能够获得大规格高平直度的航空用板材；首先，板材轧制过程中对轧机的弯辊力进行人为控制，保证板材轧制热加工变形过程中整个横端面的金属流动均匀，减小变形抗力差异，使板材横断面厚度更均一，减小热轧板冷却后的变形；其次，通过热轧板材固溶前进行辊矫，使板材内部应力分布更均匀，减小固溶淬火过程中的冷却变形，通过适当调整淬火冷却参数，改善板材淬火过程中的变形，并结合拉伸过程中横梁的上顶作用，保证板材的横向不平度既满足ANSI H35.2标准，又满足零件加工制造需求。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法流程框图；
图2为具体实施方式一中板材淬火参数优化前、后实物对比图，其中，a为板材淬火参数优化前实物图，b为板材淬火参数优化后实物图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法，其特征在于，该横向不平度控制方法包括以下步骤：
步骤一、按元素的质量百分比为Si≤0.10％、Fe≤0.15％、Cu：2.0％～2.6％、Mn≤0.10％、Mg：1.8％～2.3％、Cr≤0.04％、Zn：7.6％～8.4％、Ti≤0.06％、Zr：0.08％～0.18％和余量为Al，称取阴极铜、锌锭、原生镁锭、铝钛中间合金、铝锆中间合金和铝锭，然后加入到干燥的熔炼炉中，进行熔炼，然后铸造成规格为420×1320×2000mm、420×1620×2500mm或者450×1880×2100mm铸锭，再经过均匀化退火、铣面、锯切，得到成品板材锭坯；
步骤二、将步骤一得到的成品板材锭坯装入电阻加热炉中，加热至360～420℃，保温8～13h，然后对成品板材锭坯进行热轧，得到预制热轧板；
步骤三、将步骤二得到的预制热轧板进行锯切，然后放入矫直机进行辊矫，并调整矫直机的辊缝间距，使板材辊矫后横向不平度为5mm/2500mm；热轧板材辊矫后不同位置的横向不平度为1～4mm/2m，纵向不平度为0～3mm/2m；然后装入辊底炉固溶；
步骤四、将步骤三得到板材在辊底炉进行固溶处理，通过固溶后的板材淬火冷却参数优化来控制板材淬火后的变形程度，通过淬火后残余应力的测试结果，优化并固化冷却条件；
步骤五、将步骤四得到的淬火后的板材，送到拉伸机进行拉伸；
步骤六、将步骤五拉伸后的板材放入时效炉内，进行时效处理，时效处理后得到横向不平度为：0～5mm/2m以及纵向不平度为：0～3mm/2m的大规格航空用板材。
在本实施方式中，该横向不平度控制方法选择了合理的工艺流程，通过轧制过程轧辊力的控制、固溶前对热轧板材的辊矫、淬火冷却过程中冷却参数的调配及拉伸过程中横梁的支撑实现了超宽大规格板材横向不平度优化控制；制备出的超高强合金大规格宽板板横向不平度≤5mm/2000m、厚度均匀、表面良好，满足板材零件加工过程中使用条件的需求，为我国某型号客机材料国产化率提高提供重要保障，为后续其他机型的选材用材拓宽了渠道。
使用本实施方式所述的横向不平度控制方法生产出的合金板材板面平整、厚度均匀、表面良好、性能稳定的铝合金超高强大规格预拉伸板材，板材的横向不平度最大值为5mm/2m，纵向不平度为最大值为3mm/2m；广泛应用于航天、航空、军民用大型飞机等各个领域。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法进一步限定，在本实施方式中，步骤二中，对成品板材锭坯进行热轧时，弯辊力的方向为正向，大小为2700～3000KN。
在本实施方式中，通过调整弯辊力的方向为正向及力的大小为2700～3000KN来精细化控制板材横截面微细的厚度差异，保证板材整个横端面热变形均匀，减小热轧板材冷却后的变形。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法进一步限定，在本实施方式中，步骤三中，矫直机上一辊位移设定值范围为：17.0～25.0mm；矫直机上二辊位移设定值范围为：10.0～23.0mm；矫直机上三辊位移设定值范围为：10.0～20.5mm；矫直机上四辊位移设定值范围为：13.5～16.5mm；矫直机上五辊位移设定值范围为：13.5～16.5mm；矫直机上六辊位移设定值范围为：17.5～25.5mm。
在本实施方式中，热轧板材辊矫时矫直机的上辊位移设定范围见表1；
| 矫直辊顺序 | 上辊位移设定值范围/mm |
| 上一辊 | 17.0～25.0 |
| 上二辊 | 10.0～23.0 |
| 上三辊 | 10.0～20.5 |
| 上四辊 | 13.5～16.5 |
| 上五辊 | 13.5～16.5 |
| 上六辊 | 17.5～25.5 |
表1
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法进一步限定，在本实施方式中，步骤四中，板材淬火冷却参数包括成品厚度、强冷Ⅰ区水量控制、强冷Ⅱ区水量控制和淬火速度；
所述成品厚度控制范围为：19.05mm～25.4mm；
