一种超大规格铝合金板材的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超大规格铝合金板材的制造方法。该制造方法的主要步骤包括：铝合金熔铸，制成铝合金锭坯；将制成的铝合金锭坯进行均匀化热处理；对铝合金锭坯热轧，制成铝合金板材；对铝合金板材进行单级或分级固溶保温处理，随即以平均冷却速度V1将铝合金板材由T0温度点缓冷至临界转变温度T1，随后以平均冷却速率V2将铝合金板材从T1温度点快速冷却至临界转变温度T2，最后以平均冷却速率V3将铝合金板材从T2温度点快速冷却至50℃或更低的温度，得到超大规格铝合金板材，其中，470℃≤T0≤500℃，420℃≤T1≤450℃，100℃≤T2≤150℃；5℃/s≤V1≤10℃/s，25℃/s≤V2≤60℃/s，1℃/s≤V3≤3℃/s。对合金板材进行预拉伸处理；对铝合金板材进行时效热处理；得到最终铝合金板材产品。

Manufacturing method of a super size aluminum alloy sheet

The invention discloses a manufacturing method of a super size aluminum alloy sheet. The main steps of the manufacturing method includes: Aluminum Alloy casting, made Aluminum Alloy ingot; will be made Aluminum Alloy ingot homogenization treatment; on the Aluminum Alloy ingot hot rolling, plate made of Aluminum Alloy; on Aluminum Alloy plate single stage or grade solid solution heat treatment, then the average cooling rate V1 Aluminum Alloy sheet by T0 temperature and slow cooling to the critical transition temperature T1, followed by the average cooling rate of V2 will Aluminum Alloy plate from T1 temperature rapid cooling to the critical transition temperature T2, and finally to the average cooling rate of V3 will Aluminum Alloy plate from the T2 temperature rapid cooling to the temperature of 50 DEG C or less, Al large size of the alloy is 470 DEG C = T0 = 500 = T1 = 420 DEG C, 450 C, 100 C 150 = T2 = 5 DEG C; /s = V1 = /s 10 degrees, 25 degrees /s = V2 = /s 60 degrees, 1 degrees /s = V3 = 3 DEG /s. The alloy sheet is prestretched and the aluminum alloy sheet is treated by aging heat treatment, and the final aluminum alloy sheet is obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种超大规格铝合金板材的制造方法
本专利技术涉及一种超大规格铝合金板材的制造方法，尤其涉及一种协调匹配超大规格可热处理强化型铝合金板材淬火效果与板型质量(残余应力)的制造方法，其中所述铝合金为由国际铝业协会和中国有色金属标准化技术委员会所注册的7000系(Al-Zn-Mg)、2000系(Al-Cu-Mg)、铝锂合金(Al-Cu-Li或Al-Mg-Li)，属于铝合金材料制备加工

技术介绍
