一种民机一号肋用7系铝合金型材及其制备方法技术

一种民机一号肋用7系铝合金型材及其制备方法，属于民机用铝合金型材制造领域，包括如下重量百分比的物质：Si含量低于0.08%，Fe含量低于0.10%，Cu含量2.1%‑2.4%，Mg含量2.0%‑2.2%，M n含量低于0.05%，Cr含量低于0.02%，Zn含量7.8%‑8.2%，Ti含量0.02%‑0.06%，Zr含量0.08%‑0.12%，其余为Al。本发明专利技术针对民机一号肋用铝合金型材的性能需求，采用铸锭阶梯加热的等温反向挤压技术、组合工装均匀拉伸技术等，保证了型材不同部位性能的均匀性，生产出满足国产民机一号肋使用要求的7系铝合金型材。

【技术实现步骤摘要】
一种民机一号肋用7系铝合金型材及其制备方法
本专利技术属于民机用铝合金型材制造领域，具体涉及一种民机一号肋用7系铝合金型材及其制备方法。
技术介绍
航空制造业水平是国家实力的重要标志，自1970年我国启动首架大型民用飞机研制项目以来，我国航空制造业取得了明显进步，特别是近十余年来，随着我国经济和民航工业的快速发展，航空运输产业展现出了巨大的市场需求，研制具有自主知识产权的商用飞机作为国家目标之一被提上日程，相继启动了ARJ21新支线飞机和大型客机C919研制项目，ARJ21飞机于2016年正式投入航线运营，我国自主研制的大型喷气式客机C919也于2017年5月5日在上海浦东国际机场实现完美首飞，表明我们国家航空制造业又向前迈进了一大步。在未来20年，全球商用飞机交付量将达4万多架，总价值将达6万亿美元，其中我国新机交付量将达9000多架，占全球的22%。中国的民机之路将迎来快速发展期和广阔的市场良机。航空用材料及其构件是飞机制造中的关键之一，但我国民机制造业在相关材料研发及构件成形制造方面仍相对落后，民机用航空铝合金材料及构件绝大多数需要进口，而技术含量更高的航空铝合金型材则完全依赖进口。民机的一号肋（也称为外翼翼肋）起到连接中央翼盒结构件和机翼结构件的作用，是民机上的关键结构件之一。一号肋结构与受力情况非常复杂，决定了铝合金型材断面复杂度高、性能及其均匀性要求高。一号肋形状复杂，需要采用断面复杂的异型材进行加工。7055合金是美国铝业公司研发的一种超高强7系铝合金，具有高强度、高断裂韧性、良好耐蚀性等诸多优点，被广泛应用于制造机翼上长桁、机翼上壁板、机翼翼肋等关键结构件，在Boeing777与A380客机上都被大量应用，被业界称为“王牌合金”。但7055铝合金的合金含量高、强度高，其挤压变形抗力大，挤压过程中易发生闷车现象；挤压变形过程温升较高，挤压变形区的材料温度不均匀，尤其是型材头部和尾部的温度差异较大，导致型材头部和尾部的组织性能差异过大，进而造成力学性能差异过大；同时，要求型材断面上每个位置的导电率差异不能超过3%IACS，型材断面上不同位置处的L向强度差异也不能超过30Mpa，但由于一号肋型材断面形状复杂，势必增加了型材断面上每个位置的导电率和L向强度差异性控制的难度。上述问题和要求为民机一号肋用7系铝合金型材的成形制造提出了技术挑战。目前国内有关企业和研究所针对7系铝合金的制备开展了较多研究。中国商用飞机有限责任公司2013年在专利CN103451583A中公开了生产飞机机翼长桁用型材的方法，所用7055坯锭由喷射沉积技术制备，采用反向挤压工艺，实现了7055型材挤压成形，型材各项性能达到AMS4336标准的要求。山东南山铝业股份有限公司2016年于专利CN109295332A中公开了一种7系铝合金型材及其制备方法。通过对7055合金的成分与熔铸工艺进行系统优化，并配合合理的挤压工艺，成功生产出各项性能满足AMS4336标准要求的型材。辽宁忠旺集团有限公司2018年于专利CN107604275A中公开了一种超高强7055铝合金型材生产工艺，采用正向挤压技术，通过模具优化，降低了挤压抗力，结合离线固溶淬火与双级时效，生产出满足AMS4336标准要求的7055型材。中国商用飞机有限责任公司2012年在专利CN102501965A中公开了一种用于飞机外翼翼肋上緣条的型材，并公布了型材断面形状、型材曲面状态、机加工后的零件形状及其与其它零件的位向关系等。我国现有技术研发的7系铝合金型材都是以满足一般型材的性能要求作为研发目标，而没有根据民机对铝合金型材产品的服役条件和性能要求作为研发目标。由于一号肋用铝合金型材断面形状复杂，米重大，需要采用先进的大吨位反向挤压机和拉伸机生产。我国民航工业起步较晚，对民机一号肋用7系铝合金型材的使用需求很少。采用现有技术生产一号肋用7系铝合金型材，无论是在设备条件还是生产工艺方面均存在如下瓶颈问题：采用铸锭等温加热的挤压技术，使得挤压过程中铸锭尾端的实际挤压温度远超过头端的温度，导致型材头端与尾端的尺寸、组织和性能存在明显差异；在米重超过47kg/m的大断面异型材的拉伸过程中，难以保证型材各个位置的变形均匀性，导致型材形位公差上难以合格；材料挤压变形不均匀性会影响7系型材的人工时效，难以保证型材不同位置的导电率和强度均匀性。
技术实现思路
本专利技术提供一种民机一号肋用7系铝合金型材及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题，并生产出满足民机对铝合金型材产品服役条件和性能要求的一号肋用7系铝合金型材。本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种民机一号肋用7系铝合金型材，包括如下重量百分比的物质：Si含量低于0.08%，Fe含量低于0.10%，Cu含量2.1%-2.4%，Mg含量2.0%-2.2%，Mn含量低于0.05%，Cr含量低于0.02%，Zn含量7.8%-8.2%，Ti含量0.02%-0.06%，Zr含量0.08%-0.12%，其余为Al。如上所述的一种民机一号肋用7系铝合金型材，所述的其它杂质元素不超过0.15%。一种民机一号肋用7系铝合金型材的制备方法，包括如下步骤:步骤一：采用半连续铸造方式铸造铸锭，铸锭铸造完成后，进行均匀化退火处理；步骤二：用箱式模具加热炉对模具进行加热和保温处理，确保模具芯部到温，模具温度加热至390-410℃；步骤三：挤压筒设定温度为400-420℃，待温度到达后保温，对铸锭进行加热，将到温后的铸锭按照尾端在内、头端在外的方向装入挤压筒，将模具装入挤压筒，并与铸锭头端贴近，缓慢插入空心轴进行反向挤压，挤压完成后，进行预拉伸拉直，获得铝合金型材初品。步骤四：采用立式热处理炉对铝合金型材初品进行离线固溶处理，固溶处理温度为472-474℃，保温时间为100-200min，并确保固溶充分，保温完成后进行淬火降温，并立刻对淬火后的型材进行拉伸校直，消除淬火残余应力；步骤五：在对型材进行淬火降温和拉伸校直后，在118℃下保温5h，然后升温至157℃保温7h，随后空冷降温至室温，获得铝合金型材。如上所述的一种民机一号肋用7系铝合金型材的制备方法，所述步骤三中的铸锭加热方式为感应加热，其加热方法为：感应式加热炉沿铸锭长度方向等距分为若干个区域，每个区域均采用独立的感应加热线圈、热电偶及控温装置，在设定好铸锭头端温度和温度梯度后，每个区域的设定温度由程序自动计算和输入.如上所述的一种民机一号肋用7系铝合金型材的制备方法，所述步骤三中的铸锭头端设定温度为370-450℃，铸锭从头端至尾端的温度呈梯度下降趋势，温度梯度为10-40℃/m。铸锭各区域加热到温后，将铸锭装入挤压筒，铸锭头端装入模具，进行挤压。如上所述的一种民机一号肋用7系铝合金型材的制备方法，所述步骤三中单孔反向挤压的挤压轴速为0.1-0.5mm/s，轴速设定与铸锭加热温度相关，其原则为高温低速、低温高速。如上所述的一种民机一号肋用7系铝合金型材的制备方法，所述步骤三中的预拉伸拉直的形变量为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种民机一号肋用7系铝合金型材，其特征在于：包括如下重量百分比的物质：Si含量低于0.08%，Fe含量低于0.10%，Cu含量2.1%-2.4%，Mg含量2.0%-2.2%，Mn含量低于0.05%，Cr含量低于0.02%，Zn含量7.8%-8.2%，Ti含量0.02%-0.06%，Zr含量0.08%-0.12%，其余为Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种民机一号肋用7系铝合金型材，其特征在于：包括如下重量百分比的物质：Si含量低于0.08%，Fe含量低于0.10%，Cu含量2.1%-2.4%，Mg含量2.0%-2.2%，Mn含量低于0.05%，Cr含量低于0.02%，Zn含量7.8%-8.2%，Ti含量0.02%-0.06%，Zr含量0.08%-0.12%，其余为Al。


