專利名稱：壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細(xì)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(xì)化能力的變化量的方法 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(xì)化能力的變化量的方法。
背景技術(shù)：
鋁鈦硼合金是全球范圍內(nèi)鋁材加工中普遍使用并且最為有效的細(xì)化鋁及鋁合金凝固晶粒的中間合金。鋁鈦硼合金的晶粒細(xì)化能力是決定鋁加工材品質(zhì)好壞的重要因素之一，鋁鈦硼合金的晶粒細(xì)化能力越高，則鋁加工材的屈服強(qiáng)度越高、壓延塑性越好、韌脆轉(zhuǎn)變溫度越低，反之鋁加工材品質(zhì)越差，這一點在鋁加工材應(yīng)用于航空航天上時體現(xiàn)得更加明顯。為此，各鋁鈦硼合金的生產(chǎn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)都在大力加強(qiáng)鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的研究，美國鋁業(yè)協(xié)會還特別規(guī)定晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A(以下簡稱AA值)，AA值是度量鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力高低的數(shù)量值，AA值越小表示鋁鈦硼合金細(xì)化鋁及鋁合金晶粒的能力越強(qiáng)，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(xì)小，AA值由最先的250逐漸降為130?，F(xiàn)有鋁鈦硼合金加工技術(shù)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(zhì)量控制；壓力加工包括軋機(jī)軋制和鑄擠機(jī)擠壓兩種，目前片面地認(rèn)為壓力加工對鋁鈦硼合金的晶粒細(xì)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(jī)架數(shù)與鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力變化量的關(guān)系，只是憑經(jīng)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(yōu)化控制的技術(shù)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種采用協(xié)調(diào)調(diào)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(jī)架數(shù)等壓力加工參數(shù)，從而精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法，解決目前存在的不能定量與優(yōu)化控制鋁鈦硼合金壓力加工參數(shù)的問題以及由此帶來的鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化的技術(shù)問題。
本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為提供一種壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細(xì)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(xì)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(shù)的函數(shù)關(guān)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(xì)化能力值，AA2為鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值，K為常數(shù)，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(jī)架數(shù)； B.通過協(xié)調(diào)調(diào)整加工參數(shù)D、V、ΔT和n以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA。
在鋁鈦硼合金的制造中有一個國際標(biāo)準(zhǔn)，即最終輸出的鋁鈦硼合金產(chǎn)品的直徑為9.5mm，即截面積為70.8mm2。所述函數(shù)關(guān)系ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)既能應(yīng)用在制造鋁鈦硼合金的軋機(jī)中也能應(yīng)用在制造鋁鈦硼合金的鑄擠機(jī)中，所述函數(shù)關(guān)系既符合單一機(jī)架的計算，也符合多個機(jī)架的總計算，同時也符合多個機(jī)架中最后一個機(jī)架的計算。
本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述1m/s≤V≤30m/s。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明克服了傳統(tǒng)鋁鈦硼合金壓力加工過程中不能定量優(yōu)化技術(shù)參數(shù)的缺陷，證明對加工參數(shù)的控制可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量，晶粒細(xì)化能力的變化量越大，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A一定時，則鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A越小，鋁鈦硼合金細(xì)化鋁及鋁合金晶粒的能力就越強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明應(yīng)用壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的連鑄連軋生產(chǎn)工藝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明應(yīng)用壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的連鑄連擠生產(chǎn)工藝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明應(yīng)用壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的軋機(jī)的單機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明應(yīng)用壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的鑄擠機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1至圖4中有關(guān)部位名稱為坩堝10、結(jié)晶輪20、軋機(jī)30、軋輥31、鑄擠機(jī)40、冷卻液50。
具體實施方式

本案申請人經(jīng)過長期實驗摸索后得出結(jié)論，在鋁鈦硼合金壓力加工過程中，壓力加工參數(shù)將直接影響到鋁鈦硼合金的晶粒細(xì)化能力。為此，本申請人通過進(jìn)口連鑄連軋設(shè)備、申請人自產(chǎn)的連鑄連軋設(shè)備、申請人自產(chǎn)的連鑄連擠設(shè)備進(jìn)行實驗，摸索出壓力加工參數(shù)與鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA之間的關(guān)系；以下為本申請人在實驗中得到的部分實驗數(shù)據(jù)列表 表1
在鋁鈦硼合金制造中有一個國際標(biāo)準(zhǔn)，即最終輸出的鋁鈦硼合金產(chǎn)品的直徑為9.5mm、即截面積為70.8mm2。表1為使用連鑄連軋設(shè)備得出的實驗數(shù)據(jù)，連鑄連軋設(shè)備包括軋機(jī)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(jī)30的兩個軋輥31配合軋機(jī)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(tài)。在壓力加工中，存在著兩個溫度節(jié)點，即受壓前和解壓后；在軋機(jī)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(jī)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(yīng)用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的連鑄連軋生產(chǎn)工藝的結(jié)構(gòu)示意圖，從坩堝10出來的鋁鈦硼合金熔體經(jīng)過結(jié)晶輪20形成鋁鈦硼合金棒，然后棒狀的鋁鈦硼合金進(jìn)入軋機(jī)30壓力加工。軋機(jī)30的機(jī)架數(shù)n可以為3、4、5、6、7、8、9、10。如圖1所示，軋機(jī)30中的機(jī)架數(shù)n為10。如圖3所示，軋機(jī)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(diào)節(jié)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(jīng)過軋機(jī)30后溫度會升高，冷卻模塊噴灑冷卻液在軋機(jī)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(jī)30出來后形成鋁鈦硼合金桿。
