專利名稱：超高強(qiáng)鋁合金材料及用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高強(qiáng)鋁合金材料及利用該材料制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備 方法，屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超高強(qiáng)鋁合金是國(guó)家航空、航天以及軍事領(lǐng)域的重要材料，在國(guó)家未來(lái)的軍事、政 治和經(jīng)濟(jì)中將具有重要的戰(zhàn)略地位。隨著宇航工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)高性能鋁合金構(gòu)件及其 成形技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。噴射成形技術(shù)作為先進(jìn)的金屬熱成型方法，將熔體的霧 化和凝固合二為一，可大幅度改善材料及其構(gòu)件的使用性能和成形加工性能。第一代分離 機(jī)轉(zhuǎn)速6000轉(zhuǎn)以下，已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足需要，第二代分離機(jī)的轉(zhuǎn)速要求IOOOOrpm以上，線速 度超過(guò)600m · s—1，對(duì)強(qiáng)度特別是屈服強(qiáng)度的要求特別高，即σ Q 2彡680Mpa,同時(shí)δ彡4% 以上，目前急需Qb > 760Mpa的高合金化元素的超高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件及其成形技術(shù)。采用常 規(guī)鋁合金成形工藝已完全不能滿足需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度較低(抗拉強(qiáng)度％無(wú)法達(dá)到 760Mpa以上)、以及用現(xiàn)有的鋁合金材料制備出的分離機(jī)內(nèi)筒無(wú)法滿足分離機(jī)以8000 IOOOOrpm轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間工作的要求，進(jìn)而提供了一種超高強(qiáng)鋁合金材料及用于制備分離機(jī)內(nèi) 筒的管坯的制備方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述超高強(qiáng)鋁合金材料為Al-Zn-Mg-Cu系合金材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，該 合金的化學(xué)成分為 Zn 10. 5 13. Owt %，Mg 2. 3 3. 2wt%，Cu 1. 2 1. 8wt%，Μη 0. 2 0. 3wt%, Cr 0· 2 0. 3wt%, Zr 0· 1 0. 2wt%, Sc 0· 1 0. 2wt%, Fe < 0. 05wt%, Si < 0. 05wt%，其余為 Al。本發(fā)明基于上述材料的用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法按照以下步驟實(shí) 現(xiàn)的步驟一、合金溶配并澆鑄成合金錠按權(quán)利要求1所述的合金成分，進(jìn)行合金溶 配，并澆鑄成合金錠，具體過(guò)程如下步驟一(一)、選擇熔配合金的原材料分別為工業(yè)純Al(99.7% )、工業(yè)純 Zn(99. 7% )、工業(yè)純Mg(99. 7% )、電解銅(99.97% )、分析純錳(99.97% )、分析純鉻 (99. 97% )、分析純鋯(99. 97% )和分析純鈧(99. 