CN116121569A - 一种高强2系铝合金低本高效生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种高强2系铝合金低本高效生产工艺，属于铝合金制造领域，主要过程为：合金成分配比、圆铸锭均匀化热处理、热挤压处理、冷却处理、拉伸矫直处理、自然时效；其中，冷却处理为：在挤压机前梁出口处安装驻波水冷和穿水冷却装置，使挤出铝合金制品在穿水冷却装置中的长度≥2.0m。使用该生产工艺，能够有效降低制造成本、缩短生产周期；获得的铝合金挤压产品的抗拉强度≥450MPa、屈服强度≥310MPa、伸长率≥8％。

Description

一种高强2系铝合金低本高效生产工艺

技术领域

本发明属于铝合金制造领域，具体地说是一种高强2系铝合金低本高效生产工艺。

背景技术

高强2系铝合金的主要合金元素为Cu，该系铝合金特点是强度高，其耐热性好和加工性能良好，并且合金的工艺性能良好，易于焊接，主要应用于耐热可焊的结构件及锻件。该系合金广泛应用在航空和航天领域。

高强2系铝合金在挤压过程中变形抗力较高，产生挤压难度大、生产效率低等问题；目前，传统的技术路线为：经挤压后，使用热处理炉进行固溶热处理并经过自然时效至具有相应性能的状态；对于一般工业用途的产品来说，该传统技术生产产品存在质量过剩的问题，且在该传统技术路线中采用离线淬火工序，产生生产成本高和生产周期长的技术劣势。

可见，针对一般工业用2系铝合金来说，提供一种成本低、生产周期短的生产工艺具有重要意义。

发明内容

一种高强2系铝合金低本高效生产工艺，主要过程为：合金成分配比、圆铸锭均匀化热处理、热挤压处理、冷却处理、拉伸矫直处理、自然时效；

其中，冷却处理为：在挤压机前梁出口处安装驻波水冷和穿水冷却装置，使挤出铝合金制品在穿水冷却装置中的长度≥2.0m；该设置能够使挤出的铝合金制品在短时间内冷却至室温；驻波水冷装置能够增加水位高度，形成一道封闭的水墙；穿水冷却装置是为了让制品穿过水墙进行冷却。

进一步的，上述高强2系铝合金低本高效生产工艺，具体过程如下：

(1)合金成分配比：

选用圆铸锭作为原料，圆铸锭包括下述重量百分比的元素：

Si≤0.40％，Fe≤0.35％，Cu 4.0-4.80％，Mn≤0.30％，Mg 1.20-1.80％，Ni≤0.10％，Zn≤0.30％，Ti≤0.15％，Fe+Ni≤0.50％，余量为Al及不可避免杂质；其中，不可避免杂质的单个含量不超0.05％，合计不超0.10％；

(2)圆铸锭均匀热处理：

均匀化热处理过程中，升温速度≤45℃/小时，保温温度为485-498℃，保温时间为24-33小时，保温结束后，风冷至250℃以下；

(3)挤压处理：

s1，设计挤压模具：

采用反向挤压模具，模具工作带2.0-5.5mm；

s2，挤压工艺如下：

采用反向挤压的方式，模具的温度为380-440℃，挤压筒温度为380-430℃，挤压前圆铸锭温度为400-440℃；产品挤出速度为1.5-3.0m/分钟；进入冷却水前金属表面温度为430-470℃；

(4)冷却处理：

在挤压机前梁出口处安装驻波水冷和穿水冷却装置，使挤出铝合金制品在水中的长度≥2.0m；

(5)拉伸处理：

将冷却后的制品通过拉伸机产生0.50-2.50％的拉伸变形；

优选的，在步骤(2)中，升温速度为35℃/小时，保温温度为490℃，保温时间为24小时；保温结束后，风冷至250℃以下。

优选的，在步骤(2)中，风冷过程的风量以圆铸锭不产生冷却裂纹为依据进行确定；保温开始时间以金属表面温度到温为依据。

优选的，在步骤(3)的s2中，采用反向挤压的方式，模具的温度为420℃，挤压筒温度为397-404℃，挤压前圆铸锭温度为407-411℃；产品挤出速度为1.6-2.1m/分钟；进入冷却水前金属表面温度为437-452℃。

优选的，在步骤(4)的冷却处理过程中，驻波水冷和穿水冷却装置的水温均≤80℃。

优选的，在步骤(5)的拉伸处理过程中，对冷却后的制品在4小时以内，通过拉伸机产生1.2％的拉伸变形，以最大程度消除牵引、冷却变形导致的直线度差和残余应力。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明中，通过对合金成分配比的控制、挤压用圆铸锭均匀化热处理工艺控制、挤压工艺设计、冷却装置设计，能够得到抗拉强度≥450MPa、屈服强度≥310MPa、伸长率≥8％的铝合金挤压产品。

