本發(fā)明涉及一種鋁合金鉚釘線材的制造方法，尤其涉及一種高強(qiáng)度航天用鋁合金鉚釘線材的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，對(duì)于高強(qiáng)度的鉚接材料有了迫切的需求，特別是輕質(zhì)的鋁合金鉚釘材料，在保證材料強(qiáng)度的同時(shí)，要求鉚釘仍然有一定的塑性，根據(jù)我國(guó)航天設(shè)計(jì)需求，需要鉚釘線材的抗拉強(qiáng)度達(dá)到580Mpa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度達(dá)到500Mpa，斷后伸長(zhǎng)率達(dá)到6％，抗剪切強(qiáng)度達(dá)到320Mpa。但現(xiàn)有工藝生產(chǎn)中各類(lèi)鋁合金鉚釘線材制備得到的鉚釘在滿足斷后伸長(zhǎng)率的前期下，鉚釘線材的強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度無(wú)法滿足航空用品的應(yīng)用要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有工藝生產(chǎn)制備的鋁合金鉚釘線材在滿足斷后伸長(zhǎng)率的前期下，鉚釘線材的強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度無(wú)法滿足航空用品的應(yīng)用要求的問(wèn)題，提出一種高強(qiáng)度航天用鋁合金鉚釘線材制造方法。
本發(fā)明高強(qiáng)度航天用鋁合金鉚釘線材制造方法按以下步驟進(jìn)行：
一、按各元素質(zhì)量百分比為Zn：6.5％～7.2％、Mg：2.8％～3.2％、Cu：1.0％～1.2％、Zr：0.08％～0.18％、V：0.05％～0.15％、Mn：≤0.10％、Si：≤0.08％、Fe：≤0.10％、Cr：≤0.10％和余量的Al稱取純鋅錠、純鎂錠、電解銅、Al-Zr中間合金、Al-V中間合金和高純鋁錠作為原料，然后將原料加入到熔煉爐中，在720℃～740℃條件下熔煉6～8小時(shí)，得到鋁合金熔液；其中原料中Mn、Si、Fe和Cr為雜質(zhì)元素，來(lái)源于鋁錠及中間合金，這些雜質(zhì)元素及含量對(duì)鋁合金鉚釘線材的性能沒(méi)有影響；
二、將步驟一得到的鋁合金熔液導(dǎo)入靜置爐中，在溫度為720℃～740℃和通有氬氯混合氣體的條件下精煉5min～15min，然后在溫度為720℃～730℃和通入氬氣的條件下精煉10min～20min，靜置后得到鑄造熔體；所述氬氯混合氣體中按體積比包含氬氣90％～94％和氯氣6％～10％，并且氬氯混合氣體中H2、O2、N2或H2O的體積濃度不大于2ppm，CH4體積濃度不大于1ppm；
三、將步驟二得到的鑄造熔體在溫度為720℃～740℃、鑄造速度為65mm/min～70mm/min、冷卻水強(qiáng)度為0.01MPa～0.04MPa、冷卻水溫度為20℃～30℃和爐外在線除氣的條件下采用熱頂半連續(xù)鑄造法制備得到直徑為205mm～210mm的鑄棒；
四、將步驟三得到的鑄棒放置在退火爐中，在400℃～420℃的溫度下保溫10h～15h進(jìn)行第一級(jí)均勻化退火，然后在440℃～470℃的溫度下保溫20h～25h進(jìn)行第二級(jí)均勻化退火，完成后取出空冷；
五、將經(jīng)步驟四處理的鑄棒車(chē)去表面的氧化皮，得到直徑為190mm～192mm的鋁合金鑄棒，并將鑄棒切成長(zhǎng)度為650mm～700mm的短鑄棒；
六、將經(jīng)步驟五得到的短鑄棒放置在空氣加熱爐中加熱，在鋁合金短鑄錠溫度達(dá)到420℃～450℃后熱擠壓成型，得到直徑為10mm～12mm鋁合金線材；