97% )；步驟一(二)、錳、鉻、鋯、鈧在熔配之前，首先分別制成A1-10 % Mn中間合金、 A1-10 % Cr中間合金、A1-10 % Zr中間合金、A1-10 % Sc中間合金；步驟一(三)、配料時(shí)考慮合金在熔配和噴射成形過(guò)程中Zn和Mg元素?zé)龘p和揮 發(fā)，在熔配時(shí)，考慮Zn和Mg的總燒損為10%;噴射成形時(shí)，熔化的過(guò)熱度較大，燒損和揮發(fā)也較嚴(yán)重，考慮Zn和Mg的總燒損為5 10% ；所以在熔配和噴射成形過(guò)程中，考慮的Zn與 Mg的總燒損量為15 20% ；步驟一(四)、完成上述步驟后，合金熔配采用反射爐熔煉，并采用水冷定向結(jié)晶 器澆鑄成錠，以保證鑄錠間成分的均勻性；結(jié)晶得到的長(zhǎng)錠，去除兩端后成份分布均勻的部 分，切割成200mm的合金錠，以備噴射成形使用；步驟二、在惰性氣體保護(hù)的條件下，對(duì)上述合金錠進(jìn)行熔化、澆鑄轉(zhuǎn)移、霧化噴射、 沉積成形，制備出Φ 200 250mm的快速凝固坯錠，具體過(guò)程如下步驟二( 一 )、將噴射成形裝置抽真空，并充入0. 5atm的惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，在具 有一定真空的惰性氣體保護(hù)氣氛下進(jìn)行母合金熔化；步驟二( 二)、合金熔化后，升溫到770 790°C，然后進(jìn)行合金液的轉(zhuǎn)移，即將合 金液澆鑄到具有合適溫度的保溫坩堝內(nèi)，并開始霧化噴射沉積；合金轉(zhuǎn)移時(shí)坩堝翻轉(zhuǎn)速度 為3 5度/秒；所述具有合適溫度的保溫坩堝是指保溫坩堝預(yù)熱到720 750°C，并保溫 10 20分鐘；步驟二(三)、金屬液轉(zhuǎn)移時(shí)先經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)濾；步驟二(四)、合金液經(jīng)過(guò)坩堝的導(dǎo)液管進(jìn)入霧化器的氣體流場(chǎng)，被高速氣體霧化 成細(xì)小霧滴，并被高速氣體噴吹而出，射向沉積器；最終得到快速凝固坯錠；步驟三、進(jìn)行等溫鍛造預(yù)成形，具體過(guò)程為將快速凝固坯錠(沉積坯錠)以10°C /min的加熱速率加熱至400 420°C并保 溫6小時(shí)，然后進(jìn)行變形量為50% 60%的等溫自由鍛，墩粗3次，拔長(zhǎng)3次；最后利用模 具等溫鍛成Φ外272，Φ 131的環(huán)坯，鍛造速度為lmm/s以下；步驟四、采用擠壓模具進(jìn)行熱擠壓成形將得到環(huán)坯進(jìn)行熱擠壓制得預(yù)成形管 坯；步驟五、對(duì)步驟四得到的預(yù)成形管坯進(jìn)行雙級(jí)固溶和時(shí)效處理，制備出可用于制 備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯上述雙級(jí)固溶制度為(465°C 475°C ) Xlh+(480°C 490°C ) X Ih+淬火；淬火 轉(zhuǎn)移時(shí)間(由爐腔到水內(nèi)的時(shí)間)應(yīng)不大于15秒，淬火水溫在25 35°C之間；上述時(shí)效處理是指采用單級(jí)時(shí)效(110°C 120°C) X (14 17) h，峰時(shí)效在16 17小時(shí)；或采用雙級(jí)時(shí)效(110°C 120°C ) X (10 16)h+(150 160°C ) X (4 6)h，均 可得到抗拉強(qiáng)度超過(guò)760MPa的管坯。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)本發(fā)明的關(guān)鍵因素有，合金成份保證、噴射成形過(guò)程控制、變 形過(guò)程的完整性和尺寸保障、熱處理過(guò)程性能保障，具體為合金成份保證體現(xiàn)在如何考慮熔配、噴射等過(guò)程合金元素的燒損情況，理想的成 份是指噴射成形一體化后得到的擠壓管的成份。既要考慮各階段的燒損量，又要控制各階 段燒損的穩(wěn)定性，保證燒損結(jié)果與預(yù)計(jì)結(jié)果一致；噴射成形過(guò)程控制主要控制坯錠的形狀和冶金質(zhì)量，充分體現(xiàn)噴射成形快速凝固 特征優(yōu)勢(shì)。霧化器結(jié)構(gòu)、沉積方式、各類工藝參數(shù)匹配等是實(shí)現(xiàn)噴射成形過(guò)程控制的關(guān)鍵；變形過(guò)程的等溫鍛預(yù)變形過(guò)程控制是保證管材順利擠壓成形的重要前提。坯錠的 等溫鍛預(yù)變形可以起到預(yù)致密化，預(yù)成形，打碎一些脆性織構(gòu)相等作用，提高材料的變形能 力，同時(shí)保證快速凝固組織不惡化。等溫自由鍛的鍛造速度、變形量、變形溫度等必需嚴(yán)格
