一种降低铝合金环件各向异性提高综合性能的时效热处理制度制造技术

本发明专利技术提供了一种7xxx系铝合金环件的时效热处理方法，包括以下步骤，将淬火后的铝合金环件进行轴向变形后，再进行时效热处理，得到7xxx系铝合金环件；所述时效热处理包括三级热处理步骤。这是一种能够提高综合性能的降低铝合金环件各向异性的时效热处理制度，可在环件成形后，采用固溶

【技术实现步骤摘要】
一种降低铝合金环件各向异性提高综合性能的时效热处理制度


[0001]本专利技术属于7xxx系铝合金环件制备
，涉及一种7xxx系铝合金环件的时效热处理方法，尤其涉及一种降低铝合金环件各向异性提高综合性能的时效热处理制度。

技术介绍

[0002]运载火箭是发展空间技术、确保空间安全的基石，是大规模开发和利用空间资源的载体，长期以来受到国内外的高度重视。运载火箭的轻量化需求比较高，而铝合金是目前最佳的轻量化材料，因此使用铝合金制备火箭贮箱及过渡环成为国内外研究人员的共识。推进剂贮箱是运载火箭的核心部件，一方面作为液体容器贮存液氢、液氧等低温推进剂，工作环境温度极低；另一方面作为火箭主结构传递飞行作用力，是火箭主承力的“脊梁”结构。贮箱是一个典型的大型、薄壁压力容器，主结构材料通常采用轻质高强铝合金，零部件成形之后通过焊接工艺装配连接。而“过渡环”为贮箱结构中的重要部件，连接贮箱的箱底、短壳和箱筒段等主体结构，在工作时承受内压、传递轴压、弯矩载荷，受力情况十分复杂，NASA在研制土星5号航天飞机时，就明确指出过渡环是贮箱结构最关键部位。
[0003]各向异性是指物质的全部或部分化学、物理等性质随着方向的改变而有所变化，在不同的方向上呈现出差异的性质。环件因其成形特点具备轴向、径向和环向三个不同方向的力学特征，各向异性显著，短板力学性能方向严重限制环件在航天领域应用。因此，降低环件各向异性，提高综合性能对提高新一代运载火箭用铝合金环件结构效率和可靠性具有重要的理论和实际意义。如图1所示，图1为合金三向力学拉伸取样位置的示意简图。其中测试方向分别为RD
‑
TD、TD
‑
RD、TD
‑
AD方向(即切向、径向、轴向)。
[0004]上世纪50年代，研究人员发现用于制造火箭贮箱的2014铝合金焊接工艺非常复杂且性能较差，不能满足未来航天器制造的新要求。为解决火箭贮箱存在的焊接裂纹问题，研究人员开发了2219铝合金用于替代2014铝合金，国内外研究人员对此展开了一系列的研究，2219铝合金密度为2.84T/m3，T851态抗拉强度为455MPa，屈服强度为352MPa。所以目前运载火箭常用环件为2219铝合金材料，该材料具备力学性能较高，焊接性能优良的特点，如长征系列运载火箭中的过渡环就是由2219铝合金矩形截面整体环轧件机加成形。
[0005]但是随着航天飞行器趋于大型化、整体化、轻量化的发展趋势，现役运载火箭用2219铝合金锻环的强度和淬透尺寸难以满足新一代运载火箭用铝合金连接环的服役需求。
[0006]因此，如何找到一种更为适宜的铝合金环件，具有更好的强度和淬透性，已成本领域诸多一线研究人员广为关注的焦点之一。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种7xxx系铝合金环件的时效热处理方法，特别是一种降低铝合金环件各向异性提高综合性能的时效热处理制度。本专利技术提供的时效热处理方法处理后的7xxx系铝合金环件，具有超强高韧性和高淬透性，能够替代
现有2219铝合金锻环，是实现空间飞行器结构件整体化和轻量化的重要途径。
[0008]本专利技术提供了一种7xxx系铝合金环件的时效热处理方法，包括以下步骤：
[0009]将淬火后的铝合金环件进行轴向变形后，再进行时效热处理，得到7xxx系铝合金环件；
[0010]所述时效热处理包括三级热处理步骤；
[0011]第一级热处理的温度为115～125℃；
[0012]第二级热处理的温度为155～165℃；
[0013]第三级热处理的温度为115～125℃。
[0014]优选的，所述第一级热处理的时间为15～20h；
[0015]所述第二级热处理的时间为2～4h；
[0016]所述第三级热处理的时间为20～24h。
[0017]优选的，所述第二级热处理和第三级热处理之间还包括急速冷却的步骤；
[0018]所述急速冷却采用水冷，淬火转移时间小于等于10s。
[0019]优选的，所述轴向变形的变形量为1.5％～5％；
