CN104789831B - 一种时效强化铝合金型材 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时效强化铝合金型材，涉及金属材料领域，所述铝合金型材组成成分按重量百分比包含：Mg：0.75‑0.90；Si：0.5‑0.6；Cu：0.10‑0.14；Mn：0.20‑0.25；Ti：0‑0.1；Cr：0‑0.1；Fe：0.1‑0.3；Zn：0.20‑0.28；余量为Al。本发明中所述铝合金型材材料，通过对合金成分进行了优化，并对生产工艺中熔炼铸造、均匀化、挤压、热处理、表层处理进行了优化，有效提升了型材的机械性能和表层膜层质量。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种时效强化铝合金型材。
背景技术
推拉窗优点是简洁、美观、窗幅大、玻璃块大、视野开阔、采光率高、擦玻璃方便、使用灵活、安全可靠、使用寿命长，在一个平面内开启，占有空间少，安装纱窗方便等。目前门窗中使用最广泛的就是推拉窗，由于铝合金型材相对于其他金属型材具有质量轻、美观经济的优点，目前推拉窗主要是采用铝合金型材制作。现有技术中，时效强化铝合金型材的性能仍未达到最优，依然需要不断进行改进。
因此，如何通过优化铝合金型材生产工艺，得到一种优异的铝合金型材，更好的满足推拉窗的使用要求是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种时效强化铝合金型材，实现了铝合金型材生产工艺的优化，其性能优异。
本发明公开了一种时效强化铝合金型材，其组分成分按重量百分比包括：Mg：0.75-0.90；Si：0.5-0.6；Cu：0.10-0.14；Mn：0.20-0.25；Ti：0-0.1；Cr：0-0.1；Fe：0.1-0.3；Zn：0.20-0.28；余量为Al，并按以下步骤制备：
S1：称取各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2：将S1中得到的铸锭放置于540-580℃的保温炉中，并在540-580℃下保温7-9h，保温完成后保温炉冷至295-310℃后，空冷至室温后；
S3：挤压：将S2中得到的铸锭车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直；
S4：热处理：将S3中完成拉伸矫直型材在1.5-2.5h内放置于148-153℃的保温炉内，并以2-3℃/h的平均速度升温至163-168℃后，在此温度下保温2.5-3h后，空冷至室温；
S5：表层处理：将S4中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为(40±1.5)g/L硫酸+(15±0.8)g/L已二酸，阳极氧化温度为22-25℃，阳极氧化时间为18-22min，电压为(15±1)V，阴极材料为纯铅板，电流小于1A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
优选地，其组成成分中，Mg与Si的质量比为(1.2-1.5):1。
优选地，在步骤S2中，保温炉的温度为560℃。
优选地，在步骤S4中，将S3中完成拉伸矫直型材在1h内放置于150℃的保温炉内。
优选地，在步骤S4中，保温炉从148-153℃升至163-168℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系。
本发明中，提出的时效强化铝合金型材通过成分优化，生产工艺改进，提升了铝合金型材的综合性能，与现有技术相比，具体优点如下：
1、对合金成分进行了优化，提高了合金中Mg元素和Si元素的含量，并适当地提高了Mn元素、Cu元素和Zn元素的含量；由于Mg2Si相是Al-Mg-Si系合金中的主要强化相，其数量、尺寸和形态对合金性能的影响极大，通过提高合金中Mg元素和Si元素的含量，可以提高合金中Mg2Si相的含量，从而为最终合金强度的提升奠定基础，适量的Zn的加入有助于提高合金的最终强度，同时，少量Cu的加入，可以生成CuAl2相和Cu3Al2相，这两种相有着时效强化效果，有助于最终合金强度的提高；适量的Mn元素的加入，使铸锭经后续均匀化处理后，针状β-Al9FeSi相转变为粒状α-Al15(FeMn)3Si2弥散相，从而消除粗大针状结晶相对合金性能的有害影响，降低杂质元素Fe对材料性能的不利影响，提高合金的塑形，同时，粒状α-Al15(FeMn)3Si2弥散相质点还可以阻止合金在后续热挤压变形过程中的再结晶，并促进时效过程中Mg2Si相的析出，细化再结晶晶粒，Mn还能扩大淬火温度上限，增大合金元素的固溶度，从而提高合金综合性能；
2、对生产工艺进行了改进，通过对均匀化处理工艺的优化，使得均匀化后合金晶界更细，固溶相在基体中的分布更加弥散，为合金的后续挤压加工提供了良好的基础，从而有利于成品率，通过对热处理工艺的优化，控制了Mg2Si强化相的析出过程，提升了Mg2Si强化相数量、减小了Mg2Si强化相尺寸并使得Mg2Si强化相分布形态更加合理，使得合金获得更好的机械性能，通过对表层处理工艺的优化，改善了合金表面形貌和状态，提高了表层膜层的稳定性，提升了合金的耐蚀性。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
本发明所公开的时效强化铝合金型材，各实施例中铸锭的成分配比(重量百分比)检测结果如表1所示：
| Mg | Si | Cu | Mn | Cr | Ti | Zn | Fe | Al | |
| 实施例1 | 0.9 | 0.6 | 0.10 | 0.22 | 0.10 | 0.08 | 0.26 | 0.2 | 余量 |
| 实施例2 | 0.75 | 0.5 | 0.14 | 0.25 | 0.10 | 0.06 | 0.20 | 0.2 | 余量 |