5控制。管材擠壓成形的速度和溫度的控制也十分重要，這是管坯尺寸和冶金質(zhì)量保證的必 要手段；雙級(jí)固溶熱處理制度是管坯性能保障的重要方法，固溶處理時(shí)各級(jí)的溫度和保溫 時(shí)間，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間，淬火介質(zhì)成份及溫度是控制的主要參數(shù)。噴射成形材料峰時(shí)效時(shí)間比 不同材料短，嚴(yán)格控制時(shí)效時(shí)間，不要產(chǎn)生過(guò)時(shí)效。本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明所述合金材料制備出的超高強(qiáng)鋁合金管坯的Zn的含量超過(guò)10%，而 且質(zhì)地均勻、組織細(xì)小，熱處理后管坯的抗拉強(qiáng)度760MPa以上(抗拉強(qiáng)度超過(guò)SOOMPa)，延 伸率仍大于6%，可以使離心轉(zhuǎn)速由6000rpm提高到lOOOOrpm，分離純度提高30%，利用本 發(fā)明所述合金材料制備出的超高強(qiáng)鋁合金管坯完全適于制備離心分離機(jī)內(nèi)筒，以滿足分離 機(jī)以8000 IOOOOrpm轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間工作的要求(而現(xiàn)有材料的抗拉強(qiáng)度僅為650MPa)。用本發(fā)明方法制備出的超高強(qiáng)鋁合金管坯通過(guò)多種塑性變形方法可形成高致密 化、管壁小于5mm、長(zhǎng)度大于500mm的超高強(qiáng)鋁合金管材；并采用特殊的多極熱處理技術(shù)，保 證合金成分，同時(shí)控制管的變形和應(yīng)力開裂等。目前采用鑄錠冶金+鍛造+擠壓方法制備的XXX分離機(jī)內(nèi)筒，其Zn含量最高為 8. 9wt%，Zn+Mg最高為11.9wt%。而本發(fā)明提供的合金成分，Zn可以達(dá)到llwt%，Zn+Mg最 高達(dá)到13. 7wt%以上，采用傳統(tǒng)工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)材料制備與管件成形，只能采用噴射成形一 體化技術(shù)完成材料的制備與成形。本發(fā)明提供的噴射成形超高強(qiáng)鋁合金材料組織細(xì)小，成 份均勻，經(jīng)過(guò)合理致密化和熱處理后，材料主要的力學(xué)性能可以達(dá)到σ b = 750 850MPa， σ 0 2 = 700 780MPa，δ = 5 15%，Ε > 70GPa。( 二代分離機(jī)內(nèi)筒的力學(xué)性能要求為 σ 0 2 > 700MPa, δ > 5%, E > 70GPa。)


圖1為本發(fā)明的保溫坩堝測(cè)溫位置與導(dǎo)液管結(jié)構(gòu)示意圖(圖中1_熱電偶、2-BN 陶瓷導(dǎo)液管、3-霧化器、4-保護(hù)氣體進(jìn)入管、5-BN陶瓷導(dǎo)液管的保護(hù)套、6-石墨墊、7-鋼底 座、8-石墨堵、9-石墨坩鍋)；圖2為用本發(fā)明方法的噴射沉積后得到的快速凝固坯錠照 片；圖3為本發(fā)明經(jīng)擠壓形成后得到的預(yù)成形管坯照片；圖4為是圖2的坯錠的SEM圖；圖 5為是圖3的預(yù)成形管坯的SEM圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式所述的超高強(qiáng)鋁合金材料為Al-Zn-Mg-Cu系合金 材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，該合金的化學(xué)成分為Zn 10. 5 13. Owt %，Mg 2. 3 3. 2wt%， Cu 1. 2 1. 8wt%, Mn 0. 2 0. 3wt%, Cr 0. 2 0. 3wt%, Zr 0. 1 0. 2wt%, Sc 0. 1 0. 2wt%, Fe < 0. 05wt%, Si < 0. 05wt%，其余為 Al。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式所述的超高強(qiáng)鋁合金材料中，Zn的含量為llwt%。 其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式所述的超高強(qiáng)鋁合金材料中，Zn和Mg含量總和為 13.7wt%。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四參見圖1 5所示，本實(shí)施方式所述的基于具體實(shí)施方式
