【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高性能铝锂合金材料制备工艺，涉及一种低成本铝锂合金宽幅整体带筋壁板制备方法。
技术介绍
1、采取低密度、高刚度的铝锂合金材料是航空、航天领域实现结构减重的重要措施之一。与此同时，为了满足航空领域更长服役寿命以及航天运载装备可重复使用的需求，需要采取大型整体结构替代原有的焊接、铆接螺接结构，降低连接结构的重量并提高结构安全性。综合上述需求，带有加强筋条的宽幅铝锂合金整体壁板则可以在起到减重的同时，又能够增加结构可靠性，提高使用寿命，是较为理想的一种结构材料。
2、对于现阶段航空、航天使用的高性能铝锂合金来说，由于大尺寸(直径不低于700mm)空心铸锭制备难度极高，因此，幅宽超过500mm的整体带筋壁板多采取大规格板材机加工而成，如机翼用的宽度1200mm的壁板需要制备达宽度1300mm，厚度80mm的板材，部分研究者也尝试了采取大规格实心铸锭机加工成空心铸锭然后挤压的方式制备整体带筋壁板，但是由于铝锂合金材料成本较高，上述两种方式会导致大量的材料浪费，材料利用率很低，极大提升了材料成本，制约了铝锂合金材料的应用。
3、本专利技术针对航空、航天领域对主体结构低结构重量、长使用寿命的使用需求，专利技术一种低成本铝锂合金宽幅整体带筋壁板制备方法，获得具有优良性能的低各向异性铝锂合金整体挤压壁板，并提升材料的利用率，满足航空、航天等领域的高减重、高可靠、长寿命的使用需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：针对现有高性能铝锂合金大规格铸锭制备难度大，
2、为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：
3、一种低成本铝锂合金宽幅整体带筋壁板制备方法，所述方法将铝锂合金铸锭放入带有锻压模具的大型锻压机中，通过先锻压后挤压的方式制备成无缝圆管；将制备的圆管作为挤压坯料放入大型挤压机中挤压成带有筋条的无缝圆管；将带有筋条的无缝圆管进行分级退火处理后锯切展开并矫平；矫平后的壁板放入辊底炉内进行固溶淬火处理，淬火完成后进行预拉伸，并处理至所需的状态；其制备步骤为：
4、步骤一、壁板挤压坯料(无缝圆管)制备：
5、将铝锂合金圆锭(规格φ450～750mm)，放入加热炉中加热，加热温度400℃～480℃，保温15～30h，然后放入带有锻压模具的锻压机中进行锻压+反向挤压处理，模具内腔直径800～1400mm，温度380℃～430℃，锻压压头温度410～490℃，直径797～1390mm，冲压压头温度380～460℃，直径与后续壁板挤压时的穿心杆直径保持一致；先通过锻压压头将放入模具中的铸锭锻压变形充满，然后更换成冲压压头，通过反向挤压方式制备出外径800mm～1400mm的无缝圆管；
6、步骤二、带筋无缝管材制备：
7、将步骤一制备的无缝圆管放入空气循环炉中加热，加热温度450℃～490℃，保温5～12h，出炉后放入大型挤压机中进行挤压，挤压模具温度440℃～480℃，穿心杆温度460～480℃，挤压杆温度430℃～450℃，挤压筒温度440℃～470℃，出口速度0.5～1.5m/min；
8、穿心杆、挤压杆、挤压筒作为挤压机的一部分，温度均有要求，待管材通过挤压机出口后的得到内径尺寸550mm～800mm的带筋无缝圆管，筋条高度15～100mm；
9、步骤三、壁板展开：
10、将经过步骤二处理后的带筋无缝圆管进行分级退火处理，退火工艺为到温入炉，炉气温度500～530℃，待到温后保温30～60min，将炉温降低至400～440℃，保温2～4h，随后以冷却速度不超过60℃/h的速度随炉缓冷至200℃，出炉空冷至室温；缓冷的要求冷却速度不超过60℃/h。
11、将退火完毕后的管材沿纵向锯切开，展开并矫形至平整，得到整体壁板；
12、通过步骤一利用规格φ450～750mm的铝锂合金圆锭，制备出外径800mm～1400mm的无缝圆管；并通过步骤二得到内径尺寸550mm～800mm的带筋无缝圆管；最后通过步骤三得到的整体壁板宽度达1700mm～2500mm。
13、步骤四、固溶淬火处理：
14、经过步骤三处理后的整体壁板进行固溶处理，炉气温度505～545℃，到温后按照壁板上最大金属截面厚度t设置保温时间，具体为：
15、t≤5mm，保温时间为7～10×tmin，
16、5<t≤15mm，保温时间为5～7×tmin，
17、t>15mm，保温时间为3～4×tmin；
18、保温完毕后快速出炉进行冷却；
19、步骤五、预拉伸及时效处理：
20、经过步骤四处理的整体壁板进行预拉伸处理，拉伸变形量控制在2.5～6.5％范围；
21、预拉伸完毕后进行时效处理。
22、步骤一所述锻压模具为：带有直径800～1400mm空腔的锻压模具，该模具通过基座固定在锻压机下平台上，小规格铝锂合金铸锭通过该模具通过先锻压变形制备成更大直径的锻坯，再通过反向挤压的方式制备成无缝中空管材。
