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CN113444935B - 一种耐冲击船用桅杆的制备方法 - Google Patents

一种耐冲击船用桅杆的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及船用桅杆技术领域，具体涉及一种耐冲击船用桅杆的制备方法，包括如下步骤：（1）制备柱杆芯材；（2）制备柱杆壳体；（3）将柱杆芯材安装到柱杆壳体内，向柱杆壳体和柱杆芯材之间的空腔内填充玻璃纤维后，使用与柱杆壳体相同组分的铝合金密封空腔底端和顶端，得到柱杆；（4）使用柱杆组装桅杆。本发明采用强度高、耐冲击性能好的铝合金作为柱杆芯材，耐腐蚀性能好的铝合金作为柱杆壳体，制备了夹层结构的柱杆，以所述柱杆组装得到的船用桅杆既能满足承载能力、结构强度的要求，又具备良好的耐冲击性能，可满足探测设备的探测高度要求。

Description

一种耐冲击船用桅杆的制备方法
技术领域
本发明涉及船用桅杆技术领域，具体涉及一种耐冲击船用桅杆的制备方法。
背景技术
桅杆是指船舶上悬挂帆和旗帜、装设天线、为雷达等探测设备提供安装平台的高的柱杆，其中，现代舰船的桅杆的最主要功能便是支撑雷达等探测设备。
为保证探测设备的安全，桅杆需要具备优秀的承载能力和结构强度；同时雷达的探测效果也对桅杆的高度提出要求，一般而言，桅杆高度越高，雷达的探测效果越好。然而随着桅杆高度增加，对桅杆承受船舶摆动产生的惯性力或风暴冲击等的要求也越高。
基于此，有必要提供一种耐冲击船用桅杆的制备方法。
发明内容
针对桅杆耐冲击性能较弱的技术问题，本发明提供一种耐冲击船用桅杆的制备方法，采用强度高、耐冲击性能好的铝合金作为柱杆芯材，耐腐蚀性能好的铝合金作为柱杆壳体，制备了夹层结构的柱杆，以所述柱杆组装得到的船用桅杆既能满足承载能力、结构强度的要求，又具备良好的耐冲击性能，可满足探测设备的探测高度要求。
一种耐冲击船用桅杆的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备柱杆芯材，所述柱杆芯材各成分的质量百分比为：
Mg：0.45%~0.60%、Si：0.25%~0.40%、Fe≤0.35%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%、Sc：0.05%~0.25%，余量为铝；
（2）制备柱杆壳体，所述柱杆壳体各组分的质量百分比为：
Mg：0.45%~0.90%、Si：0.20%~0.60%、Fe≤0.35%、Zr：0.10%~0.30%、Gd：0.10%~0.30%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%，余量为铝；
（3）将柱杆芯材安装到柱杆壳体内，向柱杆壳体和柱杆芯材之间的空腔内填充玻璃纤维后，使用与柱杆壳体相同组分的铝合金密封空腔底端和顶端，得到柱杆；
（4）使用柱杆组装桅杆。
进一步的，所述柱杆芯材各成分的质量百分比为：
Mg：0.50%~0.55%、Si：0.30%~0.33%、Fe≤0.15%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%、Sc：0.15%~0.25%，余量为铝。
进一步的，所述柱杆芯材的制备方法包括如下步骤：
（11）按照柱杆芯材的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
（12）加热铸锭，进行均匀化处理；
（13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材；
（14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效。
进一步的，所述步骤（12）的加热温度为450~520℃，均匀化处理时间为2~5h。
进一步的，所述步骤（13）的挤压温度为450~480℃，挤压速率为10~15m/min。
进一步的，所述步骤（14）的在线风冷淬火的冷却速度为50~75℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；
拉伸率为1~3%；
人工时效温度为260~280℃，人工时效时间为2~3h。
进一步的，所述柱杆壳体各组分的质量百分比为：
Mg：0.50%~0.55%、Si：0.30%~0.33%、Fe≤0.15%、Zr：0.15%~0.25%、Gd：0.15%~0.25%、Cu≤0.10%、Mn≤0.10%、Cr≤0.10%、Zn≤0.10%、Ti≤0.10%，余量为铝。
进一步的，所述柱杆壳体的制备方法包括如下步骤：
（21）按照柱杆壳体的合金含量熔铸制备柱杆壳体铸锭；
（22）加热铸锭，进行均匀化处理；
（23）挤压铸锭，得到管状柱杆壳体；
（24）对柱杆壳体进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效。
进一步的，所述步骤（22）的加热温度为550~600℃，均匀化处理时间为2~5h。
进一步的，所述步骤（23）的挤压温度为400~430℃，挤压速率为12~18m/min。
进一步的，所述步骤（24）的在线风冷淬火的冷却速度为80~100℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；
