[发明专利]一种高精度薄壁纯铝或铝合金管材的加工工艺

说明书

本发明的目的是针对高精度铝管或铝合金管传统挤压生产工艺存在的尺寸精度和成材率低的问题，以及水平连铸存在的壁厚均匀性较差、容易粘模等问题，提出一种高精度薄壁纯铝或铝合金管材的加工工艺，该方法采用立式连铸技术制备高精度薄壁纯铝管坯或铝合金管坯，通过控制连铸成型时使固液界面位置处于热型段和冷型段的过渡区，使成型后管坯获得具有很高的内外表面质量、沿连铸方向高取向度的柱状晶组织，利于后续轧制、拉拔等冷加工的轴向延伸变形，可以不经铣面直接对连铸管坯进行大变形冷加工成形，实现高精度薄壁纯铝管材或铝合金管材短流程生产，解决传统高精度薄壁纯铝管材或铝合金管材工艺投资大、流程长、成材率低、成本高等问题。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种高精度薄壁纯铝或铝合金管材的加工工艺。

背景技术

高精度薄壁铝管具有密度小、耐腐蚀、比强度高等优点，使其成为航空航天、武器装备、交通运输等领域良好的结构材料。铝材作为仅次于钢材的第二大金属材料，随着现代航空航天、海洋工程、机械制造等技术的飞速发展，对铝制管材的要求不断增加和提升，高精度薄壁成为管材的主要发展趋势之一。高精度铝管的主要特点是表面和尺寸精度要求高，例如：管材内表面不允许有任何轻微的擦伤、划道及其他表面缺陷；内径只允许正偏差，且偏差允许范围远小于正常的压力加工范围，满足机械加工的高精度。

目前，高精度薄壁铝管的主要生产工艺采用传统的“半连续实心或空心铸锭——热挤压——二次挤压——管坯毛料——冷轧或/和拉拔”。但工艺存在的问题是：受铸锭质量的影响，铸锭内存在的气孔、夹杂等缺陷在挤压过程中很难消除，继而影响管材的表面质量；受挤压工艺的限制，管坯表面产生起皮、拉痕等缺陷，消除难度大；受管坯表面质量橘皮、微裂纹、褶皱等的影响，后续冷成形加工需进行刮皮修理。由于上述问题，一方面生产工艺流程长、工艺投资大、成材率低，难以满足实际需求；另一方面，管坯的表面质量受铸锭、挤压等工艺的影响，产生的缺陷难以有效的消除，严重影响管材的表面质量和加工性能。

研究和开发高效、节能、短流程的加工技术，促使铝加工向高精薄壁化、控制自动化方向发展是铝制管材近年来研究开发的重点和方向。为提高管材的表面质量，通过改进模具结构或挤压方式，增加旋压工艺对管材表面进行精整加工生产管材[见：柴国强等，一种高精度大尺寸薄壁铝合金管材旋压方法，中国发明专利，CN201510831624.2]，管材的表面质量得到提高，但该制备工艺仍存在的生产投资大、生产流程长等问题，同时只适合小批量生产高精度纯铝管材，大规模工业生产需要难以满足。

通过热冷组合铸型水平连铸工艺生产管坯，经过冷成形加工高效短流程生产的铜及纯铝管材[见：谢建新等，铜及铜合金精密管材短流程制备工艺，中国发明专利，ZL200710065281.9，2009-06-10]，具有强轴向取向、高表面质量、薄壁高精度等特点。但水平连铸工艺存在一个共性问题是，由于管材自重和凝固收缩等因素，管材与外模之间形成不均匀的气隙，造成管材周向传热不均匀的问题[见：姜雁斌等，冷型热阻角对HCCM水平连铸BFe10-1-1管材周向组织和力学性能均匀性的影响. 中国有色金属学报. 2014,24（9）：2322-2332]，这种传热不均匀会引起水平连铸管坯的壁厚不均匀，从而难以生产对壁厚均匀性要求很高的高精度管材。另一方面，与铜和铜合金相比，纯铝凝固时的收缩率较大，而且硬度较低，在连铸过程中与模具易发生粘黏现象，容易产生冷隔、拉痕等各种缺陷。

发明内容

本发明的目的是解决传统高精度薄壁纯铝管材工艺投资大、流程长、成材率低、成本高等问题。利用立式连铸周向传热均匀的特点，可使管坯壁厚均匀，解决水平连铸和挤压工艺壁厚不均匀的问题；通过采用特殊结构的外模，其铸型内表面经过特殊的涂层处理，从而解决铝液与铸型表面粘黏的问题；通过采用冷型段较短的外模，并配合较强的二次冷却，提高连铸的温度梯度，解决铝凝固时收缩率较大的问题的一种高精度薄壁纯铝或铝合金管材的加工工艺。

本发明的技术方案是：一种高精度薄壁纯铝或铝合金管材的加工工艺，其特征在于，所述工艺具体包括以下步骤：