一種航空用鋁合金棒材及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于及侶合金制造領(lǐng)域，具體設(shè)及一種航空用侶合金棒材的合金元素配方 及生產(chǎn)方法，尤其是設(shè)及一種2017侶合金棒材合金元素成分設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 2017侶合金棒材是一種廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域的侶合金切削材料，運(yùn)種侶合金棒材 的生產(chǎn)一般包括烙煉、鑄造、均勻化退火、擠壓、冷拉、澤火、矯直、自然時(shí)效處理運(yùn)幾個(gè)工 序。在侶合金棒材的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粗大晶粒組織即粗晶環(huán)，根據(jù)粗晶環(huán)出現(xiàn)的時(shí)間，將 其分為兩類:第一類是在擠壓過(guò)程中已形成的粗晶環(huán)，運(yùn)類粗晶環(huán)的形成是由于擠壓模具 工作帶的長(zhǎng)度W及入口的形狀與摩擦力的作用造成金屬流動(dòng)不均勻。在反向擠壓過(guò)程中， 加熱爐加熱后會(huì)使得鑄棒外層溫度高，中屯、溫度低，外層金屬所承受的變形程度比內(nèi)層大， 晶粒受到劇烈的剪切變形，晶格崎變嚴(yán)重，再加上高溫，從而使外層金屬再結(jié)晶溫度降低， 發(fā)生再結(jié)晶長(zhǎng)大，形成粗晶環(huán)，而內(nèi)層金屬保持纖維晶組織;第二類粗晶環(huán)是在侶合金棒材 的澤火過(guò)程形成的，例如6061、7075、7050侶合金在澤火后，常常會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的粗晶環(huán) 組織，運(yùn)類粗晶環(huán)的形成一方面與擠壓過(guò)程的擠壓比（即不均勻變形)有關(guān)，還與合金里面 的元素化、Ti、Zr元素 W及鑄造晶粒組織有關(guān)。
[0003] 在發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的工藝技術(shù)在擠壓時(shí)存在W下問(wèn)題： (1)2017侶合金棒材的化學(xué)成分設(shè)計(jì)不夠合理； (2 )反向擠壓擠壓溫度過(guò)高，達(dá)到460°C; (3) 反向擠壓擠壓比設(shè)計(jì)過(guò)大； (4) 反向擠壓模具工作帶設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)； 巧)擠壓模具出口采用在線澤火后進(jìn)行冷拔工藝； (6)加熱時(shí)采用到溫加熱，保溫時(shí)間過(guò)久。
[0004] 上述6個(gè)方面決定了2017侶棒擠壓出來(lái)會(huì)產(chǎn)生粗晶，W及對(duì)后續(xù)加工是否會(huì)產(chǎn)生 粗晶有直接影響。同時(shí)，2017侶合金棒材在擠壓過(guò)程中也會(huì)造成變形的不均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)粗晶環(huán)、組織均勻、切削性 能良好、可W大批量生產(chǎn)的航空用侶合金棒材。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提供上述航空用侶合金棒材的制造方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一種航空用侶合金棒材對(duì)合金元素成分進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計(jì)，各合金元素質(zhì)量百分含量為：Si : 0.3%-0.6%，F(xiàn)e : 0.1%-0.5%，Cu: 3.4%-3.8%，Mg: 0.3〇/〇-〇. 5〇/〇，Mn: 0.5〇/〇-〇. 7〇/〇, Zn: 0.05〇/〇-〇. P/〇，Ti : 0.015〇/〇-〇. 025〇/〇, Zr: 0.02〇/〇-〇. 05〇/〇,其它元素 單個(gè)含量^ 0.045%，其它元素總量^ 0.1%，剩余為侶。
[000引本發(fā)明一種航空用侶合金棒材之各合金元素質(zhì)量百分含量?jī)?yōu)選為：51:0.3%- 0.5%,Fe：0.2%-0.4%%,Cu:3.4%-3.6%,Mg: 0.3%-0.4%,Μη：0.55%-0.7%,Zn：0.06%-0.08%, Ti:ο.022%-0.025%,Zr：0.02%-0.05%0
[0009] 本發(fā)明提供的一種航空用侶合金棒材的制造方法包括W下工序： 1) 烙煉:將各合金元素原料放入傾倒式烙煉爐內(nèi)進(jìn)行烙煉，烙煉溫度為740°C-760°C， 使原料完全烙化，并得到成分分布均勻的烙體； 2) 凈化處理、鑄造成棒:對(duì)上述烙體進(jìn)行凈化處理，然后升溫到850°C-860°C，保溫26- 35min，W保溫30min為佳;接著再冷卻到730°C-740°C將凈化處理后的烙體鑄造成鑄棒，鑄 造溫度為730°C-740°C，模盤溫度控制在690°C-710°C之間，鑄造速度為95-105mm/min，鑄造 水壓為 0.06-0.12Mpa; 3) 均勻化退火:將鑄造出來(lái)的鑄棒進(jìn)行均勻化退火工藝處理； 4) 熱剝皮擠壓:將均勻化退火后的鑄棒放到擠壓筒中進(jìn)行熱剝皮擠壓處理得到侶合 金棒材半成品，擠壓時(shí)采用高溫低速的方式，將鑄棒溫度設(shè)置為420°C-440°C，擠壓筒內(nèi)筒 溫設(shè)置為400°C-420°C，并且.2-1.5mm/s的速度進(jìn)行擠壓，采用風(fēng)冷澤火。