所述强冷Ⅰ区水量控制包括Ⅰ区上喷嘴流量控制和Ⅰ区下喷嘴流量控制；其中，Ⅰ区上喷嘴流量控制范围为：100升/秒～220升/秒；Ⅰ区下喷嘴流量控制范围为：200升/秒～300升/秒；
所述强冷Ⅱ区水量控制包括Ⅱ区上喷嘴流量控制和Ⅱ区下喷嘴流量控制；其中，Ⅱ区上喷嘴流量控制范围为：240升/秒～280升/秒；Ⅱ区下喷嘴流量控制范围为：300升/秒～340升/秒；
所述淬火速度控制范围为：170mm/s～200mm/s。
在本实施方式中，板材淬火区工艺参数见表2；
表2
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法进一步限定，在本实施方式中，淬火后的板材送到拉伸机进行拉伸时，拉伸机横梁的上升高度为10mm～25mm。
在本实施方式中，提高横梁的高度为10mm～15mm，使板材在拉伸过程中受到一个向上的力的作用，以便达到矫正横向不平度的效果；板材拉伸后测量板材的横向不平度。
本实施方式所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法，获得大规格高平直度的航空用板材，首先，板材轧制过程中对轧机的弯辊力进行人为控制，弯辊力为正弯，力值为2900KN，保证板材轧制热加工变形过程中整个横端面的金属流动均匀，减小变形抗力差异，使板材横断面厚度更均一，减小热轧板冷却后的变形；通过热轧板材固溶前辊矫，使板材内部应力分布更均匀，减小固溶淬火过程中的冷却变形，通过适当调整淬火冷却参数，改善板材淬火过程中的变形，并结合拉伸过程中横梁的上顶作用，保证板材的横向不平满足ANSI H35.2标准的同时满足零件加工制造需求。
Claims (3)
1.一种高强铝合金板材横向不平度控制方法，该横向不平度控制方法包括以下步骤：
步骤一、按元素的质量百分比为Si≤0.10％、Fe≤0.15％、Cu：2.0％～2.6％、Mn≤0.10％、Mg：1.8％～2.3％、Cr≤0.04％、Zn：7.6％～8.4％、Ti≤0.06％、Zr：0.08％～0.18％和余量为Al，称取阴极铜、锌锭、原生镁锭、铝钛中间合金、铝锆中间合金和铝锭，然后加入到干燥的熔炼炉中，进行熔炼，然后铸造成规格为420×1320×2000mm、420×1620×2500mm或者450×1880×2100mm铸锭，再经过均匀化退火、铣面、锯切，得到成品板材锭坯；
步骤二、将步骤一得到的成品板材锭坯装入电阻加热炉中，加热至360～420℃，保温8～13h，然后对成品板材锭坯进行热轧，得到预制热轧板；
步骤三、将步骤二得到的预制热轧板进行锯切，然后放入矫直机进行辊矫，并调整矫直机的辊缝间距,使板材辊矫后横向不平度为5mm/2500mm；
步骤四、将步骤三得到板材在辊底炉进行固溶处理，通过固溶后的板材淬火冷却参数优化来控制板材淬火后的变形程度，通过淬火后残余应力的测试结果，优化并固化冷却条件；
步骤五、将步骤四得到的淬火后的板材，送到拉伸机进行拉伸；
步骤六、将步骤五拉伸后的板材放入时效炉内，进行时效处理，时效处理后得到横向不平度为：0～5mm/2m以及纵向不平度为：0～3mm/2m的大规格航空用板材；
步骤二中，对成品板材锭坯进行热轧时，弯辊力的方向为正向，大小为2700～3000KN；
其特征在于，步骤三中，矫直机上一辊位移设定值范围为：17.0～25.0mm；矫直机上二辊位移设定值范围为：10.0～23.0mm；矫直机上三辊位移设定值范围为：10.0～20.5mm；矫直机上四辊位移设定值范围为：13.5～16.5mm；矫直机上五辊位移设定值范围为：13.5～16.5mm；矫直机上六辊位移设定值范围为：17.5～25.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法，其特征在于，步骤四中，板材淬火冷却参数包括成品厚度、强冷Ⅰ区水量控制、强冷Ⅱ区水量控制和淬火速度；
所述成品厚度控制范围为：19.05mm～25.4mm；
所述强冷Ⅰ区水量控制包括Ⅰ区上喷嘴流量控制和Ⅰ区下喷嘴流量控制；其中，Ⅰ区上喷嘴流量控制范围为：100升/秒～220升/秒；Ⅰ区下喷嘴流量控制范围为：200升/秒～300升/秒；
所述强冷Ⅱ区水量控制包括Ⅱ区上喷嘴流量控制和Ⅱ区下喷嘴流量控制；其中，Ⅱ区上喷嘴流量控制范围为：240升/秒～280升/秒；Ⅱ区下喷嘴流量控制范围为：300升/秒～340升/秒；
所述淬火速度控制范围为：170mm/s～200mm/s。
3.根据权利要求1所述的一种高强铝合金板材横向不平度控制方法，其特征在于，步骤五中，淬火后的板材送到拉伸机进行拉伸时，拉伸机横梁的上升高度为10mm～25mm。
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- 2020-06-11 CN CN202010531157.2A patent/CN111534729B/zh active Active
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