2、本发明提供的生产工艺，相较传统的热处理炉固溶热处理技术，成本降低6-10％，全生产技术流程的生产效率提高5％。

3、本发明提供的生产工艺，使用驻波水冷和穿水冷却装置进行冷却处理，代替了传统的离线淬火过程，有效降低了生产成本。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

对比例1

一种高强2系铝合金低本高效生产工艺，具体过程如下：

(1)合金成分配比：

选用直径为146mm的圆铸锭作为原料，采用直读光谱仪检测挤压用圆铸锭的合金成分，圆铸锭中的元素组成如下：

Si 0.10％，Fe 0.18％，Cu 4.4％，Mn 0.74％，Mg 1.6％，Ni 0.06％，Zn 0.1％，Ti0.05％，余量为Al及不可避免杂质；其中，不可避免杂质的单个含量不超0.05％，合计不超0.10％；

(2)圆铸锭均匀热处理：

将步骤(1)的圆铸锭进行均匀化热处理：升温速度为35℃/小时，保温温度为490℃，保温时间为24小时；保温结束后，风冷至250℃以下；

(3)热挤压处理：

s1，设计挤压模具：

采用反向挤压模具，模具工作带2.0mm；

s2，挤压工艺如下：

选择挤压机的挤压筒直径为151mm，模具采用双孔模具，使挤压比为25.33；

采用反向挤压的方式，模具的温度为420℃，挤压筒温度为392-407℃，挤压前圆铸锭温度为410-424℃；产品挤出速度为1.80-2.20m/分钟；进入冷却水前金属表面温度为440-448℃；

(4)冷却处理：

在挤压机前梁出口处安装驻波水冷和穿水冷却装置，控制挤出铝合金制品在水中的长度≥2.0m，驻波水冷和穿水冷却装置的水温均为25-40℃，使得冷却后制品表面温度25.0-33.0℃；该设置能够使挤出的铝合金制品在短时间内冷却至室温；

(5)拉伸矫直处理：

对冷却后的制品在4小时以内，通过拉伸机产生1.2％的拉伸变形，以最大程度消除牵引、冷却变形导致的直线度差和残余应力；

对自然时效后的2系合金取样进行室温拉伸性能试验，结果见表1；

表1自然时效后2系棒材(直径30mm)室温拉伸性能结果

从试验数据可以看出，采用本发明所述工艺生产高强2系直径30mm棒材，T4态室温抗拉强度可达480MPa以上，与行业内标准数值相比高出30MPa以上。

实施例2

一种高强2系铝合金低本高效生产工艺，具体过程如下：

(1)合金成分配比：

选用直径为410mm的圆铸锭作为原料，采用直读光谱仪检测挤压用圆铸锭的合金成分，圆铸锭中的元素组成如下：

Si 0.08％，Fe 0.22％，Cu 4.5％，Mn 0.70％，Mg 1.7％，Ni 0.05％，Zn 0.12％，Ti 0.05％，余量为Al及不可避免杂质；其中，不可避免杂质的单个含量不超0.05％，合计不超0.10％；

(2)圆铸锭均匀热处理：

将步骤(1)的圆铸锭进行均匀化热处理：升温速度为35℃/小时，保温温度为490℃，保温时间为24小时；保温结束后，风冷至250℃以下；

(3)热挤压处理：

s1，设计挤压模具：

采用反向挤压模具，模具工作带3.0mm；

s2，挤压工艺如下：

选择挤压机的挤压筒直径为420mm，模具采用单孔模具，使挤压比为24.42；

采用反向挤压的方式，模具的温度为420℃，挤压筒温度为396-403℃，挤压前圆铸锭温度为412-416℃；产品挤出速度为1.60-2.20m/分钟；进入冷却水前金属表面温度为440-452℃；

(4)冷却处理：

在挤压机前梁出口处安装驻波水冷和穿水冷却装置，控制挤出铝合金制品在水中的长度≥4.0m，驻波水冷和穿水冷却装置的水温均为25-40℃，使得冷却后制品表面温度20.0-30.0℃；该设置能够使挤出的铝合金制品在短时间内冷却至室温；

(5)拉伸矫直处理：

对冷却后的制品在4小时以内，通过拉伸机产生1.2％的拉伸变形，以最大程度消除牵引、冷却变形导致的直线度差和残余应力；

对自然时效后的2系合金取样进行室温拉伸性能试验，结果见表2；

表2自然时效后2系棒材(直径85mm)室温拉伸性能结果

从试验数据可以看出，采用本发明所述工艺生产高强2系直径85mm棒材，T4态室温抗拉强度可达470MPa以上，与行业内标准数值相比高出20MPa以上。

对比例1

传统生产工艺，具体过程如下：

(1)合金成分配比：

选用直径为410mm的圆铸锭作为原料，采用直读光谱仪检测挤压用圆铸锭的合金成分，圆铸锭中的元素组成如下：

Si 0.08％，Fe 0.22％，Cu 4.5％，Mn 0.70％，Mg 1.7％，Ni 0.05％，Zn 0.12％，Ti 0.05％，余量为Al及不可避免杂质；其中，不可避免杂质的单个含量不超0.05％，合计不超0.10％；

