鋁合金大直徑薄壁無縫管材的研究

鋁合金大直徑薄壁無縫管材的研究

5002鋁合金是al-mg系統(tǒng)的平均強(qiáng)度鋁。它具有良好的成形性能、焊接性能和耐腐蝕性，適合在壓力下加工形成。該合金管材主要用于制造氣體分流行業(yè)導(dǎo)流管。本試驗(yàn)采用同水平熱頂半連續(xù)鑄造空心圓錠,經(jīng)均質(zhì)、鋸切、車皮、鏜孔后,制成規(guī)格為ue788Φ448mm×ue788Φ261mm×Φ750mm鑄錠(需特殊加工)。鑄錠在德國西馬克雙動(dòng)反向油壓機(jī)上經(jīng)熱擠壓成形,通過張力矯直、退火至成品管材,其規(guī)格為ue788Φ260mm×5mm。由于用戶要求的這種管材為非標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)格熱擠壓無縫管材,所以大規(guī)格空心錠的鑄造、鑄錠的特殊加工、熱擠壓、成品退火等是該試驗(yàn)的關(guān)鍵工序。1試驗(yàn)計(jì)劃1.1鑄錠規(guī)格設(shè)計(jì)試驗(yàn)用的5052鋁合金化學(xué)成分見表1。用20塊規(guī)格為Φue788448mm×ue788Φ261mm×750mm(需特殊加工)的鑄錠。1.2均質(zhì)爐、擠壓設(shè)備(1)鑄造選用同水平熱頂半連續(xù)鑄造25t鑄造機(jī)。鑄造盤結(jié)晶器外徑ue788Φ460mm,內(nèi)徑ue788Φ242mm。鑄錠的外徑ue788Φ456mm,內(nèi)徑ue788Φ238mm。(2)均勻化退火選用25t均質(zhì)爐。(3)鏜孔選用全自動(dòng)高速鏜孔機(jī),扒皮選用W6150車床。鏜孔扒皮后坯料規(guī)格:外徑ue788Φ448mm,內(nèi)徑ue788Φ261mm。(4)熱擠壓選用德國西馬克55MN雙動(dòng)反向油壓機(jī)。擠壓筒直徑ue788Φ460mm;大針直徑ue788Φ255mm;針尖直徑ue788Φ252.5mm;母模直徑ue788Φ263mm。擠壓管材規(guī)格ue788Φ260mm×5mm。(5)成品退火選用6m箱式退火爐。1.3車間刻前檢驗(yàn)生產(chǎn)工藝流程為:熔煉→鑄造→均火→鋸切→鏜孔→扒皮→加熱→擠壓→張力矯直→取樣切成品→成品檢驗(yàn)→成品退火→退火后復(fù)驗(yàn)→包裝入庫。2試驗(yàn)過程和結(jié)果分析2.1工藝與鑄造工藝、鑄造主軸的特殊加工2.1.1鑄造時(shí)的表面處理鑄造溫度680℃~710℃,鑄造速度70mm/min~80mm/min,內(nèi)水壓0.04MPa~0.06MPa,外水壓0.08MPa~0.12MPa,鑄造時(shí)進(jìn)行鋪底和回火處理,以減小鑄錠的裂紋傾向性。2.1.2均勻化退火、低倍檢測(cè)鑄錠經(jīng)過充分的均勻化退火,可以使鑄錠的非平衡共晶組織減少,過飽和固溶元素從固溶體中析出,減小合金高溫?cái)D壓時(shí)的變形抗力,消除鑄造應(yīng)力,減小擠壓力,提高鑄錠的可擠壓性和塑性［1］。為達(dá)到以上效果,采用中溫均勻化退火,均勻化退火溫度470℃~475℃,保溫24h~28h,加熱到金屬溫度后計(jì)算保溫時(shí)間,空冷。經(jīng)低倍檢測(cè),晶粒度、疏松為1級(jí),無其他缺陷,完全符合GB/T3246.2-2000低倍檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。低倍組織如圖1所示。2.1.3壓壓機(jī)鑄錠的校核擠壓針?biāo)苣Σ晾閿D壓針圓柱部、針尖圓錐面、針尖圓柱部所受摩擦力之和減去針尖圓錐面所受正壓力水平分量。因擠壓針直徑過大,為減小擠壓時(shí)擠壓針?biāo)艿哪Σ晾?使用最短長(zhǎng)度(750mm)的鑄錠進(jìn)行擠壓(德國西馬克產(chǎn)的55MN雙動(dòng)反向油壓機(jī)的設(shè)備所允許最短長(zhǎng)度),通過減小擠壓填充后鑄錠與擠壓針的有效接觸面積來減小擠壓針?biāo)艿哪Σ晾?。通過對(duì)擠壓力的校核,最大擠壓力小于油壓機(jī)額定值;而通過對(duì)擠壓針與針支撐連接處螺紋部位的強(qiáng)度校核,其拉力值超出所能承受的最大值。為此,在保證客戶要求的5m~6m交貨長(zhǎng)度以及提高成品率的前提下,對(duì)鑄錠進(jìn)行特殊加工,如圖2所示。