| 实施例3 | 0.80 | 0.52 | 0.12 | 0.20 | 0.08 | 0.07 | 0.22 | 0.2 | 余量 |
| 实施例4 | 0.82 | 0.55 | 0.10 | 0.23 | 0.07 | 0.08 | 0.28 | 0.21 | 余量 |
| 实施例5 | 0.85 | 0.58 | 0.12 | 0.20 | 0.06 | 0.08 | 0.27 | 0.18 | 余量 |
| 实施例6 | 0.83 | 0.56 | 0.13 | 0.24 | 0.07 | 0.06 | 0.25 | 0.22 | 余量 |
各实施例制备方式如下：
实施例1
S1：称取各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2：均匀化：将S1中得到的铸锭放置于540℃的保温炉中，并在540℃下保温9h，保温完成后保温炉冷至295℃后，空冷至室温；
S3：挤压：将S2中得到的铸锭车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直；
S4：热处理：将S3中完成拉伸矫直型材在1h内放置于150℃的保温炉内，并以3℃/h的平均速度升温至165℃后，在165℃保温3h后，空冷至室温，其中，保温炉从150℃升至165℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S5：表层处理：将S4中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为41.5g/L硫酸+15.5g/L已二酸，阳极氧化温度为23℃，阳极氧化时间为22min，电压为15V，阴极材料为纯铅板，电流小于1A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例2
S1：称取各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2：均匀化：将S1中得到的铸锭放置于580℃的保温炉中，并在580℃下保温7h，保温完成后保温炉冷至310℃后，空冷至室温；
S3：挤压：将S2中得到的铸锭车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直；
S4：热处理：将S3中完成拉伸矫直型材在1h内放置于150℃的保温炉内，并以3℃/h的平均速度升温至165℃后，在165℃保温3h后，空冷至室温，其中，保温炉从150℃升至165℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S5：表层处理：将S4中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为38.5g/L硫酸+15.8g/L已二酸，阳极氧化温度为23℃，阳极氧化时间为18min，电压为14V，阴极材料为纯铅板，电流小于1A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例3
S1：称取各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2：均匀化：将S1中得到的铸锭放置于560℃的保温炉中，并在560℃下保温8h，保温完成后保温炉冷至295-310℃后，空冷至室温；
S3：挤压：将S2中得到的铸锭车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直；
S4：热处理：将S3中完成拉伸矫直型材在1h内放置于150℃的保温炉内，并以3℃/h的平均速度升温至165℃后，在165℃保温3h后，空冷至室温，其中，保温炉从150℃升至165℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S5：表层处理：将S4中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为40g/L硫酸+15.2g/L已二酸，阳极氧化温度为24℃，阳极氧化时间为20min，电压为15V，阴极材料为纯铅板，电流小于1A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例4
S1：称取各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2：均匀化：将S1中得到的铸锭放置于560℃的保温炉中，并在560℃下保温8h，保温完成后保温炉冷至295-310℃后，空冷至室温；
S3：挤压：将S2中得到的铸锭车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直；
S4：热处理：将S3中完成拉伸矫直型材在1h内放置于150℃的保温炉内，并以3℃/h的平均速度升温至165℃后，在165℃保温3h后，空冷至室温，其中，保温炉从153℃升至168℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S5：表层处理：将S4中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为40.5g/L硫酸+14.2g/L已二酸，阳极氧化温度为25℃，阳极氧化时间为18-22min，电压为16V，阴极材料为纯铅板，电流小于1A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例5
S1：称取各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2：均匀化：将S1中得到的铸锭放置于560℃的保温炉中，并在560℃下保温8h，保温完成后保温炉冷至300℃后，空冷至室温；