一所述超高強(qiáng)鋁合金材料的用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法的具體過(guò)程為(1)、按合金成分，進(jìn)行合金溶配，并澆鑄成合金錠。合金成分按質(zhì)量百分比計(jì)，Zn 10. 5 13. Owt %, Mg 2. 3 3. 2wt%, Cu 1. 2 1. 8wt%, Mn 0. 2 0. 3wt%, Cr 0. 2 0. 3wt%, Zr 0. 1 0. 2wt%, Sc 0. 1 0. 2wt%, Fe < 0. 05wt%, Si < 0. 05wt%，其余為 Al ；按合金成分，加燒損量，進(jìn)行母合金熔配；熔配合金的原材料分別為工業(yè)純Al (99.7% )，工業(yè)純Zn (99. 7 % )，工業(yè)純 Mg (99. 7% 電解銅(99. 97% ),分析純錳(99. 97 % ),分析純鉻(99. 97 % ),分析純鋯 (99. 97% )和分析純鈧(99. 97% )，如此選擇，可保證原料的純度是為了確保Fe和Si等雜 質(zhì)元素含量小于0. 05% ；錳、鉻、鋯、鈧在熔配之前，首先分別制成A1-10 % Mn、A1-10 % Cr、A1-10 % Zr、 Al-10% Sc中間合金，制備中間合金時(shí)采用真空感應(yīng)熔煉爐，鎂砂坩堝，錳、鉻、鋯或鈧與高 純Al —同放入坩堝，抽真空后充0. 5atm的氮?dú)獗Ｗo(hù)熔煉，熔煉溫度1100 1500°C，熔融態(tài) 保溫15分鐘，保證錳、鉻、鋯或鈧完全溶解到鋁液中，澆鑄到金屬型內(nèi)成小錠，并對(duì)小錠進(jìn) 行化學(xué)分析；配料時(shí)要考慮合金在熔配和噴射成形過(guò)程的元素?zé)龘p和揮發(fā)，特別是Zn和Mg要 重重點(diǎn)考慮，Zn、Mg元素很活潑，易燒損，在熔配時(shí)，一般考慮燒損為10%左右；噴射成形 時(shí)，熔化的過(guò)熱度較大，燒損和揮發(fā)也較嚴(yán)重，一般考慮為5 10% ；所以熔配時(shí)考慮的Zn 與Mg的總燒損量為15 % 20 %，其他可以不加燒損量，如要得到Al-12Zn-2. 3Mg_l. 5 % Cu-0. 2Mn-0. 2Cr噴射成形合金管，在配料時(shí)，需按Al-13. 2Zn_2. 7Mg_l. 5 % Cu-0. 2Mn-0. 2Cr成分比例計(jì)算； 合金熔配采用反射爐熔煉，沒有鐵坩堝，保證鐵含量低，采用水冷定向結(jié)晶器澆鑄 成錠，保證鑄錠間成分的均勻性；結(jié)晶得到的長(zhǎng)錠，去除兩端后成份分布均勻的部分，切割 成200mm的小錠，以備噴射成形使用；(2)、在惰性氣體保護(hù)的條件下，對(duì)上述合金錠進(jìn)行熔化、澆鑄轉(zhuǎn)移、霧化噴射、沉 積成形，制備出Φ 200 250mm的快速凝固坯錠；進(jìn)行噴射成形裝置抽真空，并充入0. 5atm的惰性氣體進(jìn)行保護(hù)(所述惰性氣體可 選擇氬氣)，在具有一定真空的惰性氣體保護(hù)氣氛下進(jìn)行母合金熔化；一定的真空可以確 保合金內(nèi)部的氣體排除，惰性氣體保護(hù)可防止合金元素氧化、燒損、形成氧化夾雜；熔化采 用鎂砂坩堝，感應(yīng)熔煉。速度快，具有電磁攪拌，污染少，成份溫度均勻；合金熔化后，升溫到770 790°C，然后進(jìn)行合金液的轉(zhuǎn)移，即將合金液澆鑄到具 有合適溫度的保溫坩堝內(nèi)，并開始霧化噴射沉積；合金轉(zhuǎn)移時(shí)坩堝翻轉(zhuǎn)速度為3 5度/ 秒，翻轉(zhuǎn)速度太慢容易出現(xiàn)斷流，導(dǎo)液管發(fā)生斷流時(shí)，容易堵塞；翻轉(zhuǎn)速度太快，金屬液容易 飛濺，損傷到設(shè)備其他部件；金屬液轉(zhuǎn)移時(shí)經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)系統(tǒng)，過(guò)濾網(wǎng)為3X3mm 5X5mm孔隙的A3鋼網(wǎng)3層， 起到過(guò)濾氧化皮的作用，防止氧化皮堵塞導(dǎo)液管；保溫坩堝預(yù)熱到720 750°C，為了確保溫度均勻，同時(shí)導(dǎo)液管處有足夠的溫度， 保溫坩堝到溫后應(yīng)保溫10 20分鐘；導(dǎo)液管為金屬?gòu)嫩釄辶鞒龅男〖?xì)管，金屬流出經(jīng)過(guò)導(dǎo)液管進(jìn)入霧化器的氣體流 場(chǎng)，被高速氣體霧化成細(xì)小霧滴，并被高速氣體噴吹而出，射向沉積器；導(dǎo)液管為BN陶瓷管，內(nèi)徑在2. 