CN103710586A - 一种高强度耐热铝合金型材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐热铝合金型材的制备方法，该铝合金型材各元素组成的质量百分比为：Si11.8-12.4、Cu1.5-2.5、Cr1.1-2.2、Mg0.6-1.3、Mn0.5-1.0、Ni0.4-0.8、Ti0.3-0.6、Be0.2-0.4、Zr0.15-0.35、Cd0.05-0.15、Mo0.1-0.2、W0.05-0.1、La0.04-0.08、Ce0.03-0.05、Yb0.02-0.03，余量为Al。本发明制得的铝合金型材热稳定好，高温强度高，可在250-300℃下长期使用，且具有优良的耐磨性、耐腐蚀性、耐疲劳性等性能，生产成本低，适用于工业化生产。

Description

一种高强度耐热铝合金型材的制备方法
技术领域
    本发明涉及一种高强度耐热铝合金型材的制备方法，属于铝合金材料加工技术领域。
背景技术
    铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，因其密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能，可加工成各种型材，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。现有的铝硅合金的应用温度范围都不超过250℃，由于普通铝硅合金的高温稳定性差，致使大部分铝硅合金在高于250℃时增强相变得不稳定，快速软化和溶解，造成合金的机械强度急剧降低，从而影响铝合金的使用性能。
发明内容
    针对现有铝硅合金在高温下强度不高、热稳定性差的问题，本发明提供一种可在250-300℃长期使用的高强度耐热铝合金型材的制备方法。
    为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
    一种高强度耐热铝合金型材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
    （1）按照元素质量百分数满足下列要求：Si 11.8-12.4、Cu 1.5-2.5、Cr 1.1-2.2、Mg 0.6-1.3、Mn 0.5-1.0、Ni 0.4-0.8、Ti 0.3-0.6、Be 0.2-0.4、Zr 0.15-0.35、Cd 0.05-0.15、Mo 0.1-0.2、W 0.05-0.1、La 0.04-0.08、Ce 0.03-0.05、Yb 0.02-0.03，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在745-765℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌20-30min，检测合金成分并调整；然后加入精炼剂进行精炼，精炼温度为720-740℃，精炼时间为20-25min，扒渣后静置15-20min，再调整温度至730-750℃，铝液中通80%N2+20%Cl2多元混合气体除气精炼15-20min，气体压力为0.15-0.20atm,气体流量为1.5-2.0 m3/min，静置20-30min，使氧化渣充分上浮,扒渣后开始浇铸；
   （2）采用金属型水冷半连续铸造技术，铝液出炉温度为715-735℃,铸造温度为690-710℃,铸造速度为80-100 mm/min,冷却水压为0.3-0.5MPa，冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃；
   （3）将铸坯进行均匀化处理：先以100-150℃/h升温至280-320℃，保温3-5h，再以60-80℃/h升温至450-480℃，保温4-8h，然后强风风冷至230-270℃，保温2-3h，空冷至室温，然后以80-120℃/h升温至180-240℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至480-500℃，保温5-10h，然后以140-180℃/h降温至150-180℃，保温1-2h，水冷至室温，然后以100-150℃/h升温至320-350℃，保温2-3h，出炉空冷至室温；
   （4）将均匀化处理后的铸锭加热至440-470℃，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为415-435℃，挤压筒预热温度410-430℃，挤压速率为10-15m/min；
   （5）上述挤压出来的铝合金型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，在线淬火后进行时效处理：先以40-50℃/h升温至80-90℃，保温10-15h，再以30-40℃/h升温至160-190℃，保温5-10h，再以40-50℃/h降温至60-80℃，保温12-18h，空冷至室温后再以40-50℃/h升温至95-105℃，保温8-12h，空冷至室温，经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
    所述的精炼剂制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化镁10-15、氯化钾 15-20、高炉矿渣4-8、火山灰5-10、萤石3-6、苦菱土4-8、废砖粉3-6、石墨粉2-5、白云石8-12、硫化锰2-3、纳米氧化铝2-3、乙烯基三乙氧基硅烷0.5-1、三乙醇胺1-2；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，730-760℃煅烧2-3h，冷却至室温后放入浓度为15-20%的盐酸溶液中浸泡1-2h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1200-1250℃煅烧1-2h，冷却至室温，粉碎，过100-150目筛与高炉矿渣、火山灰、废砖粉、石墨粉混合均匀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，2000-3000rpm高速研磨10-15min，待用；c.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至780-810℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min，喷射造粒，即得精炼剂。
本发明的有益效果：
本发明制得的铝合金型材热稳定好，高温强度高，可在250-300℃下长期使用，且具有优良的耐磨性、耐腐蚀性、耐疲劳性等性能，生产成本低，适用于工业化生产。
具体实施方式
    一种高强度耐热铝合金型材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
    （1）按照元素质量百分数满足下列要求：Si 11.8-12.4、Cu 1.5-2.5、Cr 1.1-2.2、Mg 0.6-1.3、Mn 0.5-1.0、Ni 0.4-0.8、Ti 0.3-0.6、Be 0.2-0.4、Zr 0.15-0.35、Cd 0.05-0.15、Mo 0.1-0.2、W 0.05-0.1、La 0.04-0.08、Ce 0.03-0.05、Yb 0.02-0.03，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在755℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌25min，检测合金成分并调整；然后加入精炼剂进行精炼，精炼温度为730℃，精炼时间为20min，扒渣后静置20min，再调整温度至745℃，铝液中通80%N2+20%Cl2多元混合气体除气精炼20min，气体压力为0.18atm,气体流量为1.6 m3/min，静置30min，使氧化渣充分上浮,扒渣后开始浇铸；
   （2）采用金属型水冷半连续铸造技术，铝液出炉温度为720℃,铸造温度为705℃,铸造速度为90 mm/min,冷却水压为0.4MPa，冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃；
   （3）将铸坯进行均匀化处理：先以150℃/h升温至300℃，保温4h，再以80℃/h升温至470℃，保温6h，然后强风风冷至250℃，保温3h，空冷至室温，然后以100℃/h升温至220℃，保温3h，再以150℃/h升温至490℃，保温8h，然后以160℃/h降温至170℃，保温1h，水冷至室温，然后以120℃/h升温至330℃，保温3h，出炉空冷至室温；
   （4）将均匀化处理后的铸锭加热至460℃，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为425℃，挤压筒预热温度420℃，挤压速率为12m/min；
   （5）上述挤压出来的铝合金型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，在线淬火后进行时效处理：先以50℃/h升温至90℃，保温10h，再以30℃/h升温至175℃，保温8h，再以40℃/h降温至75℃，保温16h，空冷至室温后再以45℃/h升温至100℃，保温10h，空冷至室温，经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
    所述的精炼剂制备方法如下：a.称取以下重量（kg）的原料：氯化镁10、氯化钾 20、高炉矿渣8、火山灰6、萤石4、苦菱土5、废砖粉5、石墨粉3、白云石10、硫化锰3、纳米氧化铝3、乙烯基三乙氧基硅烷0.8、三乙醇胺1.5；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，730℃煅烧3h，冷却至室温后放入浓度为15%的盐酸溶液中浸泡2h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1230℃煅烧1h，冷却至室温，粉碎，过150目筛与高炉矿渣、火山灰、废砖粉、石墨粉混合均匀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，2000rpm高速研磨15min，待用；c.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至790℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌30min，喷射造粒，即得精炼剂。
    所得的铝合金型材经检验力学性能为：抗拉强度437Mpa，屈服强度为315Mpa，伸长率为14.3%。

