一种超高强铆钉制造用铝合金线材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铆钉制造用铝合金线材的制备方法。

背景技术

铝合金因其具有抗蚀性、密度低、比强度高、比刚度高、断裂韧性和疲劳强度高等优点，对于增加结构的稳定性，降低结构材料的整体重量具有积极促进作用。因此，铝合金被广泛应用于航空、航天、装甲、坦克、舰船、轨道交通、电力电子、汽车、建筑等重点国防军事及民用领域。

目前，我国在航空领域产品结构件连接需要使用的一种超高强度铝合金铆钉。该铆钉制备用铝合金线材的性能要求为H13状态的抗拉强度不小于235MPa。在经固溶淬火及过时效热处理后，其抗拉强度不小于490MPa，规定非比例延伸强度不小于410MPa，断后延伸率不小于10％，抗剪切强度不小于280MPa。以现有工艺生产的各类铝合金线材无法满足该铆钉的应用要求。

发明内容

本发明是要解决现有铝合金线材的抗拉强度、断后延伸率和抗剪切强度较低的问题，而提供一种超高强铆钉制造用铝合金线材的制备方法。

本发明超高强铆钉制造用铝合金线材的制备方法按照以下步骤实现：

一、铝合金铸锭的熔炼：按质量百分数为锌：5.8％～6.7％、镁：2.0％～2.5％、铜：2.0％～2.6％、锆：0.08％～0.14％、硅：≤0.10％、铁：≤0.12％、锰：≤0.08％、铬：≤0.03％(锰和铬来自于铝锭等原材料带入，为杂质元素，非合金强化有利元素成分)、钛：≤0.05％和余量的铝称取铝锭、纯镁锭、纯锌锭、电解铜、AlCu40中间合金、AlZr3中间合金及铝钛硼丝晶粒细化剂作为原料，将称取后的原料加入熔炼炉中，控制熔炼温度为710℃～770℃，熔炼加热时间2.5～5.5小时，并在铸造前使用氩气进行不少于10分钟的精炼，获得铝合金铸造前的铝液；

二、铝合金铸锭的铸造：将步骤一获得的铝液在铸造温度为720℃～735℃、铸造速度为60mm/min～90mm/min、铸造水压0.04MPa～0.07MPa、冷却水温为20℃～45℃的条件下进行铸造，获得直径为168mm～178mm铝合金铸锭；

三、铝合金铸锭的锯切、机加：将步骤二获得的铝合金铸锭使用锯床锯切，获得成长度为510mm～560mm的短铸锭；

四、铝合金铸锭的均匀化退火：将步骤三获得的短铸锭装入电阻式加热炉中，在温度为450℃～470℃的条件下保温45～50小时，获得均匀化退火的短铸锭；

五、铝合金铸锭的机加：将经均匀化退火的短铸锭使用车床去除表面的氧化膜，机加后获得直径为159mm～165mm的铝合金挤压坯料铸锭；

六、铝合金铸锭预加热：将铝合金挤压坯料铸锭装入推进式电阻加热炉中，在温度为390℃～430℃的条件下保温2.5～3.5小时，获得预加热后的铝合金挤压坯料铸锭；

七、挤压方式制备线坯：将预加热后的铝合金挤压坯料铸锭放入挤压筒中，在挤压温度为390℃～430℃，挤压速度为30mm/min～60mm/min的条件下进行挤压，获得直径为10.5mm～11.5mm的铝合金线坯；

八、线坯中间退火：将步骤七获得的铝合金线坯装入电阻式加热炉中，在温度为375～430℃的条件下保温2～3.5小时，获得经退火的铝合金线坯；

九、拉伸整径：将经退火的铝合金线坯在变形率为25％～30％的条件下通过拉伸整径模具进行冷拉伸，得到超高强铆钉制造用铝合金线材。

本发明制备的铝合金线材为H13状态下的线材，满足了高强度性能要求，并且通过本发明制备方法获得的线材实际尺寸及表面质量优异。对步骤九获得的H13状态的铝合金线材取力学性能、剪切性能及铆接性能试样对其采用YS/T 591《变形铝及铝合金热处理》标准中要求进行固溶淬火(即471～482℃，保温50～80min)及过时效处理(即118～124℃，保温不少于4小时后，转177～182℃，保温不少于8小时)后获得T73状态力学性能、剪切性能及铆接性能检测用线材试样，通过采用GB/T 16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》和GB/T 3250《铝及铝合金铆钉线与铆钉剪切试验方法及铆钉线铆接试验方法》的试验检测，H13状态下线材抗拉强度不小于245MPa，T73状态下线材抗拉强度不小于495MPa，规定非比例延伸强度不小于415MPa，断后延伸率不小于11％，抗剪切强度不小于290MPa。本发明可广泛应用于需高强度、高耐蚀性环境下铝合金铆钉的加工制造。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式超高强铆钉制造用铝合金线材的制备方法按照以下步骤实施：

一、铝合金铸锭的熔炼：按质量百分数为锌：5.8％～6.7％、镁：2.0％～2.5％、铜：2.0％～2.6％、锆：0.08％～0.14％、硅：≤0.10％、铁：≤0.12％、锰：≤0.08％、铬：≤0.03％、钛：≤0.05％和余量的铝称取铝锭、纯镁锭、纯锌锭、电解铜、AlCu40中间合金、AlZr3中间合金及铝钛硼丝晶粒细化剂作为原料，将称取后的原料加入熔炼炉中，控制熔炼温度为710℃～770℃，熔炼加热时间2.5～5.5小时，并在铸造前使用氩气进行不少于10分钟的精炼，获得铝合金铸造前的铝液；