拉伸率为1~3%；
人工时效温度为260~280℃，人工时效时间为2~3h。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种耐冲击船用桅杆的制备方法，使用耐冲击性好、强度高的铝合金作为柱杆芯材，使用耐腐蚀性能好的铝合金作为柱杆壳体，并在柱杆芯材和柱杆壳体之间填充有增强效果的玻璃纤维，兼顾了船用桅杆的耐冲击和耐腐蚀要求。
控制柱杆芯材、柱杆壳体的镁硅比，Mg2Si在Al中的溶解度高、强化效果好；并依据不同使用要求，向柱杆芯材中加入Sc提升强度，向柱杆壳体中加入Zr和Gd以增强耐腐蚀性能。
适当调整柱杆壳体的冷却速度，使Mg2Si相颗粒更细小，从而使柱杆壳体具备更高的硬度；选取260~280℃的人工时效温度，进一步减少铝合金中的β相，提升材料耐晶间腐蚀的能力。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种柱杆芯材，制备方法包括如下步骤：
（11）按照Mg：0.51%、Si：0.30%、Sc：0.25%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
（12）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为500℃，均匀化处理时间为3h；
（13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，其中挤压温度为480℃，挤压速率为12m/min；
（14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为60℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为260℃，人工时效时间为2h。
实施例2
一种柱杆壳体，制备方法包括如下步骤：
（11）按照Mg：0.55%、Si：0.33%、Zr：0.18%、Gd：0.18%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
（12）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为580℃，均匀化处理时间为3h；
（13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，其中挤压温度为430℃，挤压速率为15m/min；
（14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为100℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为280℃，人工时效时间为3h。
实施例3
一种耐冲击船用桅杆，制备方法包括如下步骤：
使用实施例1制备的柱杆芯材和实施例2制备的柱杆壳体，将柱杆芯材安装到柱杆壳体内，向柱杆壳体和柱杆芯材之间的空腔内填充玻璃纤维后，使用与柱杆壳体相同组分的铝合金密封空腔底端和顶端，得到柱杆，使用时可根据实际需要在柱杆外表面涂覆涂层；根据桅杆设计图纸，使用柱杆组装桅杆。
对比例1
一种柱杆芯材，制备方法包括如下步骤：
（11）按照Mg：0.51%、Si：0.30%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
（12）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为500℃，均匀化处理时间为3h；
（13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，其中挤压温度为480℃，挤压速率为12m/min；
（14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为60℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为260℃，人工时效时间为2h。
对比例2
一种柱杆芯材，制备方法包括如下步骤：
（11）按照Mg：0.51%、Si：0.30%、Sc：0.25%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
（12）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为500℃，均匀化处理时间为3h；
（13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，其中挤压温度为480℃，挤压速率为12m/min；
（14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为50℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为200℃，人工时效时间为2h。
对比例3
一种柱杆壳体，制备方法包括如下步骤：
（21）按照Mg：0.55%、Si：0.33%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆壳体铸锭；
