CN104109824B - 一种轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，包括如下步骤：(1)投料前大清炉，熔化；(2)精炼，静置，除气，过滤和均质；(3)挤压，淬火前装筐，淬火；(4)时效。本发明的制备方法避免了铸锭因气体含量高而产生气孔、疏松等缺陷，抑制了粗大晶粒的形成，消除型材内应力及裂纹产生的可能性；由本发明方法制备的铝型材具有可以满足高强高热的使用要求的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝型材的制备方法，尤其是涉及一种轮胎模用超宽、超厚铝型材制备方法。
背景技术
为保证轮胎模具高强高热的使用要求，国际上对其探伤级别有着明确的要求(必须达到AA级，单个平底孔直径不大于1.2mm；多个缺陷每个缺陷当量不大于0.8mm)。而铝合金化强度、组织差异、晶粒均匀性等将直接影响探伤结果。目前可采用的探伤检测方法有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等。6061型铝型材是以镁和硅为主要合金元素并含有锌、钛和铁等金属元素的铝型材，属于热处理可强化铝型材。为使其满足高强高热的使用要求，发明一种轮胎模用(超宽、超厚)铝型材是必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种满足高强高热使用要求，轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法。
一种轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，其中，包括如下步骤：
(1)投料前大清炉，熔化；
(2)精炼，静置，除气，过滤和均质；
(3)挤压，淬火前装筐，淬火：将均质完成的铝液进行挤压，所述挤压过程为：使用100MN挤压机进行挤压，模温440-450℃，棒温425-435℃，挤压速度1.5m/min，风冷至室温；将挤压后的型材进行悬挂式装筐：在距所述型材前端30-50cm处钻φ53的吊装孔，所述吊装孔在所述型材宽度的中间位置，将吊具固定在所述吊装孔上，将所述型材吊起进行淬火，每炉的淬火吨位在3吨，淬火数量为6支长度为11m的型材；
(4)时效。
本发明所述轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，其中，步骤(1)具体包括如下步骤：
采用蓄热式熔炼炉，投料前撒入10kg以上清渣剂，将炉温升至800℃后，保温3-5min，用大铲将渣线、炉壁、炉底的浮渣铲下，并用铁耙一并将剩余铝液彻底清除炉外，然后将金属原料依次投入熔炼炉中进行熔化，所述熔化过程为将所述金属原料按照先加入小块或薄片废料，其次加入大块料，铝硅、铝铜、铝铬合金的顺序依次加入，炉料完全融化后，再投入镁锭，当金属原料全部熔化后，在铝液表面撒上打渣剂进行除渣，待渣铝分离后，人工搅拌或开动永磁搅拌。
本发明所述轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，其中，步骤(2)具体包括如下步骤：
用氩气将无钠精炼剂喷入熔炼炉中进行第一次精炼，精炼温度为720-740℃，精炼时间为20m/min，精炼时气泡高度在100㎜以下，打开氩气阀开关，将精炼管插入到炉膛中心部位，观察气泡高度，并调整氩气压力，保证气泡高度在100mm以下，第一次精炼后转入静置炉，进行第二次精炼，精炼方法与第一次精炼相同，然后将覆盖剂均匀撒在铝液表面，进行静置；
除气和过滤过程：石墨转子速度>350r/min，氩气流量>15L/min，通过石墨转子将氩气打碎，均匀地分布于流动的铝液中，排除氢气；除气后进行过滤，所述过滤为过滤前级30PPi，后级40PPi。
本发明所述轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，其中，步骤(4)具体包括如下步骤：
将淬火完成的型材在25m时效炉内时效，时效温度175℃，保温13h，保温结束后逐渐冷却至室温。
本发明中未详细写出的的步骤为6061型材制备过程中的常规技术。
本发明与现有技术的不同之处在于：
在线工序，使石墨转子速度大于350r/min，氩气流量大于15L/min,通过石墨转子将氩气打碎，均匀地分布于流动的铝熔中，利用分压差原理，充分使铝熔中的氢气排除，以最大限度减少铝熔体中的氢含量，减少和杜绝产品中产生气孔、疏松、夹渣等缺陷，从而提高型材的质量。
为了进一步净化铝熔体,在铸造前端安装二级过滤：前级30PPi,后级40PPi；更有效地过滤掉熔体中的夹杂，使铸锭更纯洁，提高后续生产型材内部质量。
模具温度由450-480℃降低至440-450℃，挤压温度由420-460℃降低至425-435℃，提高了产品表面和内部质量。
