CN103710653A - 一种高强高韧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高韧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：Si0.3-0.5、Cu4.4-5.8、Mg2.2-3.6、Ni1.0-1.5、V0.1-0.3、Mn0.4-0.6、Ti0.15-0.35、Zn0.05-0.15、Be0.1-0.2、Cd0.15-0.25、Zr0.1-0.2、Ga0.04-0.08、Pm0.03-0.05、Er0.02-0.04，余量为Al。本发明通过优化Cu、Mg、Mn等元素的含量以及添加微量的Pm、Er稀土元微合金化作用，改善合金的组织结构，细化晶粒，强化晶界，达到同时提高铝合金的强度和延伸率。本发明制得的铝合金型材综合性能优异，抗拉强度≥495MPa，屈服强度≥380MPa，延伸率≥17%。

Description

一种高强高韧铝合金型材的制备方法
技术领域
    本发明涉及一种高强高韧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。
随着现代工业的迅速发展，对铝合金型材的强度和韧性提出了更高的要求。因此，据需开发一种同时具有高强度高韧性的铝合金型材。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强高韧铝合金型材的制备方法，该铝合金型材不仅具有较高的强度，同时还具有较高的延伸率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
    一种高强高韧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 0.3-0.5、Cu 4.4-5.8、Mg 2.2-3.6、Ni 1.0-1.5、V 0.1-0.3、Mn 0.4-0.6、Ti 0.15-0.35、Zn 0.05-0.15、Be0.1-0.2、Cd 0.15-0.25、Zr 0.1-0.2、Ga 0.04-0.08、Pm 0.03-0.05、Er 0.02-0.04，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在740-760℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌30-35min，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725-745℃，精炼时间为15-20min，扒渣后静置20-25min，再调整温度至710-730℃，铝液中通60%N2+20%Ar+20%Cl2多元混合气体除气精炼15-20min，气体压力为0.18-0.24atm,气体流量为1.6-2.2 m3/min，静置25-30min，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705-725℃,铸造温度为690-710℃,铸造速度为90-100 mm/min,冷却水压为0.2-0.3MPa，冷却水进水口温度不高于20℃,出水口水温不高于40℃；
    （3）将铸坯进行均匀化处理：先以120-160℃/h升温至250-300℃，保温3-5h，再以80-120℃/h升温至470-490℃，保温5-10h，然后强风风冷至240-260℃,再以70-90℃/h升温至380-420℃，保温3-6h，然后以80-120℃/h降温至220-240℃，保温2-3h，放入0-5℃冰盐水中冷却至50℃以下，然后取出型材以100-150℃/h升温至260-290℃，保温2-3h，再以80-120℃/h升温至465-485℃，保温5-10h，然后以150-200℃/h降温至170-190℃，保温1-2h，空冷至室温；
    （4）将均匀化处理后的铸锭加热至450-470℃，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420-440℃，挤压筒预热温度415-435℃，挤压速率为16-22m/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40-60℃/h升温至80-100℃，保温8-12h，再以30-50℃/h升温至185-205℃，保温5-10h，再以50-70℃/h降温至70-80℃，保温10-15h，空冷至室温后再以80-90℃/h升温至160-180℃，保温5-10h，再以30-50℃/h降温至85-95℃，保温10-15h，空冷至室温后再以40-50℃/h升温至80-90℃，保温10-15h，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：
本发明通过优化Cu、Mg、Mn等元素的含量以及添加微量的Pm 、Er稀土元微合金化作用，改善合金的组织结构，细化晶粒，强化晶界，达到同时提高铝合金的强度和延伸率。本发明制得的铝合金型材综合性能优异，抗拉强度≥495MPa，屈服强度≥380MPa，延伸率≥17%。
具体实施方式
    一种高强高韧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 0.3-0.5、Cu 4.4-5.8、Mg 2.2-3.6、Ni 1.0-1.5、V 0.1-0.3、Mn 0.4-0.6、Ti 0.15-0.35、Zn 0.05-0.15、Be0.1-0.2、Cd 0.15-0.25、Zr 0.1-0.2、Ga 0.04-0.08、Pm 0.03-0.05、Er 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735℃，精炼时间为20min，扒渣后静置25min，再调整温度至720℃，铝液中通60%N2+20%Ar+20%Cl2多元混合气体除气精炼15min，气体压力为0.22atm,气体流量为1.8 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715℃,铸造温度为705℃,铸造速度为95 mm/min,冷却水压为0.25MPa，冷却水进水口温度不高于20℃,出水口水温不高于40℃；
    （3）将铸坯进行均匀化处理：先以140℃/h升温至280℃，保温4h，再以100℃/h升温至480℃，保温8h，然后强风风冷至250℃,再以80℃/h升温至410℃，保温4h，然后以100℃/h降温至220℃，保温3h，放入0℃冰盐水中冷却至50℃以下，然后取出型材以150℃/h升温至270℃，保温3h，再以120℃/h升温至475℃，保温10h，然后以180℃/h降温至175℃，保温2h，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430℃，挤压筒预热温度420℃，挤压速率为20m/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95℃，保温10h，再以40℃/h升温至195℃，保温7h，再以60℃/h降温至75℃，保温12h，空冷至室温后再以85℃/h升温至170℃，保温8h，再以40℃/h降温至90℃，保温15h，空冷至室温后再以50℃/h升温至85℃，保温15h，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12、氯化钾 18、高炉矿渣5、火山灰8、萤石6、苦菱土5、废砖粉4、石墨粉4、白云石10、硫化锰2.5、纳米氧化铝2.5、乙烯基三乙氧基硅烷0.6、三乙醇胺1.5；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，740℃煅烧3h，冷却至室温后放入浓度为18%的盐酸溶液中浸泡1h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1220℃煅烧2h，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，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527Mpa，屈服强度为402Mpa，伸长率为22.4%。