高强度7000系(Al-Zn-Mg)、2000系(Al-Cu-Mg)、铝锂合金(Al-Cu-Li或Al-Mg-Li)铝合金板材是以航空航天用材为背景研制并发展起来的高性能铝合金材料，长期以来被广泛用于各种飞机机身、机翼梁、机翼壁板、机窗壁板和航天飞行器中高强度结构件的制造，是世界航空航天工业中不可缺少的关键材料。当前随着以新一代军民用飞机为代表的重大装备总体性能的不断攀升，可靠性和结构重量控制要求不断提高，结构用材呈现出了大型化、整体化的发展趋势，相应地对制品的重量和规格也提出了更高的要求。航空领域整体式结构件的出现，使得以往多种不同合金相互铆接组装而成的飞机大型部件，可以采用一块厚板通过切削加工制造，不但大为降低了生产成本，缩短了制造周期，而且提高了部件的整体性能，增强了飞机的安全性。结构件大型化、整体化的发展，使得生产具有超厚(厚度大于80mm，最大厚度达到250mm甚至更高)、超宽(宽度大于1600mm，最大宽度达到4000mm甚至更高)特征的超大规格铝合金板材成为一种必然趋势，这就对铝合金板材的生产工艺技术提出了诸多全新挑战。以淬火环节为例，业界周知，淬火的目的是将铝合金板材快速冷却到某个温度以下，通常为室温，以将高温下形成的过饱和固溶体保留到室温，为随后的时效强化处理奠定基础。淬火冷却速度是主要的淬火参数之一，对于淬火敏感性很高的合金或者是厚度规格较大的板材制品，采用尽可能快的冷却速度，有利于获得较高的强度，但同时由于急剧冷却带来板材内、外的温度梯度加大，导致其内部应力过大，即残留了大量的淬火应力；此外，相对于尺寸规格较窄的铝板，超大宽度板材由于沿宽度方向的内在组织结构和外在冷却条件的差异性，不可避免地因残余应力的不均匀分布引起板材变形，导致在后续预拉伸工艺环节中难以有效消减而残留在最终产品中，引起用户结构件机加工变形超差甚至开裂等突出问题。可见，如何在确保形成理想过饱和固溶体同时，获得理想的淬火应力分布，是超宽、超厚的大规格铝合金板材淬火工艺开发所需解决的核心技术难题。
技术实现思路
针对采用传统淬火方式生产超大规格铝合金板材所存在的缺陷和不足，本专利技术提供一种超大规格铝合金板材的制造方法，其采用新型的“缓-快-缓”三段式淬火冷却工艺，可以实现有利于改善合金综合性能平衡的晶内与晶界析出相协同调控，获得相对理想的综合性能匹配。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种超大规格铝合金板材的制造方法，主要包括以下步骤：(1)铝合金熔铸，制成铝合金锭坯；(2)将制成的铝合金锭坯进行均匀化热处理；(3)对铝合金锭坯热轧，制成铝合金板材；(4)对铝合金板材进行固溶、淬火；(5)对铝合金板材依次进行预拉伸处理和时效热处理；其中，在步骤(4)中，铝合金板材进行单级或分级固溶保温处理后，随即以平均冷却速度V1将铝合金板材由T0温度点缓冷至临界转变温度T1，随后以平均冷却速率V2将铝合金板材从T1温度点快速冷却至临界转变温度T2，最后以平均冷却速率V3将铝合金板材从T2温度点快速冷却至50℃以下的温度，得到超大规格铝合金板材，其中，470℃≤T0≤500℃，420℃≤T1≤450℃，100℃≤T2≤150℃；5℃/s≤V1≤10℃/s，25℃/s≤V2≤60℃/s，1℃/s≤V3≤3℃/s。优选地，在步骤(4)中，6℃/s≤V1≤8℃/s，30℃/s≤V2≤50℃/s，1℃/s≤V3≤2℃/s。优选地，在步骤(4)中，采用空冷、汽冷、炉冷、水淬、油淬中的一种或几种进行淬火；优选地，淬火过程在辊底式喷淋淬火炉中实现。在本专利技术中，所述的铝合金为可热处理强化型2000系、7000系和Al-Li合金，所制成的铝合金板材为厚度大于80mm或宽度大于1600mm的铝合金板材。其中，所述7000系铝合金含有Al、Zn、Mg、Cu元素以及Cr、Zr、Mn、Sc、Er、Co、Sr等微量元素中的至少一种元素。所述2000系铝合金含有Al、Cu、Mg元素以及Cr、Zr、Mn、Sc、Er、Co、Sr等微量元素中的至少一种元素。所述Al-Li合金含有Al、Cu、Li元素或Al、Mg、Li元素，以及Cr、Zr、Mn、Sc、Er、Co、Sr等微量元素中的至少一种元素。更优选地，所述7000系铝合金为国际铝业协会(AA)注册的AA7075、AA7050、AA7150、AA7055、AA7449、AA7036、AA7136、AA7010、AA7140、AA7037、AA7042、AA7047、AA7065、AA7081、AA7181、AA7085、AA7185、AA7285、AA7155、AA7255、AA7056、AA7095、AA7093，或者为中国有色金属及合金牌号注册的7A04、7A09、7B04、7C04、7D04、7A60、7B09、7B50、7A55、7A85、7B85、7A56、7A36、7A93合金。所述2000系铝合金为国际铝业协会(AA)注册的AA2024、AA2124、AA2224、AA2324、AA2424、AA2524、AA2624、AA2724、AA2026、AA2219、AA2519、AA2824、AA2139、AA2029、AA2618，或者为中国有色金属及合金牌号注册的2A12、2A14、2D12、2E12、2D70合金。