(2)圆铸锭均匀热处理：

将步骤(1)的圆铸锭进行均匀化热处理：升温速度为35℃/小时，保温温度为490℃，保温时间为24小时；保温结束后，风冷至250℃以下；

(3)热挤压处理：

s1，设计挤压模具：

采用反向挤压模具，模具工作带3.0mm；

s2，挤压工艺如下：

选择挤压机的挤压筒直径为420mm，模具采用单孔模具，使挤压比为24.42；

采用反向挤压的方式，模具加热温度为420℃，挤压筒温度为387-403℃，挤压前圆铸锭温度为394-401℃；产品挤出速度为2.0-2.60m/分钟；

预拉伸处理：

对挤压后的制品通过拉伸机产生0.3-1.0％的拉伸变形，消除挤压后产生的弯曲，避免弯曲影响立式淬火炉淬火冷却出炉；

预锯切处理：

对制品进行中断锯切，保证锯切后制品长度短于立式淬火炉的长度，保证制品顺利装入立式淬火炉；

固溶热处理：

将中断后的制品进行固溶热处理，保温温度为490-499℃，保温时间为180min，淬火转移时间≤30s，冷却水温度保证≤50℃，出炉冷却待沸腾气泡消失后，在水中至少停滞2分钟以上。

(7)拉伸矫直处理：

对固溶热处理后的制品在4小时以内，通过拉伸机产生1.3％的拉伸变形，以最大程度消除牵引、冷却变形导致的直线度差和残余应力；

对自然时效后的2系合金取样进行室温拉伸性能试验，结果见表3；

表3自然时效后2系棒材(直径85mm)室温拉伸性能结果

从本发明所述工艺与传统工艺相比较可以得出，采用本发明所述工艺生产可以减少预拉伸、预锯切、固溶热处理等工艺路线，缩短生产周期，有效降低生产成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高强2系铝合金低本高效生产工艺，其特征在于，主要过程为合金成分配比、圆铸锭均匀化热处理、热挤压处理、冷却处理、拉伸矫直处理、自然时效；

其中，冷却处理为：在挤压机前梁出口处安装驻波水冷和穿水冷却装置，使挤出铝合金制品在穿水冷却装置中的长度≥2.0m。

2.如权利要求1所述的高强2系铝合金低本高效生产工艺，其特征在于，具体过程如下：

(1)合金成分配比：

选用圆铸锭作为原料，圆铸锭包括下述重量百分比的元素：

Si≤0.40％，Fe≤0.35％，Cu 4.0-4.80％，Mn≤0.30％，Mg 1.20-1.80％，Ni≤0.10％，Zn≤0.30％，Ti≤0.15％，Fe+Ni≤0.50％，余量为Al及不可避免杂质；其中，不可避免杂质的单个含量不超0.05％，合计不超0.10％；

(2)圆铸锭均匀热处理：

均匀化热处理过程中，升温速度≤45℃/小时，保温温度为485-498℃，保温时间为24-33小时，保温结束后，风冷至250℃以下；

(3)挤压处理：

s1，设计挤压模具：

采用反向挤压模具，模具工作带2.0-5.5mm；

s2，挤压工艺如下：

采用反向挤压的方式，模具的温度为380-440℃，挤压筒温度为380-430℃，挤压前圆铸锭温度为400-440℃；产品挤出速度为1.5-3.0m/分钟；进入冷却水前金属表面温度为430-470℃；

(4)冷却处理：

在挤压机前梁出口处安装驻波水冷和穿水冷却装置，使挤出铝合金制品在穿水冷却装置中的长度≥2.0m；

(5)拉伸处理：

将冷却后的制品通过拉伸机产生0.50-2.50％的拉伸变形。

3.如权利要求2所述的高强2系铝合金低本高效生产工艺，其特征在于，在步骤(2)中，升温速度为35℃/小时，保温温度为490℃，保温时间为24小时；保温结束后，风冷至250℃以下。

4.如权利要求2所述的高强2系铝合金低本高效生产工艺，其特征在于，在步骤(2)中，风冷过程的风量以不产生冷却裂纹为依据进行确定。

5.如权利要求2所述的高强2系铝合金低本高效生产工艺，其特征在于，在步骤(3)的s2中，采用反向挤压的方式，模具的温度为420℃，挤压筒温度为397-404℃，挤压前圆铸锭温度为407-411℃；产品挤出速度为1.6-2.1m/分钟；进入冷却水前金属表面温度为437-452℃。

6.如权利要求2所述的高强2系铝合金低本高效生产工艺，其特征在于，在步骤(4)的冷却处理过程中，驻波水冷装置和穿水冷却装置的水温均≤80℃。

7.如权利要求2所述的高强2系铝合金低本高效生产工艺，其特征在于，在步骤(5)的拉伸处理过程中，对冷却后的制品在4小时以内，通过拉伸机产生1.2％的拉伸变形。