CN104357712A - 铝合金材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金材料及制备方法，铝合金材料，包括如下组分：钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂、铁和硼，其余成分为铝。制备铝合金材料的方法包括以下步骤：（1）将钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂、铁、硼和铝分别预热，并分别各自搅拌，直到各组分完全熔化；（2）熔融的各组分别快速混合，快速搅拌均匀；（3）熔融的各组分的混合液进行浇筑，浇筑完成后自然冷却；（4）铝合金材料进行时效处理；（5）铝合金材料进行软化处理。本发明在铝元素中添加镁元素，改善铝合金的机械强度和拉伸性能，提高铝合金的抗张强度、屈服极限以及耐热性能，同时，还可以提高合金的塑性。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料及制备方法，属于金属材料机金属材料的加工技术领域。
背景技术
铝是纯白色轻金属，有延展性，商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热猛烈燃烧，并发出炫目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液，难溶于水。铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。航空、建筑、汽车三大重要行业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用，铝的应用极为广泛。
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之伸入。铝合金密度低，但是强度比较高，接近甚至超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性，导热性和抗蚀性，工业上广发使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此，铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
铝合金材料大量运用于建筑、民用和工业领域，而目前工业用高强度铝合金材料很多不同的要求，如，要求具有高强度、高韧性和良好的加工成型性能、高耐腐蚀能力，有多种表面处理性能或者良好的热处理性能等。目前，高强铝合金在工业领域运用的数量和范围越来越大，但，现有的高强铝合金材料远远不能满足工业领域的要求。现有高强铝合金材料只满足上述部分条件，不能同时满足上述所有条件，尤其是在加工成型、表面质量、热处理等性能方面不能满足。这也使得高强度铝合金材料在工业领域中的使用收到限制，影响高强度铝合金在工业领域的使用量。综上，运用于工业领域的铝合金材料一般要求具有高强度，高韧性、高表面质量和多种表面处理能力，但是由于这种铝合金化程度高，其存在加工成型困难、热处理要求高、表面质量差、表面吃力困难的不足。
高强铝合金具有强度高，塑性好，可焊性好以及耐腐蚀性能优良等特点，被广泛应用于飞机的各种结构件和其他强度要求高的高应力焊接结构件上，是目前许多军用和民用飞机、交通运输工具中不可缺少的重要结构材料。随着航天航空技术发展对材料要求的日益提高，研究人员正着力开发强度更高，综合性能优良的高强度可焊接铝合金，目前为提高焊接用的高强度铝合金的综合性能，主要是在追求材料高强度的同时，降低由于强度提高对抗应力腐蚀性能、断裂韧性和疲劳强度等造成不良影响。
随着各行业对高强度铝合金的要求日益提高，并提出了高载荷、轻质化、高强、高韧、高模量、良好耐腐蚀性能及焊接性能等一系列要求，但目前的研究在一味追求高强度、高韧性铝合金却忽视了提高材料的焊接性能，使得现有的铝合金材料要么强度高而焊接性能差或者焊接性能好胆强度低，导致部分铝合金结构零件的尺寸选择上偏向与尺寸较厚且焊接性能较好的材料。零件尺寸较厚主要由两个发面原因：一方面由于强度低而达不到需要的强度，因此借助厚度来解决所需的高载荷问题；另一方面现存的铝合金大多数是追求高强度高韧性，而很少又在强度基础上重视焊接性能的，因此，在高潜伏铝合金焊接方面的不足，使得铝合金的结构件在选择上会偏向强度低而有较好的焊接性能的材料，从而会造成的零件尺寸较厚导致无法满足铝合金结构件高载荷和轻质化的要求。
