大寬厚比超高強韌鋁合金板材的制備方法
【專利摘要】一種大寬厚比超高強韌鋁合金板材的制備方法，步驟：采用噴射沉積工藝制備沉積圓錠，對沉積圓錠進行機械加工，接著加熱至370℃～420℃，保溫2h～6h；配裝非對稱擠壓模具；對模具和盛定筒整體預熱，加熱350℃～400℃，保溫12h～18h；熱擠壓成形板材，擠壓桿運行速度0.1mm/s～2.5mm/s，擠壓完成后進行壓余剪切；空冷至室溫進行板坯下料。采用非對稱擠壓模具進行擠壓，通過改變原始坯料擠壓流動狀態(tài)，增大合金變形流動流程，有效改善擠壓變形均勻性，進一步細化微觀組織，實現(xiàn)了擠壓板材微觀組織尺寸均勻性控制；采用本發(fā)明擠壓成形的板材熱處理后的抗拉強度750～800Mpa，屈服強度710～760MPa，延伸率8～14％，力學性能無各向異性，實現(xiàn)了高強韌鋁合金中厚板材無縮尾擠壓成形，提高了材料利用率。
【專利說明】大寬厚比超高強韌鋁合金板材的制備方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明屬于金屬板材制備【技術領域】，涉及一種鋁合金板材的制備方法，具體是一 種大寬厚比超高強韌鋁合金板材的制備方法。 【背景技術】
[0002] 7000系列超高強鋁合金板材廣泛應用于航空航天、兵器、汽車、核工業(yè)的領域。目 前，中厚板都是用鑄錠熱軋法生產(chǎn)的，乳制一般在熱軋生產(chǎn)線上由熱粗軋機完成，也可在熱 軋生產(chǎn)線上設置專門的兼用的中軋機，也可在熱軋生產(chǎn)線外另建一條獨立的熱軋生產(chǎn)線， 對于薄的中板還需要進行冷軋，以獲得所需要的性能與表面質(zhì)量。
[0003] 軋制工藝制備的7000系列超高強鋁合金板材的抗拉強度、屈服強度以及延伸率 等力學性能各向異性明顯。軋制過程中原始合金錠承受二向壓應力作用下產(chǎn)生塑性流動取 向致使板材內(nèi)部變形不均勻，變形為微觀變形組織晶粒尺寸大小和板材內(nèi)部形變畸變能分 布不均。在后續(xù)熱處理過程中，畸變能分布不均勻進一步加劇了微觀變形組織晶粒尺寸大 小分布不均勻，宏觀上表現(xiàn)為力學性能的各向異性。而擠壓工藝制備板材過程中，原始合金 在三向壓應力的作用下，與軋制工藝相比，金屬合金變形更加均勻，表現(xiàn)為微觀變形組織晶 粒尺寸大小分布均勻。但是采用常規(guī)擠壓工藝成形板材時，一方面，隨著擠壓板材的寬厚比 增大，在摩擦力的作用下，原始合金錠心部金屬流動較快，金屬流動不均勻，致使擠壓成形 的板材中心部分微觀組織較邊緣部分的微觀組織粗大。另一方面，由于常規(guī)擠壓工藝無法 消除擠壓縮尾，致使成形板材內(nèi)部出現(xiàn)分層，影響板材力學性能的同時降低了材料利用率。
[0004] 因此，如何消除金屬流動不均勻和擠壓分層對擠壓板材內(nèi)部組織和力學性能的影 響是制約擠壓工藝制備高性能板材的【技術領域】亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種大寬厚比超高強韌鋁合金板材的制備方 法，采用噴射沉積和非對稱擠壓的工藝進行制備，可有效改善擠壓變形均勻性，消除擠壓縮 尾，提高材料的利用率。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種大寬厚比超高強韌鋁合金板 材的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
[0007] 1)選取鋁合金板材的材料成分質(zhì)量百分比為：Znll.O%?13. 4%，Mg2. 0%? 2. 4%，CuL 0%?L 6%，NiO. 10%?0· 20%，雜質(zhì)彡0· 15%，其余A1，采用噴射沉積工藝制 備沉積圓錠，沉積圓錠直徑φ120πιπι?Φ300ι?πι，高度400mm?1000mm;
[0008] 2)對沉積圓錠進行機械加工，使加工后的坯料直徑Φ 100mm?Φ280πιπι，坯料高度 300mm ?900mm ;
[0009] 3)將步驟2)機械加工后的沉積圓錠進行加熱，加熱溫度至370°C?420°C，保溫時 間2h?6h ;
[0010] 4)根據(jù)所需板材規(guī)格，配裝非對稱擠壓模具；配裝完成后將擠壓凸模、擠壓凹模 配裝在擠壓機上，其中，擠壓凹模配裝后不可移動；
[0011] 5)接著啟動擠壓機，移動擠壓凸模和盛錠筒，到位后，關閉擠壓機，開啟擠壓機加 熱系統(tǒng)對模具和盛錠筒進行預熱，加熱溫度至350°c?400°C，保溫時間12h?18h ;
