一种高质量航空叶片用铝合金热挤压棒材的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝合金热挤压棒材的制造方法。
【背景技术】
[0002]7075合金是Al-Zn-Mg-Cu系典型的代表合金，是航空航天工业必不可少的材料。7075铝合金为热处理强化型铝合金，具有很多特点:1、常温机械性能高:7075合金称做高强度铝合金，抗拉强度Rm= 500?600MPa、屈服强度Rpa2= 450?550MPa、延伸率A = 6?15%, HB = 130?180，这一特点，使它在航天航空领域占有较重要的地位，可以用它来代替低碳钢使用，如飞机的起落架等。2、较宽的固溶温度:7075合金淬火敏感性小，在450?480°C淬火都会得到满意的性能。3、较高的时效硬化效应:该系合金淬火并人工时效后，拉伸强度能提高200MPa，该合金的时效处理对合金性能与组织有着重要影响。4、较高的断裂韧性:金属材料中存在着难以避免的冶金缺陷或微裂纹，材料抵抗裂纹扩展的能力及破断寿命，因材料成分的不同、热处理的不同而不同，在这方面7075合金有着很大的潜力，特别是T73等新型热处理状态使它的潜力得到了很大的发挥。
[0003]7075合金起强化作用的元素为Zn和Mg，Cu也有一定的强化效果，但其主要作用是为了提高材料的抗腐蚀性能，此外还添加有Mn、Cr、Ti细化晶粒的元素以及Fe、Si等杂质元素，因此该合金具有复杂的相组织，形成的难溶化合物多，化合物偏析严重；变形抗力大，铸锭裂纹倾向大；挤压裂纹废品多，挤压速度慢。
【发明内容】
[0004]本发明要解决现有7075合金存在的化合物偏析严重、变形抗力大、铸锭裂纹倾向大、挤压裂纹废品多和挤压速度慢的问题，而提供一种高质量航空叶片用铝合金热挤压棒材的制造方法。
[0005]一种高质量航空叶片用铝合金热挤压棒材的制造方法，按下列步骤实现:
[0006]一、铝合金熔液制备:化学成分的确定，铝合金中各元素的质量百分数为Zn:5.20%?6.00%,Mg:2.30%?2.80%,Cu:1.30%?L 80%,Mn:彡 0.25%,Cr:0.19%?0.25 %, Ti: ^ 0.10 %, Fe: ^ 0.45 %, Si: ^ 0.25%、单个杂质0.05%、合计杂质:(0.15%，其余为Al ;按照上述各元素的质量百分数分别称取高纯铝锭、电解铜、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cr中间合金、Al-T1-B丝、Al-Be和7075合金的重熔料或者7075合金的一级废料作为原料，然后加入到熔炼炉中，在720°C?800°C下熔炼成铝合金熔液；
[0007]二、圆铸锭的热顶铸造:将铝合金溶液按铸造温度750°C?800°C、铸造速度23?33mm/min的工艺进行铸造，炉外采用双转子在线除气和双级陶瓷片过滤，每4炉对双级陶瓷片进行更换，得到直径为Φ405_的铝合金圆铸锭；
[0008]三、铸锭均匀化退火:采用分组装炉方式，将步骤二中所得铝合金圆铸锭放置在退火炉里进行均匀化退火，铸锭温度为455°C?470°C，并保温24h，出炉空冷，切短铸锭后车皮，然后锯切成长度为600?100mm的短铸锭；
[0009]四、棒材热挤压:将步骤三中所得短铸锭放置在空气加热炉中加热，加热炉各区仪表定温为420 0C?450 0C，挤压筒温度400 °C?450 °C，铸锭温度达到370 °C?450 °C后，按照挤压速度不大于0.8mm/s通过工模具热挤压成型，得到铝合金棒材；
[0010]五、棒材精整:将铝合金棒材进行张力矫直，张力矫直的拉伸率为2%?3%，得到直线度符合GB/T3191标准的精整棒材；
[0011]六、T73热处理:将精整棒材挤压前端切掉220mm后取125mm性能试样及200mm抗压力腐蚀性能试样，尾端切掉500mm后取低倍试样；试样淬火:淬火温度460±5°C，试样保温60min，水淬；试样时效:一级时效105±5°C，保温7h，二级时效175±5°C，保温9h，得到试样合格的棒材；