发明人检索发现，申请号为201210225837.7的发明专利（一种铁合金材料），其特征是：组成合金材料的金属元素为Fe、Co、Ni、Cu、Cr ；合金材料各元素质量百分成分：Co 16.81 ～ 17.08，Ni16.83 ～ 17.20，Cu 17.69 ～ 18.40，Cr 14.58 ～15.37，Fe 32.02 ～ 33.05，其余为杂质元素，各组成元素的质量百分比之和为100％。其优点是：本发明提供的铁合金材料，添加各的元素使合金材料具有良好强度、韧性及力学性能，从而具有很好的压缩强度和塑性，随热处理温度的升高，该材料压缩强度没有明显的降低，且塑性得到大幅度的提升，同时合金材料具有耐高温性。合金材料在800℃温度下退火保温5 小时后，合金材料的强度和塑性综合性能最佳。但是该铁合金材料制作程序复杂，制作成本高，周期长。
还检索发现申请号为201310712907.6的发明公开一种银合金材料以及其制备工艺，银合金材料由重量组分的合金成分组成：银85-96，铜1-3，锌1.0-1.6，钯0.2-1.0，镉0.2-0.8，锆1.2-2.0，钌1.1-2.0，镁0.5-1.3。该发明提高了银合金的耐高温性能、延展性和硬度，使银合金材料更易于造型，且在银合金材料中添加的的网状结构，提高了银合金材料的整体稳定性和银合金材料的延展性，使银合金更易于加工成型，因为网状结构的三元合金金属丝比较细致，且包裹在银- 铜的二元合金中，不影响银合金材料的成色和加工后的饰品的美观度。等离子清洗机清洗可以使银合金材料不易氧化。但是该专利的材料成本高，由于较高的价格导致应用范围受限，不可能广泛应用。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了铝合金材料及制备方法，本铝合金材料的组分及制备方法如下：
铝合金材料，主要成分是铝，铝合金材料中包括如下组分：钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂和铁；其特征是各组分的重量百分比分别为：
钼：0.01%~0.04%，
镉：0.01%~0.06%，
镁：0.1%~0.9%，
铜：0.1%~0.3%，
硅：0. 5%~1.5%，
锌：0. 6%~1.0%，
锰：0.11%~0.19%，
锂：0.01%~0.08%，
铁：0.6%~1.6%。
所述铝合金材料中还包括硼，硼的重量百分比为0.02%~0.09%。
所述铝合金材料中各组分的重量百分比分别为：
钼：0.02%~0.03%，
镉：0.02%~0.04%，
镁：0.3%~0.7%，
铜：0.15%~0.25%，
硅：0. 7%~1.3%，
锌：0. 7%~0.9%，
锰：0.13%~0.17%，
锂：0.02%~0.07%，
铁：0.8%~1.4%，
硼：0.04%~0.07%。
其余成分为铝。
所述铝合金材料中各组分的重量百分比分别为：钼：0.025%，镉：0.03%，镁：0.5%，铜：0.2%，硅：1.0%，锌：0. 8%，锰：0.15%，锂：0.04%，铁：1.1%，硼：0.05%，其余成分为铝。
制备铝合金材料的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂、铁、硼和铝分别预热到2610℃、595℃、649℃、1084℃、1414℃、420℃、1244℃、845℃、1535℃、和450℃，并分别各自搅拌，直到各组分完全熔化；
（2）将步骤（1）所述的熔融的各组分别快速混合，快速搅拌均匀；
（3）将步骤（2）所述的熔融的各组分的混合液进行浇筑，浇筑完成后自然冷却；
（4）将步骤（3）所得到的铝合金材料进行时效处理，时效处理的时间为1~5天，温度为250℃~350℃；
（5）将步骤（4）所得到的铝合金材料进行软化处理，软化处理时间为3~4天，温度为400℃~480℃。
本发明中含有钼元素，钼元素作为复杂合金化的特征添加元素，钼在合金中形成AlMo3~ Al12Mo等金属化合物弥散性高温强化相，有效地提高了合金的室温强度、耐热强度。
本发明的主要元素是铝元素，通过在铝元素中添加原子半径较大的镁元素，镁能够引起结晶格子产生畸变，引起固溶硬化，同时，镁还可以改善铝合金的机械强度和拉伸性能，提高铝合金的抗张强度、屈服极限以及耐热性能，抗拉强度大于455Mpa，延伸率为2~8%；硬度HB大于135，屈服强度高于360Mpa；同时，还可以提高合金的塑性。
本发明的铝合金材料的制备方法，分别将各组分加热熔化，然后快速混合、快速搅拌，各组分混合均匀，浇筑成型后，形成合金材料板材，将其进行时效处理和软化处理，提高了铝合金的综合性能；同时，制备的各步骤可以实现精确控制，有利于工业化生产，制备工艺简单。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
实施例1：
铝合金材料，主要成分是铝，铝合金材料中包括如下组分：钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂和铁；其特征是各组分的重量百分比分别为：
钼：0.01%，镉：0.01%，镁：0.1%，铜：0.1%，硅：0. 5%，锌：0. 6%，锰：0.11%，锂：0.01%，铁：0.6%。
实施例2：
