一種大直徑細(xì)晶防銹鋁合金薄壁管材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大直徑細(xì)晶Al-Mg系防銹鋁合金薄壁管材的制備方法，屬于金屬加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]Al-Mg系防銹鋁合金中鎂含量一般不超過(guò)7%，隨著含鎂量的增加，合金的強(qiáng)度增大，抗拉強(qiáng)度可達(dá)400MPa，而塑性則下降。這一類(lèi)防銹鋁合金通常在退火狀態(tài)、冷作硬化或半冷作硬化狀態(tài)下使用。Al-Mg系鋁合金具有良好的力學(xué)性能、抗腐蝕性和焊接成形性，在航天航空工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。隨著現(xiàn)代航空制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)用Al-Mg系防銹鋁合金薄壁管材提出了嚴(yán)格的質(zhì)量要求。大直徑Al-Mg系防銹鋁合金薄壁管材主要用于飛機(jī)燃油和特設(shè)系統(tǒng)中的導(dǎo)管。為保證管材在后續(xù)彎曲、擴(kuò)口、壓扁等加工成形性能以及使用中的可靠性，對(duì)管材尺寸精度、表面缺陷、高低倍組織及性能方面提出了嚴(yán)格的質(zhì)量要求。
[0003]對(duì)于大直徑Al-Mg系防銹鋁合金薄壁管材，傳統(tǒng)是采用拉伸方法生產(chǎn)，由于受力狀態(tài)不利于變形，因此需要多道次小變形量的拉伸。道次拉伸只能使原金屬晶粒拉長(zhǎng)而不能破碎，并且每拉伸一個(gè)道次，管材毛料都要進(jìn)行中間工序的退火，導(dǎo)致晶粒逐漸長(zhǎng)大。研究表明，“橘皮”組織通常是由粗大的再結(jié)晶晶粒經(jīng)較大冷拉變形而產(chǎn)生的。具有粗大晶粒的多晶體經(jīng)外力作用時(shí)，由于在每個(gè)晶粒易變形的晶向上，承受的分力大小不一樣，使每個(gè)晶粒的變形量和變形方向均不同。為了保持多晶體的完整性，晶粒間必然產(chǎn)生很大應(yīng)力。這種應(yīng)力使約束力較小的管材表面晶粒產(chǎn)生各種不同的附加變形，使一些晶粒凸起，另外一些則凹下，當(dāng)晶粒尺寸足夠大時(shí)，即表現(xiàn)為宏觀(guān)可見(jiàn)的“橘皮”組織，從而導(dǎo)致裂紋等缺陷的產(chǎn)生，不能滿(mǎn)足性能設(shè)計(jì)要求。擠壓法效率比較高，但精度差、長(zhǎng)度受限；旋壓法精度比較高，而且組織性能好，但管材的長(zhǎng)度受到比較多的限制，且變形不均勻性比較大，容易引起表面裂紋。
[0004]現(xiàn)如今，高性能、低成本、大直徑細(xì)晶Al-Mg系防銹鋁合金薄壁管材的制備加工已經(jīng)成為大規(guī)格管材加工制備的瓶頸，急需解決。因此，有必要開(kāi)發(fā)大直徑細(xì)晶Al-Mg系防銹鋁合金薄壁管材的加工制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種材料利用率高、成本低的大直徑細(xì)晶Al-Mg系防銹鋁合金薄壁管材制備加工技術(shù)。采用這種技術(shù)，可以使鋁合金晶粒尺寸達(dá)到GB/T3246.2中的I?2級(jí)，抗拉強(qiáng)度大于等于150MPa，延伸率大于等于15%，用于制備外徑Φ纟卜為60?120mm,壁厚為0.5?2mm的鋁合金管材。