[0012]七、AA级探伤:将试样合格的棒材切头尾并上平台检验表面合格后，按照GJB3538或GB/T6519探伤标准进行AA级探伤，然后切成品进行包装，即完成高质量航空叶片用铝合金热挤压棒材的制造。
[0013]本发明制造的铝合金热挤压棒材的合金成分满足标准要求，提高了熔体质量，解决了圆铸锭铸造裂纹，改善了短铸锭的热加工性能，降低了化合物偏析废品及挤压裂纹废品，抗应力腐蚀性能30昼夜未断且表面腐蚀较轻，满足航空叶片用AA级探伤铝合金热挤压棒材使用需求，用户锻件零件机加后氧化表面合格率达到100%，适合制作航空叶片材料。
[0014]本发明制造的高质量航空叶片用铝合金热挤压棒材，经检测屈服强度427?494MPa ;抗拉强度406?513MPa ;延伸率彡13.0?15.2% ;电导率40.7?42.7% IACS ；抗应力腐蚀性能30昼夜未断。
【附图说明】
[0015]图1为实施例1中圆铸锭的高倍放大显微组织图；
[0016]图2为实施例1中T73热处理后棒材试样的高倍放大显微组织图；
[0017]图3为实施例1中T73热处理后棒材低倍试样的低倍放大组织图。
【具体实施方式】
[0018]【具体实施方式】一:本实施方式高质量航空叶片用铝合金热挤压棒材的制造方法，按下列步骤实现:
[0019]一、铝合金熔液制备:化学成分的确定，铝合金中各元素的质量百分数为Zn:5.20%?6.00%,Mg:2.30%?2.80%,Cu:1.30%?L 80%,Mn:彡 0.25%,Cr:0.19%?0.25 %, Ti: ^ 0.10 %, Fe: ^ 0.45 %, Si: ^ 0.25%、单个杂质0.05%、合计杂质:(0.15%，其余为Al ;按照上述各元素的质量百分数分别称取高纯铝锭、电解铜、纯镁锭、纯锌锭、Al-Cr中间合金、Al-T1-B丝、Al-Be和7075合金的重熔料或者7075合金的一级废料作为原料，然后加入到熔炼炉中，在720°C?800°C下熔炼成铝合金熔液；
[0020]二、圆铸锭的热顶铸造:将铝合金溶液按铸造温度750°C?800°C、铸造速度23?33mm/min的工艺进行铸造，炉外采用双转子在线除气和双级陶瓷片过滤，每4炉对双级陶瓷片进行更换，得到直径为Φ405_的铝合金圆铸锭；
[0021]三、铸锭均匀化退火:采用分组装炉方式，将步骤二中所得铝合金圆铸锭放置在退火炉里进行均匀化退火，铸锭温度为455°C?470°C，并保温24h，出炉空冷，切短铸锭后车皮，然后锯切成长度为600?100mm的短铸锭；
[0022]四、棒材热挤压:将步骤三中所得短铸锭放置在空气加热炉中加热，加热炉各区仪表定温为420 0C?450 0C，挤压筒温度400 °C?450 °C，铸锭温度达到370 °C?450 °C后，按照挤压速度不大于0.8mm/s通过工模具热挤压成型，得到铝合金棒材；
[0023]五、棒材精整:将铝合金棒材进行张力矫直，张力矫直的拉伸率为2%?3%，得到直线度符合GB/T3191标准的精整棒材；
[0024]六、T73热处理:将精整棒材挤压前端切掉220mm后取125mm性能试样及200mm抗压力腐蚀性能试样，尾端切掉500mm后取低倍试样；试样淬火:淬火温度460±5°C，试样保温60min，水淬；试样时效:一级时效105±5°C，保温7h，二级时效175±5°C，保温9h，得到试样合格的棒材；
[0025]七、AA级探伤:将试样合格的棒材切头尾并上平台检验表面合格后，按照GJB3538或GB/T6519探伤标准进行AA级探伤，然后切成品进行包装，即完成高质量航空叶片用铝合金热挤压棒材的制造。
[0026]本实施方式步骤一中少量的元素Mn、Cr对合金的组织和性能有明显的影响。这些元素可在铸锭均匀化退火时产生弥散的质点，阻止位错及晶界的迀移，从而提高了再结晶温度，有效地阻止了晶粒的长大，可细化晶粒，并保证组织在热加工及热处理后保持未再结晶或部分再结晶状态，使强度提高的同时具有较好的抗应力腐蚀性能。
[0027]本实施方式步骤一中少量的Ti，主要是细化晶粒，并提高合金的再结晶温度。
[0028]本实施方式步骤一中严格控制杂质Fe、Si含量；Fe与Mn和Cr能形成难溶(FeMn)Al6, (FeMn)Si2Al5, Al (FeMnCr)等粗大化合物，这些难溶的第二项在塑性变形时