CN103710652A - 一种高耐损伤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耐损伤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：Si0.03-0.06、Fe0.08-0.12、Cu3.6-4.2、Mg1.4-1.8、Mn0.3-0.6、Cr0.05-0.1、Zn0.15-0.25、Ti0.1-0.2、Bi0.1-0.3、Zr0.05-0.15、Li0.1-0.2、Sc0.04-0.08、Er0.03-0.06、Yb0.02-0.04，余量为Al。本发明通过降低Fe、Si的含量以及添加适量的Bi、Zr等元素，减少凝固共晶相和热处理过剩相，增大强化相的析出密度使其分布均匀，可以减少疲劳裂纹萌生几率；同时添加适量的Sc、Er、Yb等元素微合金化作用，形成与基体共格的弥散相保持形变回复亚晶组织，形变热处理改善析出相的分布均匀性，可以有效提高疲劳裂纹扩展阻力；从而同时提升合金的耐损伤性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种高耐损伤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。
目前铝合金型材的研究方向已由过去的单纯追求高强度转变为材料综合性能的整体提升，即在提高铝合金型材高强度的同时进一步提高耐疲劳性和损伤容限。
发明内容
本发明的目的在于提供高耐损伤铝合金型材的制备方法，对铝合金产生强韧化作用的同时，提高合金的耐疲劳损伤性能。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种高耐损伤铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照元素质量百分数满足下列要求：Si 0.03-0.06、Fe 0.08-0.12、Cu3.6-4.2、Mg 1.4-1.8、Mn 0.3-0.6、Cr 0.05-0.1、Zn 0.15-0.25、Ti 0.1-0.2、Bi 0.1-0.3、Zr 0.05-0.15、Li 0.1-0.2、Sc 0.04-0.08、Er 0.03-0.06、Yb 0.02-0.04，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在735-755℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌30-40min，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720-730℃，精炼时间为15-25min，扒渣后静置20-30min，再调整温度至710-720℃，铝液中通70%N2+30%Ar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1.4-1.8 m3/min，静置25-35min，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700-720℃,铸造温度为695-705℃,铸造速度为85-105 mm/min,冷却水压为0.2-0.3MPa，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70-90℃/h升温至180-200℃，保温2-3h，再以80-120℃/h升温至360-380℃，保温4-6h，然后以60-80℃/h降温至160-190℃，保温1-2h，水冷至室温，然后以200-250℃/h升温至450-480℃，保温1-2h，强风风冷至220-240℃，保温2-3h，然后以100-150℃/h升温至495-515℃，保温1-2h，再以120-160℃/h降温至180-220℃，保温2-3h，空冷至室温；
（4）将均匀化处理后的铸锭加热至440-460℃，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415-435℃，挤压筒预热温度410-420℃，挤压速率为14-18m/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100-120℃/h升温至190-210℃，保温5-10h，再以50-60℃/h降温至85-95℃，保温10-15h，空冷至室温后再以40-50℃/h升温至90-110℃，保温8-12h，空冷至室温后再以80-90℃/h升温至165-185℃，保温5-10h，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：
本发明通过降低Fe、Si的含量以及添加适量的Bi、Zr等元素，减少凝固共晶相和热处理过剩相，增大强化相的析出密度使其分布均匀，可以减少疲劳裂纹萌生几率；同时添加适量的Sc、Er、Yb等元素微合金化作用，形成与基体共格的弥散相保持形变回复亚晶组织，形变热处理改善析出相的分布均匀性，可以有效提高疲劳裂纹扩展阻力；从而同时提升合金的耐损伤性能和力学性能。
具体实施方式
一种高耐损伤铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照元素质量百分数满足下列要求：Si 0.03-0.06、Fe 0.08-0.12、Cu3.6-4.2、Mg 1.4-1.8、Mn 0.3-0.6、Cr 0.05-0.1、Zn 0.15-0.25、Ti 0.1-0.2、Bi 0.1-0.3、Zr 0.05-0.15、Li 0.1-0.2、Sc 0.04-0.08、Er 0.03-0.06、Yb 0.02-0.04，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在750℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌35min，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725℃，精炼时间为20min，扒渣后静置25min，再调整温度至710℃，铝液中通70%N2+30%Ar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705℃,铸造温度为695℃,铸造速度为90 mm/min,冷却水压为0.3MPa，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80℃/h升温至180℃，保温3h，再以100℃/h升温至380℃，保温4h，然后以70℃/h降温至180℃，保温1h，水冷至室温，然后以230℃/h升温至470℃，保温2h，强风风冷至220℃，保温3h，然后以150℃/h升温至510℃，保温1h，再以140℃/h降温至220℃，保温2h，空冷至室温；
（4）将均匀化处理后的铸锭加热至450℃，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410℃，挤压速率为16m/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110℃/h升温至205℃，保温8h，再以55℃/h降温至95℃，保温10h，空冷至室温后再以50℃/h升温至105℃，保温10h，空冷至室温后再以80℃/h升温至170℃，保温8h，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15、氯化钾 15、高炉矿渣8、火山灰6、萤石4、苦菱土8、废砖粉4、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2；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，760℃煅烧2h，冷却至室温后放入浓度为20%的盐酸溶液中浸泡1h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1250℃煅烧1h，冷却至室温，粉碎，过100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，3000rpm高速研磨10min，待用；c.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至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20min，喷射造粒，即得精炼剂。
所得的铝合金型材经检验其主要性能为：抗拉强度489Mpa，屈服强度为334Mpa，伸长率为21.8%。
Claims (2)
1.一种高耐损伤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 0.03-0.06、Fe 0.08-0.12、Cu3.6-4.2、Mg 1.4-1.8、Mn 0.3-0.6、Cr 0.05-0.1、Zn 0.15-0.25、Ti 0.1-0.2、Bi 0.1-0.3、Zr 0.05-0.15、Li 0.1-0.2、Sc 0.04-0.08、Er 0.03-0.06、Yb 0.02-0.04，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在735-755℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌30-40min，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720-730℃，精炼时间为15-25min，扒渣后静置20-30min，再调整温度至710-720℃，铝液中通70%N2+30%Ar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1.4-1.8 m3/min，静置25-35min，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700-720℃,铸造温度为695-705℃,铸造速度为85-105 mm/min,冷却水压为0.2-0.3MPa，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70-90℃/h升温至180-200℃，保温2-3h，再以80-120℃/h升温至360-380℃，保温4-6h，然后以60-80℃/h降温至160-190℃，保温1-2h，水冷至室温，然后以200-250℃/h升温至450-480℃，保温1-2h，强风风冷至220-240℃，保温2-3h，然后以100-150℃/h升温至495-515℃，保温1-2h，再以120-160℃/h降温至180-220℃，保温2-3h，空冷至室温；
（4）将均匀化处理后的铸锭加热至440-460℃，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415-435℃，挤压筒预热温度410-420℃，挤压速率为14-18m/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100-120℃/h升温至190-210℃，保温5-10h，再以50-60℃/h降温至85-95℃，保温10-15h，空冷至室温后再以40-50℃/h升温至90-110℃，保温8-12h，空冷至室温后再以80-90℃/h升温至165-185℃，保温5-10h，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所述的高耐损伤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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