23、所述大型挤压机挤压力为1.5～2.5万吨，挤压筒直径650mm～1000mm。
24、步骤一中铝锂合金圆锭采取喷射沉积/熔铸法制备，并经过均匀化处理、扒皮处理后，放入空气循环加热炉中加热。
25、步骤二挤压时待管材通过挤压机出口后，采用牵引机牵引，并采取水雾或者风机进行在线冷却。
26、优选地，步骤三分级退火处理在空气循环炉内加热进行。
27、优选地，步骤三在装有展开模具的大型压机或者展开轧机上展平开并矫形至平整。
28、优选地，步骤四将所述整体壁板安放到固定工装上在辊底炉内进行固溶处理，此固定工装根据壁板截面形状所设计，目的是防止壁板与辊底炉直接接触造成表面损伤，同时固定工装使壁板便于入炉并减少加热以及淬火时的变形。
29、步骤四中冷却采用喷淋水冷，冷却水温度20℃～60℃；
30、步骤五中时效处理选择如下之一：
31、自然时效为室温放置96h以上自然时效至t3状态；或者人工时效处理至t8状态，人工时效工艺为135～175℃，保温时间14～32h。
32、优选地，步骤五中预拉伸处理在预拉伸机上进行。
33、采用本专利技术方法制备的铝锂合金整体壁板，其最大幅宽可达到1600mm，长度可达到11000～13000mm。所制备的宽幅整体壁板具备较低的各向异性，(平面各向异性指数ipa％≤10％。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本铝锂合金宽幅整体带筋壁板制备方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述大型挤压机规格为万吨挤压机，挤压筒直径为650～1000mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中铝锂合金圆锭采取喷射沉积/熔铸法制备，并经过均匀化处理、扒皮处理后，放入空气循环加热炉中加热。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二挤压时待管材通过挤压机出口后，采用牵引机牵引，并采取水雾或者风机进行在线冷却。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三在装有展开模具的大型压机或者展开轧机上展平开并矫形至平整。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤四所述整体壁板利用固定工装固定并在辊底炉内进行固溶处理；所述固定工装形状与壁板截面形状一致。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤四中冷却采用喷淋水冷，冷却水温度20℃～60℃。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤五中时效处理选择如下之一：
9.根
10.一种铝锂合金宽幅整体带筋壁板，其特征在于，根据权利要求1所述的制备方法制备，所述宽幅整体壁板平面各向异性指数IPA％≤10％，力学性能：Rm≥460MPa，R0.2≥350MPa，A≥11％，疲劳裂纹扩展速率：ΔK＝33MPa*m1/2，da/dN不大于3.0×10-3mm/周，断裂韧度大于140MPa*m1/2。
...【技术特征摘要】
1.一种低成本铝锂合金宽幅整体带筋壁板制备方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述大型挤压机规格为万吨挤压机，挤压筒直径为650～1000mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一中铝锂合金圆锭采取喷射沉积/熔铸法制备，并经过均匀化处理、扒皮处理后，放入空气循环加热炉中加热。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤二挤压时待管材通过挤压机出口后，采用牵引机牵引，并采取水雾或者风机进行在线冷却。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤三在装有展开模具的大型压机或者展开轧机上展平开并矫形至平整。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤四所述整体壁板利用固定工装固定并在辊底炉内进行固溶处理；所述固定工装形状与壁板截面形状一致。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤四中冷却采用喷淋水冷，冷却水温度20℃～60℃。
【专利技术属性】
技术研发人员：李国爱，郝时嘉，伍镭，钟立伟，李占强，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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