铝合金材料，主要成分是铝，铝合金材料中包括如下组分：钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂和铁；其特征是各组分的重量百分比分别为：
钼： 0.04%，镉： 0.06%，镁： 0.9%，铜： 0.3%，硅： 1.5%，锌： 1.0%，锰： 0.19%，锂： 0.08%，铁： 1.6%。
实施例3：
铝合金材料，主要成分是铝，铝合金材料中包括如下组分：钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂和铁；其特征是各组分的重量百分比分别为：
钼：0.01%，镉：0.01%，镁：0.1%，铜：0.1%，硅：0. 5%，锌：0. 6%，锰：0.11%，锂：0.01%，铁：0.6%；
所述铝合金材料中还包括硼，硼的重量百分比为0.02%。
实施例4：
铝合金材料，主要成分是铝，铝合金材料中包括如下组分：钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂和铁；其特征是各组分的重量百分比分别为：
钼： 0.04%，镉： 0.06%，镁： 0.9%，铜： 0.3%，硅： 1.5%，锌： 1.0%，锰： 0.19%，锂： 0.08%，铁： 1.6%；
所述铝合金材料中还包括硼，硼的重量百分比为0.09%。
实施例5：
所述铝合金材料中各组分的重量百分比分别为：钼：0.025%，镉：0.03%，镁：0.5%，铜：0.2%，硅：1.0%，锌：0. 8%，锰：0.15%，锂：0.04%，铁：1.1%，硼：0.05%，其余成分为铝。
实施例6：
制备铝合金材料的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂、铁、硼和铝分别预热到2610℃、595℃、649℃、1084℃、1414℃、420℃、1244℃、845℃、1535℃、和450℃，并分别各自搅拌，直到各组分完全熔化；
（2）将步骤（1）所述的熔融的各组分别快速混合，快速搅拌均匀；
（3）将步骤（2）所述的熔融的各组分的混合液进行浇筑，浇筑完成后自然冷却；
（4）将步骤（3）所得到的铝合金材料进行时效处理，时效处理的时间为1~5天，温度为250℃~350℃；
（5）将步骤（4）所得到的铝合金材料进行软化处理，软化处理时间为3~4天，温度为400℃~480℃。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.铝合金材料，主要成分是铝，铝合金材料中包括如下组分：钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂和铁；其特征是各组分的重量百分比分别为：
钼：0.01%~0.04%，
镉：0.01%~0.06%，
镁：0.1%~0.9%，
铜：0.1%~0.3%，
硅：0. 5%~1.5%，
锌：0. 6%~1.0%，
锰：0.11%~0.19%，
锂：0.01%~0.08%，
铁：0.6%~1.6%。
2.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征是所述铝合金材料中还包括硼，硼的重量百分比为0.02%~0.09%。
3.根据权利要求2所述的铝合金材料，其特征是所述铝合金材料中各组分的重量百分比分别为：
钼：0.02%~0.03%，
镉：0.02%~0.04%，
镁：0.3%~0.7%，
铜：0.15%~0.25%，
硅：0. 7%~1.3%，
锌：0. 7%~0.9%，
锰：0.13%~0.17%，
锂：0.02%~0.07%，
铁：0.8%~1.4%，
硼：0.04%~0.07%，其余成分为铝。
4.根据权利要求3所述的铝合金材料，其特征是所述铝合金材料中各组分的重量百分比分别为：钼：0.025%，镉：0.03%，镁：0.5%，铜：0.2%，硅：1.0%，锌：0. 8%，锰：0.15%，锂：0.04%，铁：1.1%，硼：0.05%，其余成分为铝。
5.制备权利要求4所述的铝合金材料的方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将钼、镉、镁、铜、硅、锌、锰、锂、铁、硼和铝分别预热到2610℃、595℃、649℃、1084℃、1414℃、420℃、1244℃、845℃、1535℃、和450℃，并分别各自搅拌，直到各组分完全熔化；
（2）将步骤（1）所述的熔融的各组分别快速混合，快速搅拌均匀；
（3）将步骤（2）所述的熔融的各组分的混合液进行浇筑，浇筑完成后自然冷却；
（4）将步骤（3）所得到的铝合金材料进行时效处理，时效处理的时间为1~5天，温度为250℃~350℃；
（5）将步骤（4）所得到的铝合金材料进行软化处理，软化处理时间为3~4天，温度为400℃~480℃。
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