2.根据权利要求1所述的一种民机一号肋用7系铝合金型材，其特征在于：所述的其它杂质元素不超过0.15%。


3.一种民机一号肋用7系铝合金型材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤:
步骤一：采用半连续铸造方式铸造铸锭，铸锭铸造完成后，进行均匀化退火处理；
步骤二：用箱式模具加热炉对模具进行加热和保温处理，确保模具芯部到温，模具温度加热至390-410℃；
步骤三：挤压筒设定温度为400-420℃，待温度到达后保温，对铸锭进行加热，将到温后的铸锭按照尾端在内、头端在外的方向装入挤压筒，将模具装入挤压筒，并与铸锭头端贴近，缓慢插入空心轴进行反向挤压，挤压完成后，进行预拉伸拉直，获得铝合金型材初品；
步骤四：采用立式热处理炉，对铝合金型材初品进行离线固溶处理，固溶处理温度为472-474℃，保温时间为100-200min，确保固溶充分，保温完成后进行淬火降温，然后立刻对淬火后的型材进行拉伸校直，消除淬火残余应力；
步骤五：型材淬火降温和拉伸校直后，在118℃下保温5h，然后升温至157℃保温7...

【专利技术属性】
技术研发人员：程仁策，李红萍，赵国群，曹善鹏，孙有政，晁代义，马军星，马新武，
申请(专利权)人：山东南山铝业股份有限公司，山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37