二、铝合金铸锭的铸造：将步骤一获得的铝液在铸造温度为720℃～735℃、铸造速度为60mm/min～90mm/min、铸造水压0.04MPa～0.07MPa、冷却水温为20℃～45℃的条件下进行铸造，获得直径为168mm～178mm铝合金铸锭；

三、铝合金铸锭的锯切、机加：将步骤二获得的铝合金铸锭使用锯床锯切，获得成长度为510mm～560mm的短铸锭；

四、铝合金铸锭的均匀化退火：将步骤三获得的短铸锭装入电阻式加热炉中，在温度为450℃～470℃的条件下保温45～50小时，获得均匀化退火的短铸锭；

五、铝合金铸锭的机加：将经均匀化退火的短铸锭使用车床去除表面的氧化膜，机加后获得直径为159mm～165mm的铝合金挤压坯料铸锭；

六、铝合金铸锭预加热：将铝合金挤压坯料铸锭装入推进式电阻加热炉中，在温度为390℃～430℃的条件下保温2.5～3.5小时，获得预加热后的铝合金挤压坯料铸锭；

七、挤压方式制备线坯：将预加热后的铝合金挤压坯料铸锭放入挤压筒中，在挤压温度为390℃～430℃，挤压速度为30mm/min～60mm/min的条件下进行挤压，获得直径为10.5mm～11.5mm的铝合金线坯；

八、线坯中间退火：将步骤七获得的铝合金线坯装入电阻式加热炉中，在温度为375～430℃的条件下保温2～3.5小时，获得经退火的铝合金线坯；

九、拉伸整径：将经退火的铝合金线坯在变形率为25％～30％的条件下通过拉伸整径模具进行冷拉伸，得到超高强铆钉制造用铝合金线材。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中按质量百分数为锌：6.0％～6.4％、镁：2.2％～2.5％、铜：2.0％～2.3％、锆：0.10％～0.12％、硅：≤0.10％、铁：≤0.12％、锰：≤0.08％、铬：≤0.03％、钛：≤0.05％和余量的铝称取铝锭、纯镁锭、纯锌锭、电解铜、AlCu40中间合金、AlZr3中间合金及铝钛硼丝晶粒细化剂作为原料。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中控制熔炼温度为730℃～750℃，熔炼加热时间3～5小时。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中在铸造前使用氩气进行25～35分钟的精炼。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中在铸造温度为725℃、铸造速度为75mm/min、铸造水压0.06MPa、冷却水温为35℃的条件下进行铸造。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤四中在温度为460℃的条件下保温45～50小时。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤七中在挤压温度为400℃～420℃，挤压速度为50mm/min的条件下进行挤压。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤八中在温度为405℃的条件下保温2～3.5小时。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤九中将经退火的铝合金线坯在变形率为26％～28％的条件下通过拉伸整径模具进行冷拉伸。

实施例：本实施例超高强铆钉制造用铝合金线材的制备方法按照以下步骤实施：

一、铝合金铸锭的熔炼：按质量百分数为锌：6.2％、镁：2.4％、铜：2.1％、锆：0.11％、硅：≤0.06％、铁：≤0.04％、锰：≤0.05％、铬：≤0.02％、钛：≤0.03％、和余量的铝称取重熔用精铝锭、纯镁锭、纯锌锭、电解铜、AlCu40中间合金、AlZr3中间合金及铝钛硼丝晶粒细化剂作为原料，将称取后的原料加入熔炼炉中，控制熔炼温度为740℃，熔炼加热时间4小时，并在铸造前使用氩气进行25分钟的精炼，获得铝合金铸造前的铝液；

二、铝合金铸锭的铸造：将步骤一获得的铝液在铸造温度为725℃、铸造速度为75mm/min、铸造水压0.06MPa、冷却水温为35℃的条件下进行铸造，获得直径为172mm铝合金铸锭；

三、铝合金铸锭的锯切、机加：将步骤二获得的铝合金铸锭使用锯床锯切，获得成长度为550mm的短铸锭；

四、铝合金铸锭的均匀化退火：将步骤三获得的短铸锭装入电阻式加热炉中，在温度为460℃的条件下保温48小时，获得均匀化退火的短铸锭；

五、铝合金铸锭的机加：将经均匀化退火的短铸锭使用车床去除表面的氧化膜，机加后获得直径为162mm的铝合金挤压坯料铸锭；

六、铝合金铸锭预加热：将铝合金挤压坯料铸锭装入推进式电阻加热炉中，在温度为400℃的条件下保温3小时，获得预加热后的铝合金挤压坯料铸锭；

七、挤压方式制备线坯：将预加热后的铝合金挤压坯料铸锭放入挤压筒中，在挤压温度为415℃，挤压速度为50mm/min的条件下进行挤压，获得直径为11mm的铝合金线坯；

八、线坯中间退火：将步骤七获得的铝合金线坯装入电阻式加热炉中，在温度为405℃的条件下保温3小时，获得经退火的铝合金线坯；

九、拉伸整径：将经退火的铝合金线坯在变形率为28％的条件下通过拉伸整径模具进行冷拉伸，得到超高强铆钉制造用铝合金线材。

本实施例制备的铝合金线材为H13状态下的线材，满足了高强度性能要求，并且通过本发明制备方法获得的线材实际尺寸及表面质量优异。对H13状态的铝合金线材进行固溶淬火及过时效处理后获得T73状态线材，通过采用GB/T 16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》和GB/T 3250《铝及铝合金铆钉线与铆钉剪切试验方法及铆钉线铆接试验方法》的试验检测，H13状态下线材抗拉强度达到251MPa，T73状态下线材抗拉强度达到499MPa，规定非比例延伸强度达到423MPa，断后延伸率达到11.3％，抗剪切强度达到294MPa。本发明可广泛应用于需高强度、高耐蚀性环境下铝合金铆钉的加工制造。