CN101928863A - 可高速挤压成型的铝合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可高速挤压成型的铝合金材料，按重量计，其含有：0.11～0.15％Mn，0.11～0.15％Cu，0.38～0.46％Si，0.47～0.55％Mg，0～0.25％Fe，0～0.02％Cr，0～0.02％Zn，0～0.02％Ti，余量为Al。本发明还公开了一种上述可高速挤压成型的铝合金材料的制备方法。与现有6063铝合金相比，用本发明铝合金材料挤压型材的速度能够极大地提高，能够大幅提高铝合金型材的生产效率。

Description

可高速挤压成型的铝合金材料及制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金，特别是一种适用于高速挤压的铝合金材料及制备方法。

背景技术

在用于挤压生产的铝合金中，用途最为广泛的是6063合金。但是，该合金由于脆性相β-AlFeSi、粗大的Mg₂Si、过剩的Mg或Si、等存在，导致对速度敏感的各类挤压材表面缺陷极易产生，如凹点、麻面、模痕等，因此，不得不用较低的挤压速度，换取满意的挤压材表面。这样使得生产效率很低，产品的生产成本很高。

发明内容

本发明的目的是针对现有6063铝合金存在的上述缺陷，在现有6063铝合金的基础上，通过改变元素含量，制备出一种可高速挤压成型、并且高速挤压获得的型材能满足相应要求的铝合金材料。

本发明可高速挤压成型的铝合金材料是在现有6063铝合金的基础上，通过增加Mn和Cu，并对Mg、Si的含量进行调整而制得的，按重量计，其含有：

0.11～0.15％Mn，    0.11～0.15％Cu，

0.38～0.46％Si，    0.47～0.55％Mg，

0～0.25％Fe，    0～0.02％Cr，

0～0.02％Zn，    0～0.02％Ti，

余量为Al。

上述可高速挤压成型的铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

a、在熔炉内加入铝锭，熔化，使熔液的温度达到750℃±10℃；

b、按权利要求1中的配比依次加入Si、Cu、Mn、Mg或它们的中间合金；

c、搅拌10分钟左右，加入打渣剂，再次搅拌10～15分钟，扒渣；

d、对炉内熔液进行成分分析，若熔液成分满足权利要求1中的成分要求则执行步骤e，否则调整相应元素的含量并转至步骤c；

e、将熔液转入精炼炉，加精炼剂，在740℃±5℃下精炼15～20分钟；

f、扒渣，静置30～60分钟；

g、铸造；

h、高温均匀化处理，将铸造制得的铸棒放入高温炉，升温至580℃±10℃，保持该温度1.5小时，然后以不小于350℃/小时的速度冷却，铸棒温度降至室温后，出炉，即制得铝合金棒材。

在步骤g的铸造工序中，在熔液流经流槽时，加入AlTiB丝。ALTIB丝中的AL₃TI、TIB₂在铝凝固时形成异质晶核的形核基底，同时引起凝固过程的成分过冷，大大增加了形核率，提高了形核速度，使结晶组织更为细化。

用上述制得的铝合金棒材挤压铝合金型材时，挤压前对铝合金棒材加热使铝合金棒材温度为450～500℃，加热时间为3～30分钟。

Mn的加入，大大加速了铸棒均匀化处理时β-AlFeSi向α-AlFeSi的转化过程，转化率大幅提高，减少了脆性相的存在。

Cu的加入，可降低挤压时的变形抗力，并抵消由于Mn加入导致材料的各向异性。

Mg、Si比例的调整，使合金中Mg₂Si的量控制在一定范围内，Si适当过剩，以平衡Fe、Mn、Cu的影响。平衡的Mg、Si量，无Mg、Si的过剩，或有少量的Si过剩，不会降低Mg＜Si的固溶能力，不易形成粗大的Mg₂Si相。

由于合金材料的脆性相、粗大相减少，变形抗力降低，挤压性能改善，速度敏感性的表面缺陷如凹点、麻点、模痕等减少，挤压速度提高。

经实验证明，用本发明铝合金材料挤压成型断面号为AD2359的型材，铸棒加热温度480℃，挤压速度40m/min，挤压制得型材的表面无明显的挤压痕、粗糙、凹点、麻面等表面缺陷，氧化后具有良好的金属光泽，质量符合要求。而采用原6063铝合金挤压成型断面号为AD2359的型材，铸棒加热温度480℃，只有挤压速度不超过25m/min才能保证挤压制得型材的表面质量符合要求。可见，与现有6063铝合金相比，用本发明铝合金材料挤压型材的速度能够极大地提高，能够大幅提高铝合金型材的生产效率。

具体实施方式

本发明铝合金的成分配比见表1。

表1合金成分配比表(表中含量均为重量百分含量)