七、將步驟六制得的鋁合金線材進(jìn)行中間退火；所述中間退火為在380℃～400℃下保溫2～3小時(shí)；
八、將步驟七退火后的鋁合金線材在變形率為10％～20％的條件下通過(guò)拉伸模具進(jìn)行冷拉；
九、將步驟八冷拉得到的鋁合金鉚釘線材在精度為±2.5℃的固溶熱處理爐中固溶處理，得到固溶后的鋁合金鉚釘線材；所述固溶處理的溫度為465℃，固溶處理的時(shí)間為1h～2h，固溶處理的介質(zhì)為水；
十、將步驟九得到的固溶后的鉚釘線材放置在精度為±5℃的時(shí)效爐中進(jìn)行時(shí)效處理，得高強(qiáng)度鋁合金鉚釘線材；即完成；所述時(shí)效處理的工藝為：在溫度為115℃保溫4～6h后，升溫至135℃保溫8～10h。
本發(fā)明具備以下有益效果：
本發(fā)明高強(qiáng)度航天用鋁合金鉚釘線材的制備方法，在合金成分設(shè)計(jì)上就有較高的優(yōu)化效果，其主元素Zn高于現(xiàn)有用于鋁合金制造的其他鋁合金，顯著提高了鋁合金性能。通過(guò)保持適當(dāng)?shù)腗g、Cu含量確保了合金的熱處理效果，從而提高了鋁合金熱處理的效果，提高了鋁合金強(qiáng)度，另外，增加了Zr作為細(xì)化元素，保證了合金的延伸性能，增加了微量的V，可以提高線材的加工性能；同時(shí)，配合優(yōu)化后的熱處理工藝，確保了線材的性能達(dá)到了最佳的效果。同時(shí)本發(fā)明制備的線材抗拉強(qiáng)度不小于580MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度不小于500MPa，斷后伸長(zhǎng)率不小于6％，T4態(tài)絲材的抗剪強(qiáng)度不小于320MPa。
具體實(shí)施方式：
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意合理組合。
具體實(shí)施方式一：
本實(shí)施方式高強(qiáng)度航天用鋁合金鉚釘線材制造方法按以下步驟進(jìn)行：
一、按各元素質(zhì)量百分比為Zn：6.5％～7.2％、Mg：2.8％～3.2％、Cu：1.0％～1.2％、Zr：0.08％～0.18％、V：0.05％～0.15％、Mn：≤0.10％、Si：≤0.08％、Fe：≤0.10％、Cr：≤0.10％和余量的Al稱取純鋅錠、純鎂錠、電解銅、Al-Zr中間合金、Al-V中間合金和高純鋁錠作為原料，然后將原料加入到熔煉爐中，在720℃～740℃條件下熔煉6～8小時(shí)，得到鋁合金熔液；
二、將步驟一得到的鋁合金熔液導(dǎo)入靜置爐中，在溫度為720℃～740℃和通有氬氯混合氣體的條件下精煉5min～15min，然后在溫度為720℃～730℃和通入氬氣的條件下精煉10min～20min，靜置后得到鑄造熔體；
三、將步驟二得到的鑄造熔體在溫度為720℃～740℃、鑄造速度為65mm/min～70mm/min、冷卻水強(qiáng)度為0.01MPa～0.04MPa、冷卻水溫度為20℃～30℃和爐外在線除氣的條件下采用熱頂半連續(xù)鑄造法制備得到直徑為205mm～210mm的鑄棒；
四、將步驟三得到的鑄棒放置在退火爐中，在400℃～420℃的溫度下保溫10h～15h進(jìn)行第一級(jí)均勻化退火，然后在440℃～470℃的溫度下保溫20h～25h進(jìn)行第二級(jí)均勻化退火，完成后取出空冷；
五、將經(jīng)步驟四處理的鑄棒車(chē)去表面的氧化皮，得到直徑為190mm～192mm的鋁合金鑄棒，并將鑄棒切成長(zhǎng)度為650mm～700mm的短鑄棒；
六、將經(jīng)步驟五得到的短鑄棒放置在空氣加熱爐中加熱，在鋁合金短鑄錠溫度達(dá)到420℃～450℃后熱擠壓成型，得到直徑為10mm～12mm鋁合金線材；