Claims (2)

1.一种高强度耐热铝合金型材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按照元素质量百分数满足下列要求：Si 11.8-12.4、Cu 1.5-2.5、Cr 1.1-2.2、Mg 0.6-1.3、Mn 0.5-1.0、Ni 0.4-0.8、Ti 0.3-0.6、Be 0.2-0.4、Zr 0.15-0.35、Cd 0.05-0.15、Mo 0.1-0.2、W 0.05-0.1、La 0.04-0.08、Ce 0.03-0.05、Yb 0.02-0.03，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在745-765℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌20-30min，检测合金成分并调整；然后加入精炼剂进行精炼，精炼温度为720-740℃，精炼时间为20-25min，扒渣后静置15-20min，再调整温度至730-750℃，铝液中通80%N2+20%Cl2多元混合气体除气精炼15-20min，气体压力为0.15-0.20atm,气体流量为1.5-2.0 m3/min，静置20-30min，使氧化渣充分上浮,扒渣后开始浇铸；
（2）采用金属型水冷半连续铸造技术，铝液出炉温度为715-735℃,铸造温度为690-710℃,铸造速度为80-100 mm/min,冷却水压为0.3-0.5MPa，冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃；
（3）将铸坯进行均匀化处理：先以100-150℃/h升温至280-320℃，保温3-5h，再以60-80℃/h升温至450-480℃，保温4-8h，然后强风风冷至230-270℃，保温2-3h，空冷至室温，然后以80-120℃/h升温至180-240℃，保温2-3h，再以100-150℃/h升温至480-500℃，保温5-10h，然后以140-180℃/h降温至150-180℃，保温1-2h，水冷至室温，然后以100-150℃/h升温至320-350℃，保温2-3h，出炉空冷至室温；
（4）将均匀化处理后的铸锭加热至440-470℃，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为415-435℃，挤压筒预热温度410-430℃，挤压速率为10-15m/min；
（5）上述挤压出来的铝合金型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，在线淬火后进行时效处理：先以40-50℃/h升温至80-90℃，保温10-15h，再以30-40℃/h升温至160-190℃，保温5-10h，再以40-50℃/h降温至60-80℃，保温12-18h，空冷至室温后再以40-50℃/h升温至95-105℃，保温8-12h，空冷至室温，经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
2.根据权利要求1所述的高强度耐热用铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述的精炼剂制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化镁10-15、氯化钾 15-20、高炉矿渣4-8、火山灰5-10、萤石3-6、苦菱土4-8、废砖粉3-6、石墨粉2-5、白云石8-12、硫化锰2-3、纳米氧化铝2-3、乙烯基三乙氧基硅烷0.5-1、三乙醇胺1-2；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，730-760℃煅烧2-3h，冷却至室温后放入浓度为15-20%的盐酸溶液中浸泡1-2h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1200-1250℃煅烧1-2h，冷却至室温，粉碎，过100-150目筛与高炉矿渣、火山灰、废砖粉、石墨粉混合均匀，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，2000-3000rpm高速研磨10-15min，待用；c.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至780-810℃，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min，喷射造粒，即得精炼剂。
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