一种提高民机用7系铝合金型材性能一致性的型材制造方法技术

一种提高民机用7系铝合金型材性能一致性的型材制造方法，民机用铝合金型材制造领域，合金型材中各物质的质量百分比为：Si含量低于0.10％，Fe含量低于0.15％，Zn含量5.6％～6.0％，Cu含量1.6％～1.8％，Mg含量2.5％～2.7％，Mn含量低于0.1％，Cr含量0.23％～0.28，Ti含量0.02％～0.06％，其他杂质元素含量均低于0.05％，余量为Al，Zn/Mg控制在2.2～2.3之间，采用高成分均匀性快速铸造工艺、铸锭进行阶梯升温均匀化处理、采取等温反向挤压工艺、分断面精准热处理、精准控制取样位置，制造出型材性能一致性极高的民机用7系铝合金型材。型材性能一致性极高的民机用7系铝合金型材。型材性能一致性极高的民机用7系铝合金型材。

【技术实现步骤摘要】
一种提高民机用7系铝合金型材性能一致性的型材制造方法


[0001]本专利技术属于铝合金型材制造
，具体涉及一种提高民机用7系铝合金型材性能一致性的型材制造方法。

技术介绍

[0002]相对于军用飞行器，民机全寿命周期内除了短时停靠和定期检修，绝大多数时间都在执飞，大部分飞机报废前的飞行时间都超过6万小时，起降次数超过4万次，对机身结构的可靠性有更高的要求。民机对材料的经济性要求非常高，一般选用技术成熟度非常高的航空铝合金制造不同机型不同结构件，以增加单一合金用量降低采购成本。因此，一些通用的民机用铝合金型材虽然对损伤容限、疲劳性能等没有特殊要求，但对力学性能的一致性有非常高的要求，以保证飞机结构的可靠性。
[0003]7075铝合金是一款非常成熟的可热处理强化铝合金，采用合适的成型和热处理工艺，可以获得非常高的强度，被广泛应用于民机结构件的制造。7075合金作为第一代航空铝合金，虽然在损伤容限、疲劳性能等方面存在一定的短板，但凭借非常大的价格优势，仍被广泛应用于各种民机的非关键部位。由于第一代航空铝合金研发时缺乏成分设计经验，且当时航空器对铝合金性能要求不高，7075对合金成分波动非常敏感。而且，7075淬火敏感性显著高于7050、7085等第三代、第四代航空铝合金。因此，生产过程不同批次间的成分差异、不同型材之间的厚度差异、不同型材的取样位置差异都会导致型材性能一致性比较差。性能一致性的评价有很多手段，其中比简单的方法是统计各项力学性能指标的变异系数，变异系数原始数据标准差与原始数据平均数的比，一批材料力学性能数据的变异系数越小代表力学性能的一致性越好，民机用航空铝合金产品的变异系数一般不能超过3％。
[0004]CN101760679A公布了一种7B04铝合金型材的制备方法，通解决7B04铝合金大规格铸锭成型难、力学性能和电导率不能同时满足指标要求的问题。制备的型材单级时效下抗拉强度可达520MPa、屈服强度可达470MPa，双级时效下可达540MPa、屈服强度可达515MPa。各项性能均满足指标要求，成品率高达80％以上。
[0005]CN109554560A公布了一种航空航天用超高强7系铝合金型材的生产方法，通过合金成分和热处理工艺的优化，制得具备超高强度的铝合金型材。
[0006]CN108465713A公布了一种7075铝合金型材的加工工艺，其通过采用在线淬火工艺，避免了型材离线淬火产生的高能耗，生产的型材抗拉强度达到600MPa，屈服强度达到530MPa，能够满足相关标准规定的技术指标。
[0007]国内铝合金型材现有技术主要围绕提高铝合金型材的强度、耐蚀性展开，通过在合金成分设计、挤压工艺、热处理工艺等阶段的技术创新，以满足铝合金型材在强度、耐蚀性等方面的使用需求。材料使用方并不关注型材断面差异与生产批次对材料力学性能的影响，只要材料力学性能高于标准规定最低值，均认定为合格。现有技术不关注材料的性能一致性，主要是因为国内民机用铝合金市场尚未发育成熟，航空航天等特殊应用领域的需求一般都是多品种小批量，性能方面也只追求材料的高强度、高耐蚀，并不关注材料的性能一
致性。汽车轻量化、建筑型材等应用领域往往倾向于降低准入门槛以压缩材料成本，不会对材料的性能一致性提要求。只有在民机领域，为了确保飞机长期服役的安全性，才对材料的性能一致性有要求。