七、將步驟六制得的鋁合金線材進(jìn)行中間退火；
八、將步驟七退火后的鋁合金線材在變形率為10％～20％的條件下通過(guò)拉伸模具進(jìn)行冷拉；
九、將步驟八冷拉得到的鋁合金鉚釘線材在精度為±2.5℃的固溶熱處理爐中固溶處理，得到固溶后的鋁合金鉚釘線材；
十、將步驟九得到的固溶后的鉚釘線材放置在精度為±5℃的時(shí)效爐中進(jìn)行時(shí)效處理，得高強(qiáng)度鋁合金鉚釘線材；即完成。
本實(shí)施方式具備以下有益效果：
本實(shí)施方式高強(qiáng)度航天用鋁合金鉚釘線材的制備方法，在合金成分設(shè)計(jì)上就有較高的優(yōu)化效果，其主元素Zn高于現(xiàn)有用于鋁合金制造的其他鋁合金，顯著提高了鋁合金性能。通過(guò)保持適當(dāng)?shù)腗g、Cu含量確保了合金的熱處理效果，從而提高了鋁合金熱處理的效果，提高了鋁合金強(qiáng)度，另外，增加了Zr作為細(xì)化元素，保證了合金的延伸性能，增加了微量的V，可以提高線材的加工性能；同時(shí)，配合優(yōu)化后的熱處理工藝，確保了線材的性能達(dá)到了最佳的效果；同時(shí)本實(shí)施方式制備的線材抗拉強(qiáng)度不小于580MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度不小于500MPa，斷后伸長(zhǎng)率不小于6％，T4態(tài)絲材的抗剪強(qiáng)度不小于320MPa。
具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟一所述按元素質(zhì)量百分比為Zn：6.8％、Mg：3.0％、Cu：1.1％、Zr：0.15％、V：0.08、Mn：≤0.10％、Si：≤0.08％、Fe：≤0.10％、Cr：≤0.10％和余量的Al稱取純鋅錠、純鎂錠、電解銅、Al-Zr中間合金、Al-V中間合金和高純鋁錠作為原料。其他步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：步驟二所述氬氯混合氣體中按體積比包含氬氣90％～94％和氯氣6％～10％，并且氬氯混合氣體中H2、O2、N2或H2O的體積濃度不大于2ppm，CH4體積濃度不大于1ppm。其他步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。
具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：步驟七所述中間退火為在380℃～400℃下保溫2～3小時(shí)。其他步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。
具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：步驟九所述固溶處理的溫度為465℃，固溶處理的時(shí)間為1h～2h，固溶處理的介質(zhì)為水。其他步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。
具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同的是：步驟十所述時(shí)效處理的工藝為：在溫度為115℃保溫4～6h后，升溫至135℃保溫8～10h。其他步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一至五之一相同。
實(shí)施例1：
本實(shí)施例高強(qiáng)度航天用鋁合金鉚釘線材制造方法按以下步驟進(jìn)行：
