專利名稱：壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法
專利說明壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法 技術領域：
本發明涉及金屬材料的加工工藝，特別涉及壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法。
背景技術：
鋁鈦硼合金是全球范圍內鋁材加工中普遍使用并且最為有效的細化鋁及鋁合金凝固晶粒的中間合金。鋁鈦硼合金的晶粒細化能力是決定鋁加工材品質好壞的重要因素之一，鋁鈦硼合金的晶粒細化能力越高，則鋁加工材的屈服強度越高、壓延塑性越好、韌脆轉變溫度越低，反之鋁加工材品質越差，這一點在鋁加工材應用于航空航天上時體現得更加明顯。為此，各鋁鈦硼合金的生產企業和研究機構都在大力加強鋁鈦硼合金晶粒細化能力的研究，美國鋁業協會還特別規定晶粒細化能力值AA(以下簡稱AA值)，AA值是度量鋁鈦硼合金晶粒細化能力高低的數量值，AA值越小表示鋁鈦硼合金細化鋁及鋁合金晶粒的能力越強，即添加AA值越小的鋁鈦硼合金后制成的鋁及鋁合金的晶粒越細小，AA值由最先的250逐漸降為130。現有鋁鈦硼合金加工技術中，普遍注重材料組分、熔煉工藝等方面的研究，而忽略了鋁鈦硼合金在軋制壓力加工過程中的質量控制；壓力加工包括軋機軋制和鑄擠機擠壓兩種，目前片面地認為壓力加工對鋁鈦硼合金的晶粒細化能力無影響，也不知道壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比、壓力加工前后的溫差、出口線速度、機架數與鋁鈦硼合金晶粒細化能力變化量的關系，只是憑經驗控制壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比、壓力加工前后的溫差等，沒有建立一套可定量優化控制的技術方法。
發明內容
本發明提供一種采用協調調整鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比、壓力加工前后的溫度差、出口線速度、機架數等壓力加工參數，從而精確控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量的方法，解決目前存在的不能定量與優化控制鋁鈦硼合金壓力加工參數的問題以及由此帶來的鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化的技術問題。
本發明解決現有的技術問題所采用的技術方案為提供一種壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法，所述方法包括 A.首先建立鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA與鋁鈦硼合金壓力加工過程中加工參數的函數關系，即 ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n) 其中ΔAA＝AA1-AA2，AA1為鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細化能力值，AA2為鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細化能力值，K為常數，D為鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比，S1為鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積，S2為鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積，ΔT為鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差，V為出口線速度，n為機架數； B.通過協調調整加工參數D、V、ΔT和n以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA。
在鋁鈦硼合金的制造中有一個國際標準，即最終輸出的鋁鈦硼合金產品的直徑為9.5mm，即截面積為70.8mm2。所述函數關系ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)既能應用在制造鋁鈦硼合金的軋機中也能應用在制造鋁鈦硼合金的鑄擠機中，所述函數關系既符合單一機架的計算，也符合多個機架的總計算，同時也符合多個機架中最后一個機架的計算。
本發明更進一步的改進是，所述1m/s≤V≤30m/s。
相較于現有技術，本發明的有益效果是本發明克服了傳統鋁鈦硼合金壓力加工過程中不能定量優化技術參數的缺陷，證明對加工參數的控制可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量，晶粒細化能力的變化量越大，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細化能力值AA一定時，則鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細化能力值AA越小，鋁鈦硼合金細化鋁及鋁合金晶粒的能力就越強。
圖1為本發明應用壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法的連鑄連軋生產工藝的結構示意圖； 圖2為本發明應用壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法的連鑄連擠生產工藝的結構示意圖； 圖3為本發明應用壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法的軋機的單機架結構示意圖； 圖4為本發明應用壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法的鑄擠機的結構示意圖。