從表1使用連鑄連軋設(shè)備得出的實驗數(shù)據(jù)中，申請人經(jīng)過反復(fù)研究和總結(jié)后得到的壓力加工參數(shù)與鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA之間的函數(shù)關(guān)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(xì)化能力值，AA2為鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值，K為常數(shù)，通過表1數(shù)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(shù)關(guān)系V＝3ΔT-6，V≥1m/s、且出口線速度V目前能達(dá)到的最大值為30m/s，n為機(jī)架數(shù)。
所述函數(shù)關(guān)系ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)符合軋機(jī)的多個機(jī)架的總計算，也符合軋機(jī)的單一機(jī)架的計算，如符合軋機(jī)的最后一個機(jī)架的計算；當(dāng)n＝1時，必定指的是最后一個機(jī)架的計算，最后一個機(jī)架中輸出的鋁鈦硼合金產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)，即最終輸出的鋁鈦硼合金產(chǎn)品的直徑為9.5mm，即截面積為70.8mm2。表2為使用申請人自產(chǎn)的連鑄連擠設(shè)備得出的實驗數(shù)據(jù)。連鑄連擠設(shè)備包括鑄擠機(jī)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(jī)40的一個輥內(nèi)部完成壓力加工，鋁鈦硼合金在壓力加工前、后是固態(tài)，在壓力加工過程中是半固態(tài)。在壓力加工中，存在著兩個溫度節(jié)點，即受壓前和解壓后；在鑄擠機(jī)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(jī)40擠出來時的溫度，因此，要注意在鑄擠機(jī)40上檢測鋁鈦硼合金壓力加工前、后兩點的溫度的準(zhǔn)確性。
圖2為應(yīng)用通過控制壓縮比來控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量的方法的連鑄連擠生產(chǎn)工藝的結(jié)構(gòu)示意圖，從坩堝10出來的鋁鈦硼合金熔體經(jīng)過結(jié)晶輪20形成鋁鈦硼合金棒，然后棒狀的鋁鈦硼合金經(jīng)過鑄擠機(jī)40的壓力加工，鑄擠機(jī)40的機(jī)架數(shù)n如圖2所示為1，如圖4所示，鑄擠機(jī)40能承受鋁鈦硼合金壓力加工前的截面積S1，并能調(diào)節(jié)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(jīng)過在鑄擠機(jī)40里加工時溫度會升高使得鋁鈦硼合金呈半流態(tài)，冷卻模塊噴灑冷卻液到鑄擠機(jī)40的輥內(nèi)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(jī)40擠出來形成鋁鈦硼合金桿。
從表2使用連鑄連擠設(shè)備得出的實驗數(shù)據(jù)中，申請人經(jīng)過反復(fù)研究和總結(jié)后得到的壓力加工參數(shù)與鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA之間的函數(shù)關(guān)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(xì)化能力值，AA2為鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值，K為常數(shù)，通過表1數(shù)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(jī)架數(shù)，n＝1。
所述函數(shù)關(guān)系ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)符合鑄擠機(jī)的單一機(jī)架的計算，當(dāng)n＝1時，必定指的是最后一個機(jī)架的計算，最后一個機(jī)架中輸出鋁鈦硼合金產(chǎn)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(xì)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(xì)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(shù)D、V、ΔT和n的函數(shù)關(guān)系，然后通過協(xié)調(diào)調(diào)整加工參數(shù)D、V、ΔT和n以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA。
本發(fā)明克服了傳統(tǒng)鋁鈦硼合金壓力加工過程中不能定量優(yōu)化技術(shù)參數(shù)的缺陷，證明對加工參數(shù)的控制可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量，晶粒細(xì)化能力的變化量越大，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A一定時，則鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A越小，鋁鈦硼合金細(xì)化鋁及鋁合金晶粒的能力就越強(qiáng)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細(xì)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(xì)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(shù)的函數(shù)關(guān)系，即
ΔAA＝K·D·V÷(ΔT·n)
其中K為常數(shù)，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(jī)架數(shù)；
B.通過協(xié)調(diào)調(diào)整加工參數(shù)D、V、ΔT和n以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細(xì)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(fā)明提供一種壓力加工鋁鈦硼合金時控制其晶粒細(xì)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(xì)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(shù)D、V、ΔT和n的函數(shù)關(guān)系，然后通過協(xié)調(diào)調(diào)整加工參數(shù)D、V、ΔT和n以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量ΔAA。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)鋁鈦硼合金壓力加工過程中不能定量優(yōu)化技術(shù)參數(shù)的缺陷，證明對加工參數(shù)的控制可以精確控制鋁鈦硼合金晶粒細(xì)化能力的變化量，晶粒細(xì)化能力的變化量越大，在鋁鈦硼合金壓力加工前的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A一定時，則鋁鈦硼合金壓力加工后的晶粒細(xì)化能力值A(chǔ)A越小，鋁鈦硼合金細(xì)化鋁及鋁合金晶粒的能力就越強(qiáng)。
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(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者張新明, 陳學(xué)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