一、按元素質(zhì)量百分比為Zn：6.8％、Mg：3.0％、Cu：1.1％、Zr：0.15％、V：0.08、Mn：≤0.10％、Si：≤0.08％、Fe：≤0.10％、Cr：≤0.10％和余量的Al稱取純鋅錠、純鎂錠、電解銅、Al-Zr中間合金、Al-V中間合金和高純鋁錠作為原料，然后將原料加入到熔煉爐中，在720℃～740℃條件下熔煉6～8小時(shí)，得到鋁合金熔液；其中原料中Mn、Si、Fe和Cr為雜質(zhì)元素，來(lái)源于鋁錠及中間合金，這些雜質(zhì)元素及含量對(duì)鋁合金鉚釘線材的性能沒(méi)有影響；
二、將步驟一得到的鋁合金熔液導(dǎo)入靜置爐中，在溫度為730℃和通有氬氯混合氣體的條件下精煉10min，然后在溫度為725℃和通入氬氣的條件下精煉15min，靜置后得到鑄造熔體；所述氬氯混合氣體中按體積比包含氬氣94％和氯氣6％，并且氬氯混合氣體中H2、O2、N2或H2O的體積濃度不大于2ppm，CH4體積濃度不大于1ppm；
三、將步驟二得到的鑄造熔體在溫度為730℃、鑄造速度為68mm/min、冷卻水強(qiáng)度為0.03MPa、冷卻水溫度為25℃和爐外在線除氣的條件下采用熱頂半連續(xù)鑄造法制備得到直徑為208mm的鑄棒；
四、將步驟三得到的鑄棒放置在退火爐中，在420℃的溫度下保溫13h進(jìn)行第一級(jí)均勻化退火，然后在450℃的溫度下保溫23h進(jìn)行第二級(jí)均勻化退火，完成后取出空冷；
五、將經(jīng)步驟四處理的鑄棒車(chē)去表面的氧化皮，得到直徑為191mm的鋁合金鑄棒，并將鑄棒切成長(zhǎng)度為680mm的短鑄棒；
六、將經(jīng)步驟五得到的短鑄棒放置在空氣加熱爐中加熱，在鋁合金短鑄錠溫度達(dá)到420℃～450℃后熱擠壓成型，得到直徑為12mm鋁合金線材；
七、將步驟六制得的鋁合金線材進(jìn)行中間退火；所述中間退火為在390℃下保溫2.5小時(shí)；
八、將步驟七退火后的鋁合金線材在變形率為15％的條件下通過(guò)拉伸模具進(jìn)行冷拉；
九、將步驟八冷拉得到的鋁合金鉚釘線材在精度為±2.5℃的固溶熱處理爐中固溶處理，得到固溶后的鋁合金鉚釘線材；所述固溶處理的溫度為465℃，固溶處理的時(shí)間為1.5h，固溶處理的介質(zhì)為水；
十、將步驟九得到的固溶后的鉚釘線材放置在精度為±5℃的時(shí)效爐中進(jìn)行時(shí)效處理，得高強(qiáng)度鋁合金鉚釘線材；即完成；所述時(shí)效處理的工藝為：在溫度為115℃保溫5h后，升溫至135℃保溫9h。
本實(shí)施例具備以下有益效果：
本實(shí)施例高強(qiáng)度航天用鋁合金鉚釘線材的制備方法，在合金成分設(shè)計(jì)上就有較高的優(yōu)化效果，其主元素Zn高于現(xiàn)有用于鋁合金制造的其他鋁合金，顯著提高了鋁合金性能。通過(guò)保持適當(dāng)?shù)腗g、Cu含量確保了合金的熱處理效果，從而提高了鋁合金熱處理的效果，提高了鋁合金強(qiáng)度，另外，增加了Zr作為細(xì)化元素，保證了合金的延伸性能，增加了微量的V，可以提高線材的加工性能；同時(shí)，配合優(yōu)化后的熱處理工藝，確保了線材的性能達(dá)到了最佳的效果；
本實(shí)施例制備的航天用鋁合金鉚釘線材實(shí)體尺寸和表面質(zhì)量良好，工業(yè)生產(chǎn)中成型性能好，綜合力學(xué)性能優(yōu)良，通過(guò)GB/T 16865《變形鋁、鎂及其合金加工制品拉伸試驗(yàn)用試樣及方法》試驗(yàn)測(cè)得抗拉強(qiáng)度為615MPa，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度為526MPa，斷后伸長(zhǎng)率為7.5％；通過(guò)GB/T3250《鋁及鋁合金鉚釘線與鉚釘剪切試驗(yàn)方法及鉚釘線鉚接試驗(yàn)方法》試驗(yàn)測(cè)的T4態(tài)絲材的抗剪強(qiáng)度為345MPa。