本发明铝合金的制备方法包括熔铸和高温均匀化处理。

其中，熔铸可以采用铝型材厂通用的熔铸工艺：装炉→熔化→加入合金元素→搅拌→扒渣→取样、分析→调整成分→转炉→精炼→静置→加铝钛硼丝并铸造。装炉时，回炉料要先加，回炉料的合金元素含量应不高于表1规定的合金元素含量，回炉料的加入量，应不高于装炉总量的30％。当铝液的温度达到750℃±10℃时，依次加入Si、Cu、Mn、Mg合金元素或它们的中间合金。由于Mg极易烧损，一定要尽量后加。合金加入后，要进行10分钟左右的搅拌。搅拌后如熔液温度在730℃以上，则加入打渣剂并再次搅拌10～15分钟。搅拌后进行扒渣，尽量扒净表面浮渣。扒渣后进行成分分析，看是否满足表1要求，如不满足则需进行调整、再次搅拌、取样分析，直至成分合格。成分分析合格后，熔液转入精炼炉，边加入精炼剂边进行精炼，精炼温度应控制在740℃±5℃，精炼时间15～20分钟。精炼后进行扒渣，然后静置30～60分钟。静置完成后便可以进行铸造，熔液流经流槽时加入AlTiB丝。其中，铝源可以采用符合GB/T1196-2008要求的AL99.00～AL99.90型号的铝锭。打渣剂和精炼剂可采用现有6063铝合金生产工艺中使用的各种打渣剂和精炼剂，如：深圳派瑞科公司生产的D1型号的打渣剂，它是一种氟化钙和冰晶石混合的粉状制剂，加入时，应均匀撒在熔体表面，并充分搅拌。正邦冶金材料公司生产的1F10型号的精炼剂，它是一种以氯盐为主要成分的粉状制剂。需要说明的是，加入AlTiB丝是为了使结晶组织更为细化，加入量很少(以重量计，一般只有0.008％～0.015％，在下述的实施例中具体加入量为0.01％)，且AlTiB丝中Ti和B的含量很小，以重量计Ti的含量仅5％，B的含量仅1％，以至于在成品铝铸棒中，B的含量无法检测。

高温均匀化处理工艺过程：铸棒进炉→升温→保温→冷却→出炉。保温温度为580℃±10℃，保温时间1.5小时。要特别注意保温温度和时间的控制，这是确保α化的一个重要环节。冷却速度应不小于350℃/小时。

用上述铝合金铸棒挤压型材前，先要对铸棒加热，温度范围是450～500℃，加热时间应少于30分钟。

下面通过具体实施例做进一步说明。其中，实施例1-4是按照本发明配比和制备方法制得的铝合金材料。实施例5是比较例，是按照同样方法制备的未改变成分的铝合金，即现有6063铝合金。实施例1-5主要合金元素含量见表2。

实施例1-5中铝采用符合GB/T1196-2008要求的AL99.00型号的铝锭。铸造工艺参数见表3，均热工艺参数见表4。实施例1-5制得的铝合金的α化率见表5。用实施例1-5制得的铝合金铸棒挤压断面号为AD2359的型材，最大挤压速度对照见表6，所述最大挤压速度为在该速度下连续挤压500kg以上型材，型材表面质量符合要求(即型材无明显的挤压痕、粗糙、凹点、麻面等表面缺陷，氧化后具有良好的金属光泽)，所能达到的最大速度。通过对照可以看出，本发明的合金材料，α化率高，Mg₂Si细化，挤压速度可高达原来的1.6倍。

表2主要合金元素重量百分含量

表3铸造工艺

铸棒直径	铸造速度	冷却水量	铸造温度
				203mm	70～90mm/min	2200～2400l/min	730～750℃

表4均热工艺

均热温度	保温时间	冷却速度
			570～590℃	1.5小时	370℃/小时

表5α化率对比

标号	A	B	C	D	E
						α化率	90.1	88.3	92.5	89.8	68.3

表6挤压速度对比

标号	挤压材断面号	铸棒加热温度	最大挤压速度
				A	AD2359	480℃	40m/min
B	AD2359	480℃	40m/min
				C	AD2359	480℃	40m/min
D	AD2359	480℃	40m/min
				E	AD2359	480℃	25m/min

Claims (3)

1.一种可高速挤压成型的铝合金材料，其特征在于，按重量计，含有：

0.11～0.15％Mn，    0.11～0.15％Cu，

0.38～0.46％Si，    0.47～0.55％Mg，

0～0.25％Fe，       0～0.02％Cr，

0～0.02％Zn，       0～0.02％Ti，

余量为Al。

2.权利要求1所述铝合金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、在熔炉内加入铝锭，熔化，使熔液的温度达到750℃±10℃；

b、按权利要求1中的配比依次加入Si、Cu、Mn、Mg或它们的中间合金；

c、搅拌10分钟左右，加入打渣剂，再次搅拌10～15分钟，扒渣；

d、对炉内熔液进行成分分析，若熔液成分满足权利要求1中的成分要求则执行步骤e，否则调整相应元素的含量并转至步骤c；

e、将熔液转入精炼炉，加精炼剂，在740℃±5℃下精炼15～20分钟；

f、扒渣，静置30～60分钟；

g、铸造；

h、将铸造制得的铸棒放入高温炉，升温至580℃±10℃，保持该温度1.5小时，然后以350℃/小时的速度冷却，铸棒温度降至室温后，出炉，即制得铝合金棒材。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在步骤g中，熔液流经流槽时加入AlTiB丝。