5 4. 5mm，根據(jù)熔煉溫度等進(jìn)行選擇；金屬霧滴被霧化后噴射而出，在氣體流場(chǎng)內(nèi)飛行，受到氣體的強(qiáng)制對(duì)流冷卻作用， 得到很大的冷卻速度，一般在103°C/s以上；在霧滴飛行的前方，距離在250 500mm處，放 置盤型沉積器，并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和下移運(yùn)動(dòng)；距離根據(jù)霧化效果確定，保證金屬霧滴冷卻到半固 態(tài)狀態(tài)；半固態(tài)金屬霧滴飛行過(guò)程中遇到設(shè)置的沉積器，將沉積粘接到沉積器表面，不斷地 沉積粘接，便可得到大塊的沉積坯錠。霧滴經(jīng)歷飛行冷卻和沉積沖擊變形過(guò)程，使得沉積坯 錠具有快速凝固組織特征，細(xì)小的等軸晶粒；為了得到好的形狀和冶金質(zhì)量，制備坯錠沉積的霧化、噴射沉積過(guò)程工藝參數(shù)必 須配合良好，優(yōu)化的工藝參數(shù)為熔煉溫度770°C ；保溫溫度750°C ；霧化壓力1. 2Mpa(從 圖1中保護(hù)氣體進(jìn)入管4內(nèi)的氣體進(jìn)入時(shí)的壓力)；導(dǎo)液管2的直徑3. 2mm ；噴射距離 370mm ；偏心距85mm ；噴射角度35度；擺動(dòng)角度5度；沉積器轉(zhuǎn)速60rpm ；沉積器移動(dòng)速 度0. 3lmm/s ；噴射 40kg 鋁合金，得到的坯錠 Φ230ι πιΧ230 250mm，25 28kg。(3)、進(jìn)行等溫鍛造預(yù)成形噴射成形得到的坯錠表面較粗糙，形狀也不是十分規(guī) 整，需要進(jìn)行扒皮和機(jī)加規(guī)整處理。扒皮和規(guī)整的原則是，表面沒有明顯的缺陷，防止再等 溫鍛造過(guò)程中，放生應(yīng)力集中而開裂；沉積坯錠加熱速率為10°C /min，400 420°C保溫6小時(shí)，然后進(jìn)行變形量在50% 左右(或50% 60%)的等溫自由鍛，墩粗3次，拔長(zhǎng)3次；最后利用模具等溫鍛成 272，Φ 131的環(huán)坯，鍛造速度lmm/s以下；等溫鍛坯加熱速率為10°C /min,400 425°C保溫6小時(shí)，然后進(jìn)行擠壓成形，沖 頭移動(dòng)速度為0.2 0.3mm/s。擠壓模具擠壓角為75度，擠壓比為20 1。(4)、采用擠壓模具進(jìn)行熱擠壓成形將得到環(huán)坯進(jìn)行熱擠壓制得預(yù)成形管坯；(5)、對(duì)上述預(yù)成形管坯進(jìn)行雙級(jí)固溶和時(shí)效處理，制備出可用于制備分離機(jī)內(nèi)筒 的管坯本發(fā)明的雙級(jí)固溶制度為(465°C 475°C ) Xlh+(480°C 490°C ) X Ih+淬火； 經(jīng)過(guò)雙級(jí)固溶，噴射成形過(guò)程和鍛造及擠壓過(guò)程所析出的相可以叫充分地回溶。固溶結(jié)束 后須將高溫管迅速至于水中淬火，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間(由爐腔到水內(nèi)的時(shí)間)應(yīng)不大于15秒， 淬火水溫在25 35°C之間。淬火時(shí)，管應(yīng)立著插入水中，防止管淬火變形和淬裂。本發(fā)明時(shí)效可以采用不同時(shí)效制度單級(jí)時(shí)效(110°C 120°C ) X14 17h，峰 時(shí)效在16小時(shí)左右(或16小時(shí) 17小時(shí))，或可采用雙級(jí)時(shí)效(110°C 120°C ) X 10 16h+(150 160°C ) X4 6h，得到合金的抗拉強(qiáng)度均超過(guò)760MPa。