技术实现思路

[0008]为了解决上述现有技术中提到的不足，本专利技术提供了一种提高民机用7系铝合金型材性能一致性的型材制造方法。
[0009]本申请提出了一种提高民机用7系铝合金型材性能一致性的型材制造方法，通过以下技术方案予以实现：
[0010]步骤一：充分考虑合金熔炼过程中的合金元素烧损及废料中合金含量等因素，按照以下合金成分控制要求进行配料：Si含量低于0.10％，Fe含量低于0.15％，Zn含量5.6％～6.0％，Cu含量1.6％～1.8％，Mg含量2.5％～2.7％，Mn含量低于0.1％，Cr含量0.23％～0.28％，Ti含量0.02％～0.06％，其他杂质元素含量均低于0.05％，余量为Al，Zn/Mg控制在2.2～2.3之间，其中，添加的铝锭均采用定制纯度为99.85％的铝锭；
[0011]步骤二：将充分干燥的废料、铝锭投入熔炼炉，铝锭全部熔化后，打开电磁搅拌设备搅拌，熔体温度到达740℃后，开始进行合金化，分批加入铜板、镁锭及各种中间合金，每批合金添加时间间隔20min，每次添加重量不超过500kg；
[0012]步骤三：所有原料完全熔化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉，静置炉熔体温度控制在725～745℃，采用旋转通气装置通入氩气与氯气混合气体进行精炼，在精炼过程及时清理浮出熔体的浮渣，通过在固定位置取样进行化学成分分析，如果检测结果不合格，对炉料进行合金成分调整至合格；
[0013]步骤四：将除气箱温度升至740℃，静置炉熔体温度调整至730℃，用火焰对过滤板及整套流槽进行充分预热，各项准备工作完成后，倾转静置炉开始铸造，熔体流经两级除气箱、过滤箱后进入铸造流盘，在两级除气箱之间的流槽中，利用送丝机添加Al
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Ti
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B细化剂，铸造过程中，两级双转子除气箱温度始终控制在735～745℃补充熔体在流槽中的热量损失，铸造流盘上的熔体达到693℃后，停止静置炉加热，缓慢降低炉内熔体温度，当铸造机流盘温度低于687℃时，启动静置炉加热提升熔体温度，通过控制静置炉熔体温度，将铸造机流盘上的熔体温度控制在685℃～695℃之间；
[0014]步骤五：将铸造机铸造完成的铸锭立即送入均匀化炉中进行均匀化处理；
[0015]步骤六：挤压前，挤压模具、挤压筒和铸锭进行加热，模具温度设定为385～415℃，挤压筒温度设定为360～400℃，铸锭头端设定温度为340～380℃，铸锭从头端至尾端温度呈梯度下降趋势，温度梯度下降的趋势为20℃/m，将铸锭按照尾端在内头端在外的方向装入挤压筒，将挤模具装入挤压筒与铸锭头端贴近，缓慢插入空心轴进行反向挤压，反向挤压的挤压轴速为0.3～0.6mm/s，挤压完成后，进行变形量为0.3％～1.2％的预拉伸拉直，得到铝合金型材初品；
[0016]步骤八：采用离线热处理工艺对铝合金型材初品进行固溶处理，固溶处理温度为471℃，固溶处理的保温时间为360min，确保固溶充分，保温完成后进行喷淋式阶梯淬火，并对淬火后的型材立刻进行变形量为拉伸变形量控制在1％～3％的拉伸校直，消除淬火残余应力；
[0017]步骤九：利用时效炉对型材进行人工时效，时效温度为120℃，计算型材不同位置的厚度平均值，在下表中选择合适的时效时间。
[0018][0019]具体的，如上所述的步骤五均匀化工艺为：采用40℃/h的升温速率将温度升至460℃，保温8h，再按照40℃/h的升温速率将温度升至475℃，保温24h，均匀化完成的铸锭即为型材挤压的原材料。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高民机用7系铝合金型材性能一致性的型材制造方法，其特征在于：通过以下技术方案予以实现：步骤一：充分考虑合金熔炼过程中的合金元素烧损及废料中合金含量等因素，按照以下合金成分控制要求进行配料：Si含量低于0.10％，Fe含量低于0.15％，Zn含量5.6％～6.0％，Cu含量1.6％～1.8％，Mg含量2.5％～2.7％，Mn含量低于0.1％，Cr含量0.23％～0.28％，Ti含量0.02％～0.06％，其他杂质元素含量均低于0.05％，余量为Al，Zn/Mg控制在2.2～2.3之间，其中，添加的铝锭均采用定制纯度为99.85％的铝锭；步骤二：将充分干燥的废料、铝锭投入熔炼炉，铝锭全部熔化后，打开电磁搅拌设备搅拌，熔体温度到达740℃后，开始进行合金化，分批加入铜板、镁锭及各种中间合金，每批合金添加时间间隔20min，每次添加重量不超过500kg；步骤三：所有原料完全熔化后，将熔体由熔炼炉转入静置炉，静置炉熔体温度控制在725～745℃，采用旋转通气装置通入氩气与氯气混合气体进行精炼，在精炼过程及时清理浮出熔体的浮渣，通过在固定位置取样进行化学成分分析，如果检测结果不合格，对炉料进行合金成分调整至合格；步骤四：将除气箱温度升至740℃，静置炉熔体温度调整至730℃，用火焰对过滤板及整套流槽进行充分预热，各项准备工作完成后，倾转静置炉开始铸造，熔体流经两级除气箱、过滤箱后进入铸造流盘，在两级除气箱之间的流槽中，利用送丝机添加Al
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Ti
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B细化剂，铸造过程中，两级双转子除气箱温度始终控制在7...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐和壮，孙有政，曹善鹏，王兴瑞，高雪鹏，周况，李莹，王莹宁，
申请(专利权)人：山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：