经过温度为525℃，保温时间为4h，的淬火处理发现过饱和固溶体中，溶质铜原子分布不均匀，晶格畸变比较大。而降低淬火温度、延长保温时间、冷却速度保证在30s内时强化相充分熔解，保证了充分的固熔度，过饱和固溶体中，溶质铜原子分布比较均匀，而且晶格畸变不大，故强度、硬度、塑性等基本未变。
时效参数的对比：保温时间由11-12h，增加为13h，经过保温时间的增加保持了θ相与固溶体的晶格结构与关系，也大大减少了其的畸变程度，强度、硬度也明显升高。
传统的堆叠装筐方式为本领域所常用，而此种型材不论长度还是厚度都无需采用其它工艺方法，也是产值比较高，成本比较低的一种工艺方法。而此次我们经过试验验证此种方法需产值比高，但堆叠的装筐方式型材与型材之间通风及透气性较差，温度流通不均匀，使过饱和固溶体内的铜原子不能够充分、均匀地析出，使材料性能不均匀。而我们采取的悬挂式装筐方式保证了型材与型材之间通风及透气性，使温度流通的更加均匀，提高了冷却速度，缩短了晶粒的长大时间，使过饱和固溶体内的铜原子充分、均匀地析出，从而保证了淬火的均匀性。
附图说明
图1为本发明方法制备的轮胎模用超宽、超厚铝型材的晶粒度照片。
具体实施方式
实施例1
一种轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)投料前大清炉，熔化：采用蓄热式熔炼炉，投料前撒入10kg以上清渣剂，将炉温升至800℃后，保温3-5min，用大铲将渣线、炉壁、炉底的浮渣铲下，并用铁耙一并将剩余铝液彻底清除炉外，然后将原材料依次投入熔炼炉中进行熔化，所述熔化过程为将原料按照先加入小块或薄片废料，其次加入棒头等大块料，铝硅、铝铜、铝铬合金随投炉料的顺序依次加入，炉料完全融化后，再依次投入镁锭，当物料全部熔化后，在铝液表面撒上打渣剂进行除渣，待渣铝分离后，人工搅拌或开动永磁搅拌；
(2)精炼，静置，除气，过滤和均质：用氩气将无钠精炼剂喷入熔炼炉中进行第一次精炼，精炼温度为720-740℃，精炼时间为20m/min，精炼时气泡高度在100㎜以下，打开氩气阀开关，将精炼管插入到炉膛中心部位，观察气泡高度，并调整氩气压力，保证气泡高度在100mm以下，第一次人工精炼后转入静置炉，进行第二次精炼，精炼方法与第一次精炼相同，然后将覆盖剂均匀撒在铝液表面，进行静置；静置后进行除气，除气过程中石墨转子速度>350r/min，氩气流量>15L/min，通过石墨转子将氩气打碎，均匀地分布于流动的铝液中，排除氢气；除气后进行过滤，所述过滤为过滤前级30PPi，后级40PPi，过滤后进行均质；
(3)挤压，淬火前装筐，淬火：将静置完成的铝液进行挤压，所述及压过程为：使用100MN挤压机进行挤压，模温440-450℃，棒温425-435℃，挤压速度1.5m/min，风冷至室温；将挤压后的型材进行悬挂式装筐：将型材前端让出30-50cm的长度，在中间钻上φ35的吊装孔后将吊具固定在型材上，将其吊起进行淬火，每炉的淬火吨位在3吨，数量为6支长度为11m的型材；
(4)时效：将淬火完成的型材在25m时效炉内时效，时效温度175℃，保温13h，保温结束后逐渐冷却至室温。
实施例2
一种轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)投料前大清炉，熔化：采用蓄热式熔炼炉，投料前撒入10kg以上清渣剂，将炉温升至800℃后，保温3min，用大铲将渣线、炉壁、炉底的浮渣铲下，并用铁耙一并将剩余铝液彻底清除炉外，然后将原材料依次投入熔炼炉中进行熔化，所述熔化过程为将原料按照先加入小块或薄片废料，其次加入棒头等大块料，铝硅、铝铜、铝铬合金随投炉料的顺序依次加入，炉料完全融化后，再依次投入镁锭，当物料全部熔化后，在铝液表面撒上打渣剂进行除渣，待渣铝分离后，人工搅拌或开动永磁搅拌；
(2)精炼，静置，除气，过滤和均质：用氩气将无钠精炼剂喷入熔炼炉中进行第一次精炼，精炼温度为720℃，精炼时间为20m/min，精炼时气泡高度在100㎜以下，打开氩气阀开关，将精炼管插入到炉膛中心部位，观察气泡高度，并调整氩气压力，保证气泡高度在100mm以下，第一次人工精炼后转入静置炉，进行第二次精炼，精炼方法与第一次精炼相同，然后将覆盖剂均匀撒在铝液表面，进行静置；静置后进行除气，除气过程中石墨转子速度>350r/min，氩气流量>15L/min，通过石墨转子将氩气打碎，均匀地分布于流动的铝液中，排除氢气；除气后进行过滤，所述过滤为过滤前级30PPi，后级40PPi，过滤后进行均质；
(3)挤压，淬火前装筐，淬火：将静置完成的铝液进行挤压，所述及压过程为：使用100MN挤压机进行挤压，模温440℃，棒温425℃，挤压速度1.5m/min，风冷至室温；将挤压后的型材进行悬挂式装筐：将型材前端让出30-50cm的长度，在中间钻上φ35的吊装孔后将吊具固定在型材上，将其吊起进行淬火，每炉的淬火吨位在3吨，数量为6支长度为11m的型材；