實(shí)施例實(shí)例1 :Α1-10· 21Zn-2. 76Mg_l. 4Cu_0. 2Μη_0· 2Cr_0. 15Zr 合金(實(shí)測(cè)管坯成份)噴射成形工藝參數(shù)熔煉溫度770°C ；保溫溫度750°C ；霧化壓力1. 2MPa ；導(dǎo)液 管直徑3. 2mm ；噴射距離370mm ；偏心距85mm ；噴射角度35度；擺動(dòng)角度5度；沉積器 轉(zhuǎn)速60rpm ；沉積器移動(dòng)速度0. 3lmm/s0噴射40kg鋁合金，得到的坯錠Φ 230mmX 230mm， 24kg。致密化和擠壓工藝沉積坯錠加熱速率為10°C /min,始鍛溫420°C保溫6小時(shí)，終 鍛溫高于380°C，然后進(jìn)行變形量在50%左右的等溫自由鍛，墩粗3次，拔長(zhǎng)3次；利用模具 等溫鍛成Φ外272，Φ 131的環(huán)坯，鍛造速度lmm/s以下。等溫鍛坯加熱速率為10°C/min，425°C保溫6小時(shí)，然后進(jìn)行擠壓成形，沖頭移動(dòng)速度為0. 2mm/s。擠壓模具擠壓角為75度， 擠壓比為20 1。熱處理工藝雙級(jí)固溶制度為470°C Xlh+485°C X Ih+淬火(水)；單級(jí)時(shí)效 120°C時(shí)效在14小時(shí)。性能σb = 786MPa, σ 0 2 = 776MPa, δ = 6· 7%。實(shí)例2 :Α1-10. 9Ζη-2· 58Mg_l. 4Cu_0. 2Μη_0· 2Cr_0. 15Zr 合金(實(shí)測(cè)管坯成份)噴射成形工藝參數(shù)熔煉溫度770°C ；保溫溫度750°C ；霧化壓力1. 2MPa ；導(dǎo)液 管直徑3. 2mm ；噴射距離370mm ；偏心距85mm ；噴射角度35度；擺動(dòng)角度5度；沉積器 轉(zhuǎn)速60rpm ；沉積器移動(dòng)速度0. 31mm/s。噴射40kg鋁合金，得到的坯錠Φ 230mmX 240mm， 26kg。致密化和擠壓工藝沉積坯錠加熱速率為10°C /min,始鍛溫420°C保溫6小時(shí)，終 鍛溫高于380°C，然后進(jìn)行變形量在50%左右的等溫自由鍛，墩粗3次，拔長(zhǎng)3次；利用模具 等溫鍛成Φ外272，Φ 131的環(huán)坯，鍛造速度lmm/s以下。等溫鍛坯加熱速率為10°C/min， 423°C保溫6小時(shí)，然后進(jìn)行擠壓成形，沖頭移動(dòng)速度為0. 2mm/s。擠壓模具擠壓角為75度， 擠壓比為20 1。熱處理工藝雙級(jí)固溶制度為470°C Xlh+485°C X Ih+淬火(水)；單級(jí)時(shí)效 120°C時(shí)效在16小時(shí)。性能σb = 809MPa, σ 0 2 = 784MPa, δ = 4· 7%。實(shí)例3 :Α1-10. 2Ζη-2· 67Mg_l. 7Cu_0. 2Zr-0. ISc 合金(實(shí)測(cè)管坯成份)噴射成形工藝參數(shù)熔煉溫度770°C ；保溫溫度750°C ；霧化壓力1. 2MPa ；導(dǎo)液 管直徑3. 2mm ；噴射距離370mm ；偏心距85mm ；噴射角度35度；擺動(dòng)角度5度；沉積器 轉(zhuǎn)速60rpm ；沉積器移動(dòng)速度0. 3lmm/s0噴射40kg鋁合金，得到的坯錠Φ 230mmX 250mm， 28kg。致密化和擠壓工藝沉積坯錠加熱速率為10°C /min,始鍛溫420°C保溫6小時(shí)，終 鍛溫高于380°C，然后進(jìn)行變形量在50%左右的等溫自由鍛，墩粗3次，拔長(zhǎng)3次；利用模具 等溫鍛成Φ外272，Φ 131的環(huán)坯，鍛造速度lmm/s以下。等溫鍛坯加熱速率為10°C/min， 425°C保溫6小時(shí)，然后進(jìn)行擠壓成形，沖頭移動(dòng)速度為0. 2-0. 3mm/s。擠壓模具擠壓角為 75度，擠壓比為20 1。熱處理工藝雙級(jí)固溶制度為465°C Xlh+480°C X Ih+淬火(水)；單級(jí)時(shí)效 120°C時(shí)效在16小時(shí)。性能σb = 769MPa, σ 0 2 = 729MPa, δ = 13. 4%。
權(quán)利要求
