[發明專利]一種超高強度Al-Zn-Mg-Cu合金線材的制備方法

有效

• 申請號: 201811224287.0
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109371269B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 趙志浩;秦高梧;王高松;朱慶豐;朱成
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/10;B21C1/00;C22F1/053
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李娜;李馨

本發明涉及一種超高強度Al?Zn?Mg?Cu合金線材的制備方法，屬于鋁合金加工領域。一種超高強度Al?Zn?Mg?Cu合金線材的制備方法，其包括了半連續鑄造+粗連軋+精連軋+整徑拉拔的步驟，通過以上步驟實現了大卷重無接頭、高品質、超高強度鋁合金線材的生產，制備的無接頭單根成品重量范圍為70?550公斤，成品率95％以上，成品晶粒組織呈纖維狀，纖維晶粒直徑控制在10?40μm，線材表層與中部晶粒尺寸差異小于10％，成品固溶淬火人工時效狀態的抗拉強度580?670MPa，延伸率達到7?9％，頭部與尾部性能差異小于5％。

技術領域

本發明涉及一種超高強度Al-Zn-Mg-Cu合金線材的制備方法，屬于鋁合金加工領域。

背景技術

Al-Zn-Mg-Cu合金屬于超高強鋁合金，強度可高達600MPa以上，該系合金廣泛應用于航空航天、軌道交通等領域。超高強Al-Zn-Mg-Cu合金焊接性較差，通常需要通過材質相同或相近的鉚釘鉚接。制備超高強鋁合金鉚釘的坯料是超高強鋁合金線材。目前國內的超高強鋁合金鉚釘的生產效率較低，最突出的問題就是國內不能提供大卷重無接頭的超高強鋁合金線材，導致無法通過先進的自動化設備連續高效率的生產鋁合金鉚釘。當前鋁合金線材的制備方法包括擠壓-拉拔、連鑄連軋、連續擠壓等。

擠壓-拉拔的工藝流程是首先通過半連續鑄造技術制備出鋁合金圓鑄棒，鑄棒定尺鋸切后通過擠壓機將鑄棒擠壓成直徑10mm左右的鋁桿，然后再通過多道次拉拔獲得線材。該方式適應性廣，基本可以生產所有系列的變形鋁合金，但由于受到擠壓筒長度和擠壓比的限制，單根無接頭線材的長度和重量受限，最多也就是二、三十公斤，滿足不了現代化自動緊固件生產設備的需求。另外，由于擠壓過程金屬流動的不均勻性和擠壓溫度的不穩定性，導致制品存在組織性能不均的問題。

連鑄連軋的工藝流程是通過輪帶式連鑄生產出梯形連鑄坯，然后熱連軋至10mm左右的棒材，該工藝產品不受重量限制，理論上可以生產無限長的無接頭鋁材。但是該工藝只能生產中低強度的鋁合金，受工藝特點的限制，無法生產抗拉強度460MPa以上的高強度鋁合金線材。

連續擠壓的工藝流程是先通過水平連鑄生產出10-16mm的小直徑圓鑄坯，然后通過連續擠壓機進行連續擠壓，最終獲得3-10mm的鋁合金線材。該工藝也可以解決鋁材的長度問題，但是由于該工藝的鑄坯直徑較小，導致鑄態偏析層相對占比過大，另外，還存在變形量不足的問題。因此，該工藝不適合生產對組織性能要求比較高的高強鋁合金。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提出一種“半連續鑄造+粗連軋+精連軋+整徑拉拔”制備超高強度鋁合金線材的方法，本發明方法能實現大卷重無接頭、高品質、超高強度鋁合金線材的生產制備。

一種超高強度Al-Zn-Mg-Cu合金線材的制備方法，包括下述工藝步驟：

(1)原料配制：以純金屬鋁、純金屬鋅、純金屬銅、純金屬鎂、Al-Zr中間合金、Al-Ti中間合金、Al-Cr中間合金作為原料，進行備料；

(2)合金熔煉及鑄造：在反射式熔鋁爐中進行熔煉，將純金屬鋁、Al-Zr中間合金、Al-Ti中間合金、Al-Cr中間合金同時加入爐中熔化，熔化后加入純金屬銅，升溫至730-740℃，加入純金屬鋅和純金屬鎂，待這些金屬熔化并攪拌均勻后升溫至740-750℃后使用精煉劑進行精煉處理；處理完畢后攪拌合金熔體并在730℃靜置10-20min，靜置完畢后撈去合金熔體表面的浮渣，然后通過半連續鑄造法進行鑄造；鑄造溫度為710℃-720℃，鑄造速度130-230mm/min，鑄棒直徑60-100mm，單支鑄棒長度10-27米；在結晶區施加電磁攪拌，磁場頻率50Hz，勵磁電流100-200A，平均晶粒尺寸控制在30-100μm；

(3)均質處理；