本發(fā)明方法制備的鋁合金管在航天，航空，原子能，武器等工業(yè)領(lǐng)域起著重要作用，有很好的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明方法的主要步驟是，首先采用大擠壓比擠壓Al-Mg系防銹鋁合金鑄造坯料；然后將擠壓坯料進(jìn)行車(chē)削、打磨去掉缺陷組織后再進(jìn)行四道次大加工率冷軋，冷軋總加工率為80?90%，軋制兩道次后進(jìn)行表面處理和中間退火消除加工硬化組織，之后再進(jìn)行后續(xù)2道次冷軋；最后將軋制完成的管材進(jìn)行表面處理及成品退火。工藝流程為:鑄錠擠壓—表面處理一2道次冷軋一表面處理一中間退火一2道次冷軋一表面處理一成品退火。
[0007]本發(fā)明大直徑細(xì)晶防銹鋁合金薄壁管材的制備方法，具體實(shí)施步驟包括:
[0008](I)鑄錠擠壓:將Al-Mg系防銹鋁合金鑄錠進(jìn)行大加工率正擠壓，得到擠壓管坯；
[0009](2)首次表面處理:將步驟(I)中的擠壓管坯內(nèi)、外表面和端面進(jìn)行車(chē)削，然后用砂紙將內(nèi)、外表面拋光；
[0010](3)退火前軋制:將首次表面處理后的管坯進(jìn)行2道次大加工率冷軋，得到軋制管坯；
[0011](4)第二次表面處理:將步驟(3)中得到的軋制管坯進(jìn)行酸洗，去除表面油污、雜質(zhì)等;
[0012](5)中間退火:將步驟(4)第二次表面處理后的管坯立式放置在熱處理爐內(nèi)進(jìn)行中間退火，消除加工硬化；
[0013](6)退火后軋制:將步驟(5)中間退火后的管坯再進(jìn)行2道次大加工率冷軋，得到成品管材；
[0014](7)第三次表面處理:對(duì)最終軋制后的成品管材進(jìn)行酸洗，去除表面油污、雜質(zhì)等;
[0015](8)成品退火:將步驟(7)中得到的成品管材立式放置在熱處理爐內(nèi)進(jìn)行成品退火，以保證成品管材的尺寸精度和組織性能。
[0016]本發(fā)明中，所述大直徑細(xì)晶防銹鋁合金薄壁管材的直徑范圍為外徑Φ #為60?120mm，壁厚為0.5?2mm，晶粒度為1-2級(jí)。
[0017]步驟(I)中，所述的Al-Mg系防銹鋁合金鑄錠尺寸為內(nèi)徑Φ ?100?130mmX外徑Φ外27O?3OOmm,長(zhǎng)度為400臟?5OOmm,擠壓溫度為32O?500°C，擠壓筒的溫度為38O?500°C，擠壓比為10?25 ;得到擠壓管坯的尺寸為內(nèi)徑Φ內(nèi)55?125mmX外徑Φ外75?150mm,壁厚為 9_ ?15mm。
[0018]步驟(2)中，經(jīng)表面處理后擠壓管坯的尺寸為內(nèi)徑Φ ?60?120mmX外徑Φ外71?146mm,壁厚為5.5?13mm。內(nèi)徑公差在+0.5mm以下，壁厚公差在+0.5mm以下，直線(xiàn)度在±0.0lmm以?xún)?nèi)，同軸度在±0.0lmm以?xún)?nèi)，表面粗糙度控制在Ra3.2以下。
[0019]步驟(3)中，首道次加工率為30?45%，第二道次加工率為24?45%，中間退火前總加工率控制在45?65%。
[0020]步驟(5)中，所述的中間退火為將軋制管坯立式放置在熱處理爐內(nèi)，熱處理溫度為300?500°C，到溫入爐，保溫30?60min，帶爐溫降到250°C后再出爐，空冷制室溫。
[0021]步驟(6)中，中間退火后，第一道次加工率控制在30?50%，第二道次加工率控制在40?58% ;中間退火前后管材軋制的總加工率控制在80?90%。
