一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法与流程

本发明属于铝合金材料加工技术领域，具体涉及一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法。

背景技术：

铝镁钪合金是在传统铝镁合金基础上开发的新一代航天结构材料，强度高、抗焊接软化性能更强。由于sc元素的添加，合金的晶粒急剧细化，高温组织稳定性高，从而表现出了良好的超塑性性能，已成为国内外的超塑性成形领域重点关注的合金之一。

目前，国内外科研人员对铝镁钪合金超塑性开展大量研究，多数学者提出利用等径角挤压(ecap)、搅拌摩擦焊(fsw)、高压扭转(hpt)等剧塑性变形技术来细化晶粒，从而满足超塑性的等轴、细晶条件。但由于成形效率低、不能制备大规格块体材料、变形不均匀等原因，剧塑性变形技术的应用受到一定程度的限制。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法。

本发明的技术解决方案是：

一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法，该方法的步骤包括：

(1)熔炼铸造：将纯铝锭和中间金属进行熔炼，进行在线除渣除气工序降低铝熔体中的氢渣浓度，再经过过滤工序去除铝熔体中的非金属夹杂和氧化物，铸造出厚度为350mm的铝镁钪合金锭坯，所述中间金属包括纯镁锭、铝钪中间合金、镁锆中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金和铝钛硼晶粒细化剂，铸造出的铝镁钪合金锭坯各组分的质量百分比组成为：mg：5.0％～6.8％，sc：0.2％～0.45％，zr：0.05％～0.15％，mn：0.12％～0.5％，ti≤0.03％，fe≤0.10％，si≤0.20％，zn＜0.05％，余量为al；

(2)均匀化退火：将步骤(1)得到的铝镁钪合金锭坯在温度445～475℃的条件下，保温16～24h，保温结束后空冷至室温；

(3)热轧：对步骤(2)得到的均匀化退火后的铝镁钪合金锭坯铣面，去除表面氧化层和气孔，并将铝镁钪合金锭坯一端加工成楔形，然后放入台式炉中加热至400～440℃，保温3～5h后进行轧制成40mm厚热轧板；

(4)中间退火：将步骤(3)得到的热轧板在400～450℃条件下，保温1～3h，然后空冷；

(5)温轧：将步骤(4)得到的热轧板在温度为250～300℃条件下进行换向温轧，得到20mm厚温轧板；

(6)冷轧：对步骤(5)得到的温轧板进行换向冷轧，得到12mm厚冷轧板；

(7)拉伸矫直：将步骤(6)得到的冷轧板经过拉伸矫直，得到超塑成形用铝镁钪合金板材。

上述的方法得到的铝镁钪合金板材为纤维状组织，并具有高温超塑性能，横向延伸率可达630～655％，纵向延伸率可达645-670％。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供一种超塑成形用铝镁钪合金板材的制备方法，属于铝合金材料加工技术领域。该板材组织为纤维状变形组织，而非常规材料超塑性能所要求的等轴细晶组织，其特征是：所述合金的各元素质量百分比为：mg：5.0～6.8％，sc：0.2～0.45％，zr：0.05～0.15％，mn：0.12～0.5％，ti≤0.03％，fe≤0.10％，si≤0.20％，zn＜0.05％，余量为al。该板的制造方法，其过程包括：熔炼铸造、均匀化退火、热轧、中间退火、温轧、冷轧、拉伸矫直。本发明得到的铝镁钪合金板材具有良好高温超塑性能，板材的横向延伸率630～655％，纵向延伸率可达645-670％，并以该板材为坯料，经高温超塑成形出800mm量级薄壁半球壳体，未来可进一步用于制造形状复杂，整体化程度高的各种航天飞行器的零部件。

(2)本发明制备铝镁钪合金超塑板材具有纤维状变形组织，省去繁杂的细晶处理，工序简单，成本低，更适合大规模工业生产；铝镁钪合金为非热处理强化合金，部件成形后无需固溶时效，避免了热处理变形，因而可充分利用本发明得到的铝镁钪合金板材来超塑成形高精度，形状复杂的中等强度钣金件。

附图说明

图1是铝镁钪合金板材的纤维状组织示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：一种超塑成形用铝镁钪合金板材中各元素质量百分比为：mg：5.0～6.8％，sc：0.2～0.45％，zr：0.05～0.15％，mn：0.12～0.5％，ti≤0.03％，fe≤0.10％，si≤0.20％，zn＜0.05％，余量为al。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，超塑成形用铝镁钪合金板材中各元素质量百分比如下：6.08％的mg，0.25％的sc，0.11％的zr，0.02％的ti，0.30％的mn，fe≤0.10％，si≤0.20％，zn＜0.05％，其余为al。