(4)时效：将淬火完成的型材在25m时效炉内时效，时效温度175℃，保温13h，保温结束后逐渐冷却至室温。
实施例3
一种轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)投料前大清炉，熔化：采用蓄热式熔炼炉，投料前撒入10kg以上清渣剂，将炉温升至800℃后，保温5min，用大铲将渣线、炉壁、炉底的浮渣铲下，并用铁耙一并将剩余铝液彻底清除炉外，然后将原材料依次投入熔炼炉中进行熔化，所述熔化过程为将原料按照先加入小块或薄片废料，其次加入棒头等大块料，铝硅、铝铜、铝铬合金随投炉料的顺序依次加入，炉料完全融化后，再依次投入镁锭，当物料全部熔化后，在铝液表面撒上打渣剂进行除渣，待渣铝分离后，人工搅拌或开动永磁搅拌；
(2)精炼，静置，除气，过滤和均质：用氩气将无钠精炼剂喷入熔炼炉中进行第一次精炼，精炼温度为740℃，精炼时间为20m/min，精炼时气泡高度在100㎜以下，打开氩气阀开关，将精炼管插入到炉膛中心部位，观察气泡高度，并调整氩气压力，保证气泡高度在100mm以下，第一次人工精炼后转入静置炉，进行第二次精炼，精炼方法与第一次精炼相同，然后将覆盖剂均匀撒在铝液表面，进行静置；静置后进行除气，除气过程中石墨转子速度>350r/min，氩气流量>15L/min，通过石墨转子将氩气打碎，均匀地分布于流动的铝液中，排除氢气；除气后进行过滤，所述过滤为过滤前级30PPi，后级40PPi，过滤后进行均质；
(3)挤压，淬火前装筐，淬火：将静置完成的铝液进行挤压，所述及压过程为：使用100MN挤压机进行挤压，模温450℃，棒温435℃，挤压速度1.5m/min，风冷至室温；将挤压后的型材进行悬挂式装筐：将型材前端让出30-50cm的长度，在中间钻上φ35的吊装孔后将吊具固定在型材上，将其吊起进行淬火，每炉的淬火吨位在3吨，数量为6支长度为11m的型材；
(4)时效：将淬火完成的型材在25m时效炉内时效，时效温度175℃，保温13h，保温结束后逐渐冷却至室温。
本发明中未详细写出的的步骤为6061型材制备过程中的常规技术。
铝型材超声波检验分AA、A、B三个等级，国标中对三个等级允许的当量值见下表：
在实际检测中我们采取了试块对比法进行检测，以上实施例制备的轮胎模用超宽、超厚铝型材的探伤检测结果是：单个缺陷的最大当量均0-2.0mm之间，多个与长条缺陷的最大当量均在0-1.2mm之间，型材级别均在A级以上。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)投料前大清炉，熔化；
(2)精炼，静置，除气、过滤和均质：
用氩气将无钠精炼剂喷入熔炼炉中进行第一次精炼，精炼温度为720-740℃，精炼时间为20min，精炼时气泡高度在100㎜以下，打开氩气阀开关，将精炼管插入到炉膛中心部位，观察气泡高度，并调整氩气压力，保证气泡高度在100mm以下，第一次精炼后转入静置炉，进行第二次精炼，精炼方法与第一次精炼相同，然后将覆盖剂均匀撒在铝液表面，进行静置；
除气和过滤过程：石墨转子速度>350r/min，氩气流量>15L/min，通过石墨转子将氩气打碎，均匀地分布于流动的铝液中，排除氢气；除气后进行过滤，所述过滤为过滤前级30PPi，后级40PPi；
(3)挤压，淬火前装筐，淬火：将均质完成的铝液进行挤压，所述挤压过程为：使用100MN挤压机进行挤压，模温440-450℃，棒温425-435℃，挤压速度1.5m/min，风冷至室温；将挤压后的型材进行悬挂式装筐：在距所述型材前端30-50cm处钻φ53的吊装孔，所述吊装孔在所述型材宽度的中间位置，将吊具固定在所述吊装孔上，将所述型材吊起进行淬火，每炉的淬火吨位在3吨，淬火数量为6支长度为11m的型材；
(4)时效：将淬火完成的型材在25m时效炉内时效，时效温度175℃，保温13h，保温结束后逐渐冷却至室温。
2.根据权利要求1所述轮胎模用超宽、超厚铝型材的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括如下步骤：
采用蓄热式熔炼炉，投料前撒入10kg以上清渣剂，将炉温升至800℃后，保温3-5min，用大铲将渣线、炉壁、炉底的浮渣铲下，并用铁耙一并将剩余铝液彻底清除炉外，然后将金属原料依次投入熔炼炉中进行熔化，所述熔化过程为将所述金属原料按照先加入小块或薄片废料，其次加入大块料，铝硅、铝铜、铝铬合金的顺序依次加入，炉料完全融化后，再投入镁锭，当金属原料全部熔化后，在铝液表面撒上打渣剂进行除渣，待渣铝分离后，人工搅拌或开动永磁搅拌。
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