[0020]所述淬火的方式包括水淬；
[0021]所述淬火的水温为15～38℃。
[0022]优选的，所述淬火后的铝合金环件由以下步骤制备得到：
[0023]1)将铝合金铸锭经过均匀化热处理后，冷却得到成分均匀的铸锭；
[0024]2)将上述步骤得到的铸锭进行锻造和冲孔后，得到环件毛坯；
[0025]3)将上述步骤得到的环件毛坯经过轧制变形后，再经过固溶热处理和淬火后，得到淬火后的铝合金环件。
[0026]优选的，所述均匀化热处理包括二级均匀化热处理步骤；
[0027]第一级均匀化热处理的温度为400～410℃；
[0028]第一级均匀化热处理的时间为12～15h；
[0029]第二级均匀化热处理的温度为469～475℃；
[0030]第二级均匀化热处理的时间为50～55h。
[0031]优选的，所述冷却的方式包括自然冷却；
[0032]所述锻造的方式包括多向锻造；
[0033]所述锻造的工艺为四镦三拔锻造工艺。
[0034]优选的，所述锻造的温度为350～450℃；
[0035]所述锻造的变形量为45％～55％；
[0036]所述锻造前的保温温度为430～450℃；
[0037]所述锻造前的保温时间为20～22h。
[0038]优选的，所述轧制变形的变形量为75％～80％；
[0039]所述固溶热处理的温度为475～478℃；
[0040]所述固溶热处理的时间为5～6h。
[0041]优选的，所述固溶热处理与淬火之间的时间间隔小于等于15s；
[0042]所述7xxx系铝合金包括7085、7050和7A04中的一种或多种。
[0043]本专利技术提供了一种7xxx系铝合金环件的时效热处理方法，包括以下步骤，将淬火
后的铝合金环件进行轴向变形后，再进行时效热处理，得到7xxx系铝合金环件；所述时效热处理包括三级热处理步骤；第一级热处理的温度为115～125℃；第二级热处理的温度为155～165℃；第三级热处理的温度为115～125℃。与现有技术相比，本专利技术研究认为，随着运载火箭各类贮箱过渡环的三向性能指标要求均大幅提升，其中延伸率指标的提升幅度以及三向性能均匀性要求尤为突出，这使得环件的制造难度大幅增加。参见表1，表1为伴长征系列运载火箭2219铝合金过渡环新旧性能指标。
[0044]表1
[0045][0046]可以看出，随着运载火箭减重要求的提高，采用超强高韧高淬透性7085超强铝合金环件替代现有2219铝合金锻环为新的发展趋势，与2219铝合金相比，7085超强铝合金密度为2.80T/m3，抗拉强度高达550MPa，淬透性可达300mm。但是7085铝合金环件在单级时效热处理制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种7xxx系铝合金环件的时效热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：将淬火后的铝合金环件进行轴向变形后，再进行时效热处理，得到7xxx系铝合金环件；所述时效热处理包括三级热处理步骤；第一级热处理的温度为115～125℃；第二级热处理的温度为155～165℃；第三级热处理的温度为115～125℃。2.根据权利要求1所述的时效热处理方法，其特征在于，所述第一级热处理的时间为15～20h；所述第二级热处理的时间为2～4h；所述第三级热处理的时间为20～24h。3.根据权利要求1所述的时效热处理方法，其特征在于，所述第二级热处理和第三级热处理之间还包括急速冷却的步骤；所述急速冷却采用水冷，淬火转移时间小于等于10s。4.根据权利要求1所述的时效热处理方法，其特征在于，所述轴向变形的变形量为1.5％～5％；所述淬火的方式包括水淬；所述淬火的水温为15～38℃。5.根据权利要求1所述的时效热处理方法，其特征在于，所述淬火后的铝合金环件由以下步骤制备得到：1)将铝合金铸锭经过均匀化热处理后，冷却得到成分均匀的铸锭；2)将上述步骤得到的铸锭进行锻造和冲孔后，得到环件毛坯；3)将上述步骤得到的环件毛坯经过轧制变形...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，龙村，张永峰，王广建，周亮，盛智勇，王沙，
申请(专利权)人：湖南中创空天新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：