1.一種超高強(qiáng)鋁合金材料，其特征在于所述超高強(qiáng)鋁合金材料為Al-Zn-Mg-Cu系合 金材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，該合金的化學(xué)成分為Zn 10. 5 13. 0wt%, Mg 2. 3 3. 2wt%, Cu 1. 2 1. 8wt%, Mn 0. 2 0. 3wt%, Cr 0. 2 0. 3wt%, Zr 0. 1 0. 2wt%, Sc 0. 1 0. 2wt%, Fe < 0. 05wt%, Si < 0. 05wt%，其余為 Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高強(qiáng)鋁合金材料，其特征在于Zn的含量為llwt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超高強(qiáng)鋁合金材料，其特征在于Zn和Mg含量總和為 13. 7wt%。
4.一種基于權(quán)利要求1所述材料的用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法，其特征在 于，所述方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、合金溶配并澆鑄成合金錠按權(quán)利要求1所述的合金成分，進(jìn)行合金溶配，并 澆鑄成合金錠，具體過(guò)程如下步驟一(一)、選擇熔配合金的原材料分別為工業(yè)純Al(99.7 % )、工業(yè)純 Zn(99. 7% )、工業(yè)純Mg(99. 7% )、電解銅(99.97 % )、分析純錳(99.97% )、分析純鉻 (99. 97% )、分析純鋯(99. 97% )和分析純鈧(99. 97% )；步驟一(二)、錳、鉻、鋯、鈧在熔配之前，首先分別制成Al-10% Mn中間合金、Al-10% Cr中間合金、Al-10% Zr中間合金、Al_10% Sc中間合金；步驟一(三)、配料時(shí)考慮合金在熔配和噴射成形過(guò)程中Zn和Mg元素?zé)龘p和揮發(fā)，在 熔配時(shí)，考慮Zn和Mg的總燒損為10% ；噴射成形時(shí)，熔化的過(guò)熱度較大，燒損和揮發(fā)也較 嚴(yán)重，考慮Zn和Mg的總燒損為5 10% ；所以在熔配和噴射成形過(guò)程中，考慮的Zn與Mg 的總燒損量為15 20% ；步驟一(四)、完成上述步驟后，合金熔配采用反射爐熔煉，并采用水冷定向結(jié)晶器澆 鑄成錠，以保證鑄錠間成分的均勻性；結(jié)晶得到的長(zhǎng)錠，去除兩端后成份分布均勻的部分， 切割成200mm的合金錠，以備噴射成形使用；步驟二、在惰性氣體保護(hù)的條件下，對(duì)上述合金錠進(jìn)行熔化、澆鑄轉(zhuǎn)移、霧化噴射、沉積 成形，制備出小200 250mm的快速凝固坯錠，具體過(guò)程如下步驟二( 一 )、將噴射成形裝置抽真空，并充入0. 5atm的惰性氣體進(jìn)行保護(hù)，在具有一 定真空的惰性氣體保護(hù)氣氛下進(jìn)行母合金熔化；步驟二( 二)、合金熔化后，升溫到770 790°C，然后進(jìn)行合金液的轉(zhuǎn)移，即將合金 液澆鑄到具有合適溫度的保溫坩堝內(nèi)，并開始霧化噴射沉積；合金轉(zhuǎn)移時(shí)坩堝翻轉(zhuǎn)速度為 3 5度/秒；所述具有合適溫度的保溫坩堝是指保溫坩堝預(yù)熱到720 750°C，并保溫 10 20分鐘；步驟二(三)、金屬液轉(zhuǎn)移時(shí)先經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)濾；步驟二(四)、合金液經(jīng)過(guò)坩堝的導(dǎo)液管進(jìn)入霧化器的氣體流場(chǎng)，被高速氣體霧化成細(xì) 小霧滴，并被高速氣體噴吹而出，射向沉積器；最終得到快速凝固坯錠； 步驟三、進(jìn)行等溫鍛造預(yù)成形，具體過(guò)程為將快速凝固坯錠以10°c /min的加熱速率加熱至400 420°C并保溫6小時(shí)，然后進(jìn)行 變形量為50% 60%的等溫自由鍛，墩粗3次，拔長(zhǎng)3次；最后利用模具等溫鍛成 #272， 小內(nèi)131的環(huán)坯，鍛造速度為lmm/s以下；步驟四、采用擠壓模具進(jìn)行熱擠壓成形將得到環(huán)坯進(jìn)行熱擠壓制得預(yù)成形管坯；步驟五、對(duì)步驟四得到的預(yù)成形管坯進(jìn)行雙級(jí)固溶和時(shí)效處理，制備出可用于制備分 