[0022]步驟(8)中，所述的成品退火為將成品管材立式放置在熱處理爐內(nèi)，熱處理溫度為350?500°C，到溫入爐，保溫30?90min，待爐溫降到250°C后再出爐，空冷至室溫。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0024](I)采用擠壓+軋制的加工方式，擠壓和軋制時(shí)金屬的受力狀態(tài)均為三向壓應(yīng)力，極大的發(fā)揮了材料的塑性；
[0025](2)材料的冷變形程度大，畸變能高，退火后管材顯微組織中以位錯(cuò)為質(zhì)點(diǎn)的形核率增多，晶粒明顯比拉伸法生產(chǎn)的管材組織晶粒細(xì)?。?br>[0026](3)通過(guò)大變形擠壓+冷軋+熱處理，有利于提高管材的綜合性能，減少了生產(chǎn)工序，提聞了生廣率；
[0027](4)本發(fā)明將管材立式放置于熱處理內(nèi)退火，并待爐溫降到250°C以后出爐空冷至室溫，保證了成品管材的尺寸與外形精度。
[0028]總體而言，本發(fā)明的細(xì)晶粒大直徑Al-Mg系薄壁防銹鋁合金薄壁管材加工技術(shù)，制造的Al-Mg系防銹鋁合金組織均勻細(xì)小、性能高、精度高，減少了生產(chǎn)工序，提高了生產(chǎn)率，降低了成本，適合于大規(guī)模生產(chǎn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0029]本發(fā)明制備的大直徑細(xì)晶Al-Mg系防銹鋁合金薄壁管材，鋁合金晶粒尺寸達(dá)到GB/T3246.2中的I?2級(jí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到大于等于150MPa，延伸率大于等于15%，具有組織細(xì)小、強(qiáng)度高，塑形好等特點(diǎn)，可保證管材的后續(xù)彎曲、擴(kuò)口、壓扁等加工成形性能以及使用中的可靠性。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031]大直徑(Φ外60 X 0.75mm)細(xì)晶5A06防銹鋁合金薄壁管材的制備工藝如下:
[0032]5A06防銹鋁合金鑄錠尺寸為Φ ? IlOmmX Φ外270mmX 400mm，將鑄錠在450°C，擠壓筒溫度在480°C擠壓，擠壓比為24.1，擠壓成Φ內(nèi)57mmX Φ外76謹(jǐn)，壁厚為9.5mm的擠壓管還，將擠壓管還進(jìn)行車(chē)削加工成Φ ? 60mmX Φ ^l.72mm,壁厚為6mm的管還，然后分別用400#和600#的砂紙進(jìn)行拋光。拋光后管坯內(nèi)徑公差+0.4mm，壁厚公差+0.3mm，直線(xiàn)度為+0.0lmm,同軸度為+0.01mm，表面粗糙度為Ra3.2。拋光后的管坯進(jìn)行四道次冷軋，冷軋加工率分配為31.6%,25.3%,47.9%,57.9%，退火前后管材軋制的總加工率為88.8%。在第二道次冷軋后進(jìn)行常規(guī)酸洗，將常規(guī)酸洗后的管坯立式放置于熱處理爐內(nèi)進(jìn)行430°C保溫60min的中間退火，到溫裝爐，待爐溫降至250°C后出爐空冷至室溫；將第四道次軋制并進(jìn)行常規(guī)酸洗后得成品管材立式放置于熱處理爐內(nèi)進(jìn)行450°C保溫90min的成品退火，待爐溫降至250°C后出爐空冷至室溫，得到Φ #60X0.75mm的細(xì)晶5A06防銹鋁合金薄壁管材。
[0033]經(jīng)取樣分析，該管材的晶粒度為GB/T3246.2中的2級(jí)，抗拉強(qiáng)度為325MPa，延伸率為22%，并將管材取樣進(jìn)行彎曲、擴(kuò)口和壓扁