[0012] 6)開啟擠壓機，擠壓凸模和盛錠筒回程至初始位置，在擠壓凸模、擠壓凹模工作端 面上涂抹潤滑劑，將經(jīng)步驟3)加熱保溫的沉積圓錠運裝入擠壓機盛錠筒內(nèi)，進行板材熱擠 壓成形，擠壓桿擠壓運行速度〇. lmm/s?2. 5mm/s，擠壓完成后，擠壓凸模和盛錠筒回程至 初始位置，進行壓余剪切；
[0013] 7)將經(jīng)步驟6)擠壓成形的板材進行空冷至室溫后，根據(jù)尺寸要求進行板坯下料。
[0014] 作為改進，所述步驟2)中對沉積圓錠進行機械加工是指對沉積圓錠表面進行機 械扒皮和片平沉積圓淀兩端面。
[0015] 作為改進，所述步驟4)中的板材的寬厚比范圍為10?60,厚度范圍為10mm? 20mm〇
[0016] 作為改進，所述步驟4)中的非對稱擠壓模具包括擠壓凸模、擠壓凹模和盛錠筒， 擠壓凹模的凹腔內(nèi)設置第一墊塊、第二墊塊和第三墊塊，第一墊塊、第二墊塊和第三墊塊之 間成型供金屬流入的非對稱擠壓型腔，非對稱擠壓型腔的截面為大體Z字形，厚度是逐漸 收縮變小，在轉(zhuǎn)彎處是光滑過渡，非對稱擠壓型腔的后端與擠壓凹模的金屬流動出口相連 通。
[0017] 作為改進，所述步驟5)中的移動擠壓凸模和盛錠筒的具體要求為：擠壓凸模移動 要求擠壓凸模、擠壓凹模工作端面間距15mm?25mm ;盛錠筒移動要求擠壓凸模、擠壓凹模 在盛錠筒內(nèi)。
[0018] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：采用噴射沉積工藝制備沉積圓錠，采用非對 稱擠壓模具進行擠壓，通過改變原始坯料擠壓流動狀態(tài)，增大了合金變形流動流程，有效改 善了擠壓變形均勻性，進一步細化了微觀組織，實現(xiàn)了擠壓板材微觀組織尺寸均勻性控制； 采用本發(fā)明擠壓成形的板材熱處理后的抗拉強度750Mpa?800Mpa,屈服強度710Mpa? 760MPa，延伸率8%?14%，力學性能無各向異性，實現(xiàn)了高強韌鋁合金中厚板材無縮尾擠 壓成形，提高了材料利用率。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明實施例1所采用的非對稱擠壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是傳統(tǒng)的對稱擠壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明實施例1中寬厚比為60的擠壓板材顯微組織；
[0022] 圖4是本發(fā)明實施例2中寬厚比為30的擠壓板材顯微組織；
[0023] 圖5是本發(fā)明實施例3中寬厚比為10的擠壓板材顯微組織。 【具體實施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0025] 實施例1
[0026] (1)材料制備
[0027] 7000 系列鋁合金成分：Znll.O%，Mg2.0%，Cul.O%，NiO. 10%，雜質(zhì)彡 0· 15%， 其余Al。
[0028] 采用噴射沉積工藝制備沉積錠，沉積錠Φ 120mm，高度400mm。
[0029] (2)沉積圓錠機械加工
[〇〇3〇] 沉積圓錠表面進行機械扒皮和片平沉積錠兩端面，見光即后。加工后的坯料 Φ 100mm ,高度 300mm。
[0031] ⑶沉積圓錠加熱
[0032] 經(jīng)步驟（2)處理后的沉積圓錠進行加熱溫度，加熱溫度范圍370°C，到溫度后保 溫，保溫時間2h。
[0033] (4)非對稱擠壓模具配裝
[0034] 非對稱擠壓模具如圖1所示，包括擠壓凸模1、擠壓凹模2和盛錠筒3以及設置在 擠壓凹模2的凹腔中的第一墊塊4、第二墊塊5和第三墊塊6,第一墊塊4、第二墊塊5和第 三墊塊6之間成型供金屬流入的非對稱擠壓型腔11，非對稱擠壓型腔11的后端與擠壓凹模 2的金屬流動出口 21相連通；非對稱擠壓型腔11的截面呈大體Z字形，非對稱擠壓型腔11 的開口截面呈便于金屬流入的V字形，非對稱擠壓型腔11的截面厚度是逐漸收縮變小，在 轉(zhuǎn)彎處是光滑過渡。原理是這樣的：金屬在非對稱中心的非對稱擠壓型腔開口作用下率先 發(fā)生非對稱流動，有效消除了對稱擠壓引起不可避免的擠壓縮尾；發(fā)生非對稱流動的金屬 進一步在非對稱擠壓型腔11中流動，從而增大了金屬非對稱流動流程，有效改善了對稱擠 壓引起的金屬流動變形的不均勻性，進一步改善變形金屬微觀組織尺寸的均勻性，金屬流 出擠壓凹模2之前，在金屬流動出口 21處實現(xiàn)擠壓制品的尺寸規(guī)格確定，下面實施例子是 相同的。