離機(jī)內(nèi)筒的管坯上述雙級(jí)固溶制度為(465°C 475°C ) X lh+(480°C 490°C ) X lh+淬火；淬火轉(zhuǎn)移 時(shí)間應(yīng)不大于15秒，淬火水溫在25 35°C之間；上述時(shí)效處理是指采用單級(jí)時(shí)效(110°C 120°C ) X (14 17)h，峰時(shí)效在16 17 小時(shí)；或采用雙級(jí)時(shí)效(110°C 120°C ) X (10 16)h+(150 160°C ) X (4 6)h，均可 得到抗拉強(qiáng)度超過(guò)760MPa的管坯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法，其特征在于步驟 二(三)中，采用三層過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，所述過(guò)濾網(wǎng)是孔隙為3X 3mm 5X 5mm的A3鋼網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法，其特征在于步驟 二中的具體工藝參數(shù)為熔煉溫度770°C ；保溫溫度750°C ；霧化壓力1. 2MPa ；導(dǎo)液管直 徑3. 2mm ；噴射距離370mm ；偏心距85mm ；噴射角度35度；擺動(dòng)角度5度；沉積器轉(zhuǎn)速 60rpm ；沉積器移動(dòng)速度0. 31mm/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法，其特征在于在步 驟三中，等溫鍛坯加熱速率為10°C/min，400 425°C保溫6小時(shí)，然后進(jìn)行擠壓成形，沖頭 移動(dòng)速度為0. 2 0. 3mm/So
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法，其特征在于在步 驟四中，控制擠壓模具擠壓角為75度，擠壓比為20 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法，其特征在于在步 驟二中，所述惰性氣體為氬氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法，其特征在于在步 驟二(二)中，將保溫坩堝預(yù)熱到730°C，并保溫15分鐘。
全文摘要
超高強(qiáng)鋁合金材料及用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯的制備方法，屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有的鋁合金材料的抗拉強(qiáng)度較低以及用現(xiàn)有的鋁合金材料制備出的分離機(jī)內(nèi)筒無(wú)法滿足分離機(jī)以高轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間工作的要求。技術(shù)要點(diǎn)合金成分為Zn 10.5～13.0wt％，Mg 2.3～3.2wt％，Cu 1.2～1.8wt％，Mn 0.2～0.3wt％，Cr 0.2～0.3wt％，Zr 0.1～0.2wt％，Sc 0.1～0.2wt％，F(xiàn)e＜0.05wt％，Si＜0.05wt％，其余為Al。所述管坯的制備方法包括以下步驟合金溶配并澆鑄成合金錠；對(duì)合金錠進(jìn)行熔化、澆鑄轉(zhuǎn)移、霧化噴射、沉積成形，制備出快速凝固坯錠；進(jìn)行等溫鍛造預(yù)成形；采用擠壓模具進(jìn)行熱擠壓成形；對(duì)預(yù)成形管坯進(jìn)行雙級(jí)固溶和時(shí)效處理進(jìn)而制備出可用于制備分離機(jī)內(nèi)筒的管坯。本發(fā)明適于制備以8000～10000rpm轉(zhuǎn)速長(zhǎng)時(shí)間工作的離心分離機(jī)內(nèi)筒。
文檔編號(hào)C22F1/053GK102002615SQ201010514438
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者孫劍飛, 寧志良, 曹福洋, 賈延?xùn)|, 趙文軍, 郭舒 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)