圖1至圖4中有關部位名稱為坩堝10、結晶輪20、軋機30、軋輥31、鑄擠機40、冷卻液50。
具體實施方式
本案申請人經過長期實驗摸索后得出結論，在鋁鈦硼合金壓力加工過程中，壓力加工參數將直接影響到鋁鈦硼合金的晶粒細化能力。為此，本申請人通過進口連鑄連軋設備、申請人自產的連鑄連軋設備、申請人自產的連鑄連擠設備進行實驗，摸索出壓力加工參數與鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA之間的關系；以下為本申請人在實驗中得到的部分實驗數據列表 表1
在鋁鈦硼合金制造中有一個國際標準，即最終輸出的鋁鈦硼合金產品的直徑為9.5mm、即截面積為70.8mm2。表1為使用連鑄連軋設備得出的實驗數據，連鑄連軋設備包括軋機30、冷卻壓力加工過程中的鋁鈦硼合金的冷卻模塊、冷卻模塊包括檢測鋁鈦硼合金壓力加工前后溫度的測溫器。鋁鈦硼合金通過軋機30的兩個軋輥31配合軋機完成壓力加工，鋁鈦硼合金在壓力加工前、后和壓力加工過程中都是固態。在壓力加工中，存在著兩個溫度節點，即受壓前和解壓后；在軋機30的壓力加工過程中，鋁鈦硼合金在受壓前的瞬間溫度和輸入溫度近似相等，解壓后的瞬間溫度和輸出溫度近似相等，因此，在軋機30上檢測鋁鈦硼合金壓力加工前、后兩點的溫度較為方便。
圖1為應用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量的方法的連鑄連軋生產工藝的結構示意圖，從坩堝10出來的鋁鈦硼合金熔體經過結晶輪20形成鋁鈦硼合金棒，然后棒狀的鋁鈦硼合金進入軋機30壓力加工。軋機30的機架數n可以為3、4、5、6、7、8、9、10。如圖1所示，軋機30中的機架數n為10。如圖3所示，軋機30中的軋輥31能承受鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積S1，并能調節軋輥31使得滿足鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積S2。測溫器至少有兩個，分別檢測鋁鈦硼合金軋制壓力加工前、后的溫度，鋁鈦硼合金壓力加工前的溫度為300-450℃，鋁鈦硼合金經過軋機30后溫度會升高，冷卻模塊噴灑冷卻液在軋機30的軋輥31和軋制中的鋁鈦硼合金上；通過控制冷卻液50的流量使得鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差ΔT控制在一個合理的范圍，冷卻液50可以是水；最后鋁鈦硼合金從軋機30出來后形成鋁鈦硼合金桿。
從表1使用連鑄連軋設備得出的實驗數據中，申請人經過反復研究和總結后得到的壓力加工參數與鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA之間的函數關系為ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n) 其中ΔAA＝AA1-AA2，AA1為鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細化能力值，AA2為鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細化能力值，K為常數，通過表1數值計算得出K為7.55，D為鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比，S1為鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積，S2為鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積，ΔT為鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差，V為出口線速度，ΔT和V有函數關系V＝3ΔT-6，V≥1m/s、且出口線速度V目前能達到的最大值為30m/s，n為機架數。
所述函數關系ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)符合軋機的多個機架的總計算，也符合軋機的單一機架的計算，如符合軋機的最后一個機架的計算；當n＝1時，必定指的是最后一個機架的計算，最后一個機架中輸出的鋁鈦硼合金產品的截面積為70.8mm2。
表2
在鋁鈦硼合金的制造中有一個國際標準，即最終輸出的鋁鈦硼合金產品的直徑為9.5mm，即截面積為70.8mm2。表2為使用申請人自產的連鑄連擠設備得出的實驗數據。連鑄連擠設備包括鑄擠機40、冷卻壓力加工過程中的鋁鈦硼合金的冷卻模塊、冷卻模塊包括檢測鋁鈦硼合金壓力加工前后溫度的測溫器。鋁鈦硼合金通過在鑄擠機40的一個輥內部完成壓力加工，鋁鈦硼合金在壓力加工前、后是固態，在壓力加工過程中是半固態。在壓力加工中，存在著兩個溫度節點，即受壓前和解壓后；在鑄擠機40的壓力加工中，鋁鈦硼合金在受壓前的瞬間溫度為摩擦起熱點的溫度，解壓后的瞬間溫度為從鑄擠機40擠出來時的溫度，因此，要注意在鑄擠機40上檢測鋁鈦硼合金壓力加工前、后兩點的溫度的準確性。
圖2為應用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量的方法的連鑄連擠生產工藝的結構示意圖，從坩堝10出來的鋁鈦硼合金熔體經過結晶輪20形成鋁鈦硼合金棒，然后棒狀的鋁鈦硼合金經過鑄擠機40的壓力加工，鑄擠機40的機架數n如圖2所示為1，如圖4所示，鑄擠機40能承受鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積S1，并能調節使得滿足鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積S2。測溫器至少有兩個、分別檢測鋁鈦硼合金壓力加工前、后的溫度，鋁鈦硼合金經過在鑄擠機40里加工時溫度會升高使得鋁鈦硼合金呈半流態，冷卻模塊噴灑冷卻液到鑄擠機40的輥內部，通過控制冷卻液的流量使得鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差ΔT控制在一個合理的范圍，冷卻液可以是水；最后鋁鈦硼合金從鑄擠機40擠出來形成鋁鈦硼合金桿。