具体实施方式三：一、熔炼铸造：将纯铝锭和中间金属熔炼，进行在线除渣除气工序降低铝熔体中的氢渣浓度，再经过过滤工序去除铝熔体中的非金属夹杂和氧化物，铸造出厚度为350mm的铝镁钪合金锭坯，所述中间合金包括纯镁锭、铝钪中间合金、镁锆中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金和铝钛硼晶粒细化剂，铸造出的铝合金锭坯各组分的质量百分比组成为：mg：5.0％～6.8％，sc：0.2％～0.45％，zr：0.05％～0.15％，mn：0.12～0.5％，ti≤0.03％，fe≤0.10％，si≤0.20％，zn＜0.05％，余量为al。

二、均匀化退火：将合金铸锭在温度445～475℃的条件下，保温16～24h，空冷至室温；

三、热轧：对均匀化后的合金铸锭铣面至300mm～310mm，去除表面氧化层和气孔，并将铸锭一端加工成楔形，然后放入台式炉加热中加热至400～440℃，保温3～5h后进行轧制成40mm厚热轧板；

四、中间退火：将步骤三所述的热轧板坯在400～450℃条件下，保温1～3h，然后空冷；

五、温轧：将热轧板在温度为250～300℃条件下进行换向温轧，得到20mm厚温轧板；

六、冷轧：对温轧板坯进行再次换向冷轧，得到12mm厚冷轧板；

七、拉伸矫直：将冷轧板经过拉伸矫直，即得到超塑成形用铝镁钪合金板材。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是，步骤二所述的将合金铸锭在温度为460℃的条件下，保温20h。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三和四不同的是，步骤三所述的加热温度为420℃，保温时间为4h。其它与具体实施方式三和四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五不同的是，步骤四中所述中间退火温度为425℃，保温时间为1.5h，然后空冷。其他与具体实施方式三至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六不同的是，步骤五所述的温轧温度为260℃。其他与具体实施方式三至六相同。

实施例1

一种具有超塑性的铝镁钪合金板材的制备方法按下列步骤实施：

1)熔炼铸造：将纯铝锭和中间金属熔炼，进行在线除渣除气工序降低铝熔体中的氢渣浓度，再经过过滤工序去除铝熔体中的非金属夹杂和氧化物，铸造出厚度为350mm的铝镁钪合金锭坯，所述中间合金包括纯镁锭、铝钪中间合金、镁锆中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金和铝钛硼晶粒细化剂，铸造出的铝合金锭坯各组分的质量百分比组成为：6.08％的mg，0.25％的sc，0.11％的zr，0.02％的ti，0.30％的mn，fe≤0.10％，si≤0.20％，zn＜0.05％，其余为al。

2)均匀化退火：将合金铸锭在温度460℃的条件下，保温20h，空冷至室温；

3)热轧：对均匀化后的合金铸锭铣面至305mm，去除表面氧化层和气孔，并将铸锭一端加工成楔形，然后放入台式炉加热中加热至420℃，保温4h后开始轧制。在轧制过程中采用小压下量多道次轧制工艺，然后随着轧制道次增加而增大压下量，开始道次变形量在5％～7％，总变形量为15％～25％；轧制中期，道次变形量控制在7％～12％，总变形量为50％～60％；轧制后期，道次变形量控制在12％～25％，总变形量为87％，毛坯终轧温度控制在260～320℃，最终将均匀化退火后的铸锭轧制成40mm厚的热轧板；

4)中间退火：将步骤三所述的热轧板坯在425℃条件下，保温1.5h，然后空冷；

5)温轧：将热轧板在温度在260℃条件下进行换向温轧，道次变形量控制在15％～25％，最终得到20mm厚的温轧板；

6)冷轧：对温轧板坯进行换向冷轧，道次变形量控制在10％～20％，得到12mm厚冷轧板；

7)拉伸矫直：将冷轧板经过拉伸矫直，即得到超塑成形用铝镁钪合金板材。

本实施例制备的铝镁钪合金板材在500℃，ε＝1×10^-3s^-1条件下，其横向延伸率为630％～655％，纵向延伸率为645％-670％。该板材具有纤维状变形组织，如图1所示，而非常规超塑材料所要求的等轴细晶组织(晶粒尺寸≤10μm)，因此无需复杂的细晶处理。此外，以该板材为坯料，经高温超塑成形出800mm量级薄壁半球壳体，成形后工件不存在残余应力，回弹小，尺寸稳定。

性能测试标准：gb/t24172《金属超塑性材料拉伸性能测试方法》。