[0010] 所述的擠壓筒采用2500T的擠壓筒為宜，擠壓處理的擠壓比為27-29,擠壓比優(yōu)選 29。所述第3)步均勻化退火采用的工藝為:鑄造出來(lái)的鑄棒是在(460±5)°C-(28±2化的 條件下進(jìn)行均勻化退火工藝處理;最優(yōu)的條件是在460°C-2她的條件下進(jìn)行均勻化退火工 藝處理，即：采用50°CA的升溫速率到460°C，保溫2她，采用漸進(jìn)式冷卻方法。
[0011] 對(duì)第4)步獲得的侶合金棒材半成品進(jìn)行限量冷拉拔處理，冷拉拔處理次數(shù)為兩 次，第一次拉拔余量控制在7%-9%，第二次拉拔余量控制在4%-6%。所述冷拉拔采用打頭抽管 的方式，加工率范圍設(shè)置為1 〇%-12%。
[0012] 對(duì)冷拉拔處理后的棒材半成品進(jìn)行澤火處理，所述澤火采用的澤火爐為電加熱 爐，澤火溫度范圍設(shè)置為495°c-510°c，澤火保溫時(shí)間為30-45min。
[0013] 對(duì)澤火后的侶合金棒材半成品切頭300mm、切尾100mm后制成長(zhǎng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求的 侶合金棒材，W利于進(jìn)行自然時(shí)效處理。
[0014] 本發(fā)明一種航空用侶合金棒材及其制造方法采用W上技術(shù)方案后，具有W下優(yōu) 占. y ?、、· (1)本發(fā)明通過(guò)對(duì)對(duì)合金元素成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，使得材料不易發(fā)生晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象。
[0015] (2)本發(fā)明通過(guò)制造工藝的調(diào)整W及后期限量變形量的增加，使得材料內(nèi)部?jī)?chǔ)存 了足夠的能量，在澤火過(guò)程中，由原來(lái)的纖維晶變化為再結(jié)晶組織。運(yùn)樣材料就不會(huì)形成粗 晶環(huán)，而是形成了再結(jié)晶組織，材料的抗拉強(qiáng)度在420-450Mpa之間，屈服強(qiáng)度在340- 360Mpa，延伸率>12%，最終獲得切削性能良好好、性能優(yōu)異的航空用2017侶合金棒材。而常 規(guī)的工藝生產(chǎn)出來(lái)的2017棒材多數(shù)是纖維晶組織，各向異性明顯，切削性能較差。
[0016] (3)本發(fā)明一種航空用侶合金棒材及其制造方法，能夠使得生產(chǎn)出來(lái)的侶合金棒 材具有良好的室溫力學(xué)性能和切削性能，并且棒材無(wú)粗晶環(huán)，從而使各項(xiàng)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要 求，實(shí)現(xiàn)該合金棒材的工業(yè)化批量生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為進(jìn)一步描述本發(fā)明，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種航空用侶合金棒材及其 制造方法做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018] 為了保證生產(chǎn)出來(lái)的航空用2017侶合金棒材具有良好的室溫力學(xué)性能和切削性 能，并且棒材粗晶環(huán)較淺甚至無(wú)粗晶環(huán)，材料晶界和晶內(nèi)沿著擠壓方向分布著較大的初生 相，有利于切削性能的提高，最終使得各項(xiàng)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)該侶合金棒材的工業(yè)化 批量生產(chǎn)，本發(fā)明一種航空用侶合金棒材實(shí)施例中各合金元素質(zhì)量百分含量如表1所示。
[0019] 表1航空用2017侶合金棒材各合金元素質(zhì)量百分含量(％)
試驗(yàn)表明，在實(shí)施例1-6中，由于通過(guò)化學(xué)成分的調(diào)整可W控制粗晶環(huán)W及再結(jié)晶的形 成，按表1中的各合金元素質(zhì)量百分含量進(jìn)行配料，在進(jìn)行烙煉時(shí)能有效地降低粗晶環(huán)的形 成。
[0020] 本發(fā)明提供的一種航空用侶合金棒材的制造方法包括W下工序： 1)烙煉:將各合金元素原料放入傾倒式烙煉爐內(nèi)進(jìn)行烙煉，烙煉溫度為740°C-760°C， 使原料完全烙化，并得到成分分布均勻的烙體； 2 )凈化處理、鑄造成棒:對(duì)上述烙體進(jìn)行凈化處理，對(duì)上述烙體進(jìn)行凈化處理，然后升 溫到850°C-860°C，保溫30min，冷卻到730°C-740°C將凈化處理后的烙體鑄造成鑄棒，鑄造 溫度為730°C-740°C，模盤溫度控制在690°C-710°C之間，鑄造速度為95-105mm/min，鑄造水 壓為 0.06-0.12Mpa; 3)均勻化退火:將鑄造出來(lái)的鑄棒在460°C-2化