所述Al-Li合金为国际铝业协会(AA)注册的AA2090、AA2091、AA2094、AA2095、AA2195、AA2196、AA2097、AA2197、AA2297、AA2397、AA2295、AA2098、AA2198、AA2099、AA2199、AA2050、AA2055、AA2060、AA2065、AA2070、AA2076、AA2296，或者为中国有色金属及合金牌号注册的2A23、2A97合金。采用本专利技术的方法制造的超大规格铝合金板材主要应用于航空航天、地面交通运输、机械装备等的制造，尤其适用于飞机机体结构件的制造。本专利技术的有益效果是：本专利技术可有效解决超大规格铝合金板材在传统淬火处理过程中淬火敏感性和应力控制无法平衡兼顾的技术缺陷，获得相对较好的综合性能匹配，在保证“强度-断裂韧性-耐腐蚀性能-疲劳性能”匹配的前提下，获得有利于板型控制的板材残余应力分布，从而极大地满足后续大型结构件的加工和使用要求。附图说明图1为本专利技术涉及的铝合金的淬火敏感区示意图。图2为不同厚度板材淬火残余应力分布情况对比图。图3为不同淬火水温(平均冷却速度)对板材残余应力分布的影响对比图。图4为本专利技术的“缓-快-缓”三段式淬火冷却工艺示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，但本专利技术的实施方式不仅限于此。本专利技术所公开的制造方法的主要步骤包括：铝合金熔铸，制成铝合金锭坯；将制成的铝合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超大规格铝合金板材的制造方法，主要包括以下步骤：(1)铝合金熔铸，制成铝合金锭坯；(2)将制成的铝合金锭坯进行均匀化热处理；(3)对铝合金锭坯热轧，制成铝合金板材；(4)对铝合金板材进行固溶、淬火；(5)对铝合金板材依次进行预拉伸处理和时效热处理；其特征在于，在步骤(4)中，铝合金板材进行单级或分级固溶保温处理后，随即以平均冷却速度V1将铝合金板材由T0温度点缓冷至临界转变温度T1，随后以平均冷却速率V2将铝合金板材从T1温度点快速冷却至临界转变温度T2，最后以平均冷却速率V3将铝合金板材从T2温度点快速冷却至50℃以下的温度，得到超大规格铝合金板材，其中，470℃≤T0≤500℃，420℃≤T1≤450℃，100℃≤T2≤150℃；5℃/s≤V1≤10℃/s，25℃/s≤V2≤60℃/s，1℃/s≤V3≤3℃/s。

【技术特征摘要】
1.一种超大规格铝合金板材的制造方法，主要包括以下步骤：(1)铝合金熔铸，制成铝合金锭坯；(2)将制成的铝合金锭坯进行均匀化热处理；(3)对铝合金锭坯热轧，制成铝合金板材；(4)对铝合金板材进行固溶、淬火；(5)对铝合金板材依次进行预拉伸处理和时效热处理；其特征在于，在步骤(4)中，铝合金板材进行单级或分级固溶保温处理后，随即以平均冷却速度V1将铝合金板材由T0温度点缓冷至临界转变温度T1，随后以平均冷却速率V2将铝合金板材从T1温度点快速冷却至临界转变温度T2，最后以平均冷却速率V3将铝合金板材从T2温度点快速冷却至50℃以下的温度，得到超大规格铝合金板材，其中，470℃≤T0≤500℃，420℃≤T1≤450℃，100℃≤T2≤150℃；5℃/s≤V1≤10℃/s，25℃/s≤V2≤60℃/s，1℃/s≤V3≤3℃/s。2.根据权利要求1所述的超大规格铝合金板材的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，6℃/s≤V1≤8℃/s，30℃/s≤V2≤50℃/s，1℃/s≤V3≤2℃/s。3.根据权利要求1所述的超大规格铝合金板材的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，采用空冷、汽冷、炉冷、水淬、油淬中的一种或几种进行淬火，淬火过程在辊底式喷淋淬火炉中实现。4.根据权利要求1所述的超大规格铝合金板材的制造方法，其特征在于，所述的铝合金为可热处理强化型2000系、7000系或Al-Li合金，所制成的铝合金板材为厚度大于80mm或宽度大于1600mm的铝合金板材。5.根据权利要求4所述的超大规格铝合金板材的制造方法，其特征在于，所述7000系铝合金含有Al、Zn、Mg、Cu元素以及Cr、Zr、Mn、Sc、Er、Co、Sr中的至少一种元素。6.根据权利要求4所述的超大规格铝合金板材的制造方法，其特征在于，所述2000系铝合金含有Al、Cu、Mg元素以及Cr、Zr、Mn、Sc、Er、Co、Sr中的至少一种元素。7.根据权利要求4所述的超大规格铝合金板材...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志辉，熊柏青，张永安，李锡武，刘红伟，黄树晖，闫宏伟，闫丽珍，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11