Claims (2)

1.一种高强高韧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 0.3-0.5、Cu 4.4-5.8、Mg 2.2-3.6、Ni 1.0-1.5、V 0.1-0.3、Mn 0.4-0.6、Ti 0.15-0.35、Zn 0.05-0.15、Be0.1-0.2、Cd 0.15-0.25、Zr 0.1-0.2、Ga 0.04-0.08、Pm 0.03-0.05、Er 0.02-0.04，余量为Al进行配料，将炉料投入熔炼炉在740-760℃下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌30-35min，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725-745℃，精炼时间为15-20min，扒渣后静置20-25min，再调整温度至710-730℃，铝液中通60%N2+20%Ar+20%Cl2多元混合气体除气精炼15-20min，气体压力为0.18-0.24atm,气体流量为1.6-2.2 m3/min，静置25-30min，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705-725℃,铸造温度为690-710℃,铸造速度为90-100 mm/min,冷却水压为0.2-0.3MPa，冷却水进水口温度不高于20℃,出水口水温不高于40℃；
（3）将铸坯进行均匀化处理：先以120-160℃/h升温至250-300℃，保温3-5h，再以80-120℃/h升温至470-490℃，保温5-10h，然后强风风冷至240-260℃,再以70-90℃/h升温至380-420℃，保温3-6h，然后以80-120℃/h降温至220-240℃，保温2-3h，放入0-5℃冰盐水中冷却至50℃以下，然后取出型材以100-150℃/h升温至260-290℃，保温2-3h，再以80-120℃/h升温至465-485℃，保温5-10h，然后以150-200℃/h降温至170-190℃，保温1-2h，空冷至室温；
（4）将均匀化处理后的铸锭加热至450-470℃，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420-440℃，挤压筒预热温度415-435℃，挤压速率为16-22m/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40-60℃/h升温至80-100℃，保温8-12h，再以30-50℃/h升温至185-205℃，保温5-10h，再以50-70℃/h降温至70-80℃，保温10-15h，空冷至室温后再以80-90℃/h升温至160-180℃，保温5-10h，再以30-50℃/h降温85-95至℃，保温10-15h，空冷至室温后再以40-50℃/h升温至80-90℃，保温10-15h，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所述的高强高韧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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