（22）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为580℃，均匀化处理时间为3h；
（23）挤压铸锭，得到管状柱杆壳体，其中挤压温度为430℃，挤压速率为15m/min；
（24）对柱杆壳体进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为100℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为280℃，人工时效时间为3h。
对比例4
一种柱杆壳体，制备方法包括如下步骤：
（21）按照Mg：0.55%、Si：0.33%、Zr：0.18%、Gd：0.18%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝的合金含量熔铸制备柱杆壳体铸锭；
（22）加热铸锭，进行均匀化处理，其中加热温度为580℃，均匀化处理时间为3h；
（23）挤压铸锭，得到管状柱杆壳体，其中挤压温度为430℃，挤压速率为15m/min；
（24）对柱杆壳体进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效；其中冷却速度为50℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；拉伸率为2%；人工时效温度为200℃，人工时效时间为3h。
对实施例1~2及对比例1~4的铝合金材料进行力学性能检测，结果如下表1所示。
表1 铝合金材料的力学性能检测结果
Figure 279522DEST_PATH_IMAGE001
可以看出，采用本发明制备方法制得的柱杆芯材和柱杆壳体力学性能好，其中柱杆芯材的屈服强度≥235MPa，抗拉强度≥250Mpa，延伸率≥12.0%，通过对比对比例1~2可以看出，添加Sc和适当提高人工时效温度，有利于柱杆芯材力学性能的提升；柱杆壳体的屈服强度≥230MPa，抗拉强度≥240Mpa，延伸率≥11.5%，通过对比对比例3~4可以看出，添加Zr、Gd和适当提升人工时效温度，有利于柱杆壳体力学性能的提升。本发明制备方法制得的柱杆芯材和柱杆壳体能够满足船用桅杆对承载能力、结构强度的要求，具备一定的抵抗振动、风暴冲击的能力。
分别准备规格为50×20×10mm的实施例2及对比例3~4试样，称重并记录后，浸泡于pH=8.0的3.5%氯化钠溶液中，30天后干燥样品，清洗表面腐蚀物后称重，计算腐蚀速率，结果如表2所示。
表2 铝合金材料的耐腐蚀性能检测结果
Figure 196663DEST_PATH_IMAGE002
可以看出，采用本发明制备方法制得的柱杆壳体耐腐蚀性能良好，实施例2的30天平均腐蚀速率最慢，仅为3.86×10-7g·h-1·cm-2，非常适合用作船用桅杆的外壳。
综上所述，本发明制备方法获得的船用桅杆既能满足承载能力、结构强度的要求，又具备良好的耐冲击性能，可满足探测设备的探测高度要求。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种耐冲击船用桅杆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备柱杆芯材，所述柱杆芯材各成分的质量百分比为：
Mg：0.51%、Si：0.30%、Sc：0.25%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝；
所述柱杆芯材的制备方法包括如下步骤：
（11）按照柱杆芯材的合金含量熔铸制备柱杆芯材铸锭；
（12）加热铸锭，进行均匀化处理，加热温度为450~520℃，均匀化处理时间为2~5h；
（13）挤压铸锭，得到管状柱杆芯材，挤压温度为450~480℃，挤压速率为10~15m/min；
（14）对柱杆芯材进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效，在线风冷淬火的冷却速度为50~75℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；拉伸率为1~3%；人工时效温度为260~280℃，人工时效时间为2~3h；
（2）制备柱杆壳体，所述柱杆壳体各组分的质量百分比为：
Mg：0.55%、Si：0.33%、Zr：0.18%、Gd：0.18%、Fe：0.15%、Cu：0.10%、Mn：0.10%、Cr：0.10%、Zn：0.10%、Ti：0.10%，余量为铝；
所述柱杆壳体的制备方法包括如下步骤：
（21）按照柱杆壳体的合金含量熔铸制备柱杆壳体铸锭；
（22）加热铸锭，进行均匀化处理，加热温度为550~600℃，均匀化处理时间为2~5h；
（23）挤压铸锭，得到管状柱杆壳体，挤压温度为400~430℃，挤压速率为12~18m/min；
（24）对柱杆壳体进行在线风冷淬火，然后拉伸矫直、人工时效，在线风冷淬火的冷却速度为80~100℃/s，在线风冷淬火后铝合金温度为20~30℃；拉伸率为1~3%；人工时效温度为260~280℃，人工时效时间为2~3h；
（3）将柱杆芯材安装到柱杆壳体内，向柱杆壳体和柱杆芯材之间的空腔内填充玻璃纤维后，使用与柱杆壳体相同组分的铝合金密封空腔底端和顶端，得到柱杆；
（4）使用柱杆组装桅杆。
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