S3：挤压：将S2中得到的铸锭车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直；
S4：热处理：将S3中完成拉伸矫直型材在1h内放置于150℃的保温炉内，并以3℃/h的平均速度升温至165℃后，在165℃保温3h后，空冷至室温，其中，保温炉从150℃升至165℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S5：表层处理：将S4中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为41.2g/L硫酸+14.9g/L已二酸，阳极氧化温度为22℃，阳极氧化时间为21min，电压为14V，阴极材料为纯铅板，电流小于1A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
实施例6
S1：称取各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2：均匀化：将S1中得到的铸锭放置于550℃的保温炉中，并在550℃下保温9h，保温完成后保温炉冷至300℃后，空冷至室温；
S3：挤压：将S2中得到的铸锭车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直；
S4：热处理：将S3中完成拉伸矫直型材在1h内放置于150℃的保温炉内，并以3℃/h的平均速度升温至165℃后，在165℃保温3h后，空冷至室温，其中，保温炉从150℃升至165℃的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关系；
S5：表层处理：将S4中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为40g/L硫酸+15g/L已二酸，阳极氧化温度为24℃，阳极氧化时间为21min，电压为14V，阴极材料为纯铅板，电流小于1A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔。
在实施例1-6中，铁元素为非添加元素，其主要来源于熔炼过程中模具使用不可避免的引入；均匀化处理中，在540℃以上保温超过7h，可以消除铸锭晶界上的非平衡凝固共晶组织，使合金晶界变细，固溶相弥散分布在基体中，使得后续加工顺利，有利于提高成品率，炉冷至310℃后空冷至室温，可以充分利用热能并巩固均匀化成果；通过对热处理工艺的优化，从148-153℃以2-3℃/h的平均速度升温至163-168℃过程中，起始时效温度较低，同时升温速率缓慢，使得Mg2Si强化相能够得到充分形核，缓慢析出，有利于Mg2Si强化相析出弥散分布，匹配了本合金成分中，Mg元素和Si元素的含量较大，析出动力强的特点，随后在163-168℃保温2.5-3h，给予Mg2Si强化相长大时间，并充分挖掘时效强化潜能，整个时效过程属于低温长时时效，利于Mg2Si强化相的形核数量增加，使得整体析出状态弥散均匀，从而控制了Mg2Si强化相的析出过程，提升了Mg2Si强化相数量、减小了Mg2Si强化相尺寸并使得Mg2Si强化相分布形态更加合理，使得合金获得更好的机械性能；通过对表层处理工艺的优化，阳极氧化过程中，由于己二酸能与Al3+发生反应生产不溶物Al2(C6H8O4)3，吸附在第二相颗粒附近，在一定程度上抑制了O2的生成，使得膜层更加平整，同时Al2(C6H8O4)3型复合物能有效地延缓阻挡层的溶解，使得型材具有更好的耐蚀性能，从而改善了合金表面形貌和状态，提高了表层膜层的稳定性，提升了合金的耐蚀性。
实施例1-6中，重复测试五组所述时效强化铝合金型材的拉伸强度、落砂试验磨耗系数、滴碱试验以及延伸率，所得平均数据以及铝合金型材6063-T6阳极氧化型材的参数值列于表2中。
表2实施例1-6与典型的6063-T6阳极氧化型材机械性能参数
由上述表1中实施例1-6与典型的6063-T6阳极氧化型材拉伸强度、落砂试验磨耗系数、滴碱试验和延伸率的测试数据可知，无论单一性能还是综合性能，本发明中所述的时效强化铝合金型材均优于典型的6063-T6阳极氧化型材，具有优异的机械性能、耐磨性和耐蚀性。
Claims (3)
1.一种时效强化铝合金型材，其特征在于，其组分成分按重量百分比包括：Mg：0.75-0.90；Si：0.5-0.6；Cu：0.10-0.14；Mn：0.20-0.25；Ti：0-0.1；Cr：0-0.1；Fe：0.1-0.3；Zn：0.20-0.28；余量为Al，并按以下步骤制备：
S1：称取各原料进行熔炼，得到铸锭；
S2：将S1中得到的铸锭放置于540-580℃的保温炉中，并在540-580℃下保温7-9h，保温完成后保温炉冷至295-310℃后，空冷至室温后；
S3：挤压：将S2中得到的铸锭车去外皮，在液压机上进行挤压，挤压前对挤压筒、挤压模和铸锭进行加热，挤压完成后待型材冷却至50℃以下，对型材进行拉伸矫直；
S4：热处理：将S3中完成拉伸矫直型材在1.5-2.5h内放置于148-153℃的保温炉内，并以2-3℃/h的平均速度升温至163-168℃后，在此温度下保温2.5-3h后，空冷至室温；
S5：表层处理：将S4中完成的热处理的型材按照脱脂→碱洗→水冲洗→出光→水冲洗→阳极氧化→封孔→干燥的处理路线进行表层处理，其中，阳极氧化溶液组成为(40±1.5)g/L硫酸+(15±0.8)g/L已二酸，阳极氧化温度为22-25℃，阳极氧化时间为18-22min，电压为(15±1)V，阴极材料为纯铅板，电流小于1A/dm2，封孔采用稀铬酸封孔；
其组成成分中，Mg与Si的质量比为(1.2-1.5):1；
在步骤S4中，保温炉从148-153℃升至163-168℃的过程中，随温度的升高，升