[0035] 擠壓成形的板材寬厚比為60 (厚10mm)。根據(jù)所需板材規(guī)格，配裝非對稱擠壓模 具；配裝完成后將擠壓凸模1、擠壓凹模2配裝在擠壓機上。其中，擠壓凹模2配裝后不可 移動。
[0036] (5)模具和盛定筒整體預熱
[0037] 經(jīng)步驟⑷后，啟動擠壓機，移動擠壓凸模1和盛錠筒3。擠壓凸模1移動要求擠 壓凸模1、擠壓凹模2工作端面間距15mm ;盛錠筒3移動要求擠壓凸模1、擠壓凹模2在盛 錠筒3內(nèi)。關閉擠壓機，開啟擠壓機加熱系統(tǒng)，加熱溫度350°C，到溫后進行保溫，保溫時間 12h。
[0038] (6)熱擠壓成形板材
[0039] 經(jīng)步驟（5)加熱和保溫后，開啟擠壓機，擠壓凸模1和盛錠筒3回程至初始位置， 擠壓凸模1、擠壓凹模2工作端面上涂抹潤滑劑。將經(jīng)步驟（3)加熱和保溫后，將沉積圓錠 運裝入擠壓機盛錠筒3內(nèi)，進行板材熱擠壓成形，擠壓桿擠壓運行速度0. lmm/s。擠壓完成 后，擠壓凸模1和盛錠筒3回程至初始位置，進行壓余剪切。
[0040] (7)空冷與下料
[0041] 將經(jīng)步驟（6)擠壓成形的板材進行空冷至室溫后，根據(jù)尺寸要求進行板坯下料。
[0042]
【權利要求】
1. 一種大寬厚比超高強韌鋁合金板材的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 選取鋁合金板材的材料成分質(zhì)量百分比為：Znll. 0%?13. 4%，Mg2. 0%?2. 4%， Cul. 0%?1. 6%，NiO. 10%?0. 20%，雜質(zhì)< 0. 15%，其余A1，采用噴射沉積工藝制備沉積 圓淀，沉積圓淀直徑Φ 1 20mm?Φ300mm，高度400mm?1000mm ; 2) 對沉積圓錠進行機械加工，使加工后的坯料直徑ΦΙΟΟι?πι?Φ280·ι，坯料高度 300mm ?900mm ； 3) 將步驟2)機械加工后的沉積圓錠進行加熱，加熱溫度至370°C?420°C，保溫時間 2h ?6h ; 4) 根據(jù)所需板材規(guī)格，配裝非對稱擠壓模具；配裝完成后將擠壓凸模、擠壓凹模配裝 在擠壓機上，其中，擠壓凹模配裝后不可移動； 5) 接著啟動擠壓機，移動擠壓凸模和盛錠筒，到位后，關閉擠壓機，開啟擠壓機加熱系 統(tǒng)對模具和盛錠筒進行預熱，加熱溫度至350°C?400°C，保溫時間12h?18h ; 6) 開啟擠壓機，擠壓凸模和盛錠筒回程至初始位置，在擠壓凸模、擠壓凹模工作端面上 涂抹潤滑劑，將經(jīng)步驟3)加熱保溫的沉積圓錠運裝入擠壓機盛錠筒內(nèi)，進行板材熱擠壓成 形，擠壓桿擠壓運行速度〇. lmm/s?2. 5mm/s，擠壓完成后，擠壓凸模和盛錠筒回程至初始 位置，進行壓余剪切； 7) 將經(jīng)步驟6)擠壓成形的板材進行空冷至室溫后，根據(jù)尺寸要求進行板坯下料。
2. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟2)中對沉積圓錠進行機械 加工是指對沉積圓淀表面進行機械扒皮和片平沉積圓淀兩端面。
3. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟4)中的板材的寬厚比范圍 為10?60,厚度范圍為10mm?20mm。
4. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟4)中非對稱擠壓模具，包 括擠壓凸模、擠壓凹模和盛錠筒，擠壓凹模的凹腔內(nèi)設置第一墊塊、第二墊塊和第三墊塊， 第一墊塊、第二墊塊和第三墊塊之間成型供金屬流入的非對稱擠壓型腔，非對稱擠壓型腔 的截面為大體Z字形，厚度是逐漸收縮變小，在轉(zhuǎn)彎處是光滑過渡，非對稱擠壓型腔的后端 與擠壓凹模的金屬流動出口相連通。
5. 根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟5)中的移動擠壓凸模和盛 錠筒的具體要求為：擠壓凸模移動要求擠壓凸模、擠壓凹模工作端面間距15mm?25mm ;盛 錠筒移動要求擠壓凸模、擠壓凹模在盛錠筒內(nèi)。
【文檔編號】C22C21/10GK104046863SQ201410241719
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】陳偉, 陳剛, 章國偉, 翟景, 馬力, 郭安振, 辛海鷹 申請人:中國兵器工業(yè)第五二研究所