從表2使用連鑄連擠設備得出的實驗數據中，申請人經過反復研究和總結后得到的壓力加工參數與鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA之間的函數關系為ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n) 其中ΔAA＝AA1-AA2，AA1為鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細化能力值，AA2為鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細化能力值，K為常數，通過表1數值計算得出K為7.55；D為鋁鈦硼合金壓力加工前后截面積之比亦即壓縮比，S1為鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積，S2為鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積，ΔT為鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差，V為出口線速度，n為機架數，n＝1。
所述函數關系ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)符合鑄擠機的單一機架的計算，當n＝1時，必定指的是最后一個機架的計算，最后一個機架中輸出鋁鈦硼合金產品的截面積為70.8mm2。
由此，申請人找到了這種壓力加工中精確控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量的方法，這個方法包括首先建立鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA與鋁鈦硼合金壓力加工過程中加工參數D、V、ΔT和n的函數關系，然后通過協調調整加工參數D、V、ΔT和n以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA。
本發明克服了傳統鋁鈦硼合金壓力加工過程中不能定量優化技術參數的缺陷，證明對加工參數的控制可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量，晶粒細化能力的變化量越大，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細化能力值AA一定時，則鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細化能力值AA越小，鋁鈦硼合金細化鋁及鋁合金晶粒的能力就越強。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法，其特征在于所述方法包括
A.首先建立鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA與鋁鈦硼合金壓力加工過程中加工參數的函數關系，即
ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)
其中K為常數，S1為鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積，S2為鋁鈦硼合金壓力加工后的截面積，ΔT為鋁鈦硼合金壓力加工前后的溫度差，V為出口線速度，n為機架數；
B.通過協調調整加工參數D、V、ΔT和n以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA。
2.根據權利要求1所述的壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法，其特征在于所述1m/s≤V≤30m/s。
全文摘要
本發明提供一種壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細化能力的變化量的方法，這個方法包括首先建立鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA與鋁鈦硼合金壓力加工過程中加工參數D、V、ΔT和n的函數關系，然后通過協調調整加工參數D、V、ΔT和n以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量ΔAA。本發明克服了傳統鋁鈦硼合金壓力加工過程中不能定量優化技術參數的缺陷，證明對加工參數的控制可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細化能力的變化量，晶粒細化能力的變化量越大，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細化能力值AA一定時，則鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細化能力值AA越小，鋁鈦硼合金細化鋁及鋁合金晶粒的能力就越強。
文檔編號C22F1/04GK101775564SQ20101011005
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者張新明, 陳學敏, 李建國, 劉超文, 李賽毅 申請人:新星化工冶金材料(深圳)有限公司