在后續(xù)擠壓階段達(dá)到了減小擠壓針摩擦拉力的效果。2.2壓迫生產(chǎn)工藝2.2.1數(shù)據(jù)表及總體規(guī)劃設(shè)計(jì)選用55MN擠壓機(jī)進(jìn)行生產(chǎn),擠壓系數(shù)28.73。為減小擠壓時(shí)金屬的變形抗力,在保證鑄錠不過燒的情況下,盡量提高鑄錠溫度,擠壓工藝參數(shù)見表2。2.2.2輻射加熱方法生產(chǎn)該產(chǎn)品使用的擠壓針直徑為ue788Φ255mm,長(zhǎng)度2075mm。因其直徑過大,若先將擠壓針安裝在擠壓機(jī)上采用天然氣烘烤加熱,擠壓針加熱不均而產(chǎn)生局部過熱,導(dǎo)致擠壓針強(qiáng)度降低。若采用先將擠壓針加熱,又不便于安裝,還會(huì)在安裝過程中產(chǎn)生溫降,阻礙與擠壓針接觸的金屬流動(dòng),使擠壓力增加。基于上述情況,決定采用擠壓筒輻射加熱方法,即將擠壓針置于擠壓軸、模軸和擠壓筒的密閉空間內(nèi),依靠擠壓筒的溫度進(jìn)行輻射加熱,保溫48h,使擠壓針加熱到380℃以上,并確保其加熱的均勻性。但擠壓針的溫度仍低于正常擠壓所要求的溫度(430℃~450℃)。為進(jìn)一步提高擠壓針的溫度,第一次選用高溫變形抗力較小的6×××系鋁合金錠試生產(chǎn)后,再采用特殊加工鑄錠進(jìn)行正常擠壓生產(chǎn)。擠壓時(shí)模具和擠壓墊均采用氮化硼潤(rùn)滑,防止粘鋁。擠壓針采用石墨油潤(rùn)滑,降低擠壓時(shí)金屬流動(dòng)過程中對(duì)擠壓針的摩擦拉力。2.2.3采用輥式矯直因該產(chǎn)品規(guī)格為Φ260mm×5mm,因其徑厚比超過50∶1,若采用輥式矯直,會(huì)影響管材外表面的矯直質(zhì)量。所以采用張力矯直。制作特殊楔形塞頭,塞頭制作一環(huán)形溝槽,便于拔出。張力矯直效果良好,可滿足成品直線度。2.3試驗(yàn)結(jié)果的分析2.3.1mm,32mm共隨機(jī)抽取5組數(shù)據(jù),從表3可以看出,擠壓時(shí)擠壓力在31MN~39MN之間,小于額定擠壓力;擠壓針?biāo)艿哪Σ晾υ?.8MN~9.2MN之間,小于擠壓針與針支撐連接處的螺紋部位所能承受的11MN的最大拉力值,在其所能承受的最大強(qiáng)度值之內(nèi)是安全的。2.3.2計(jì)算偏心率q在德國西馬克產(chǎn)55MN雙動(dòng)反向油壓機(jī)擠壓20根規(guī)格為ue788Φ260mm×5mm的管材,測(cè)量壁厚,按(1)式計(jì)算偏心率Q,結(jié)果見表4。Q—管材偏心率從表4中可見,偏心率最大的為11號(hào)樣品(6.1%),最小的為6號(hào)樣品(1.99%)。95%樣品的偏心率小于5%,按GB/T4436-1995擠壓圓管高精級(jí)任一壁厚與平均壁厚允許偏差的要求,其偏心率在10%之內(nèi)就為合格?？梢娨陨?0個(gè)試樣均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高精級(jí)的要求。2.3.3標(biāo)準(zhǔn)值5052-O鋁合金Φue788260mm×5mm管材的力學(xué)性能見表5。根據(jù)GB/T4437.1-2000的標(biāo)準(zhǔn)值為:抗拉強(qiáng)度170N/mm2~240N/mm2,屈服強(qiáng)度不小于70N/mm2,伸長(zhǎng)率無要求。表5中性能指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。成品退火溫度:金屬溫度345℃~355℃,保溫時(shí)間1.5h,退火后取1個(gè)試樣做高倍觀察,見圖3,金相顯微組織為再結(jié)晶組織。2.3.4幾何廢水及技術(shù)配方該產(chǎn)品的交貨長(zhǎng)度為5m~6m,經(jīng)計(jì)算,其幾何廢料為21.5%,技術(shù)廢料為4.5%,成品率為74%。減小技術(shù)廢料的可能性不大,只能盡量減小幾何廢料,若按亂尺交貨可大大提高成品率。3成品鋼管的力學(xué)性能(1)通過對(duì)5052鋁合金鑄錠的特殊加工和制定合理的擠壓工藝參數(shù),保證了擠壓針與針支撐連接處螺紋部位強(qiáng)度在安全值之內(nèi),但鑄錠的特殊加工不僅耗時(shí),而且增加幾何廢料,不適于批量生產(chǎn)。(2)用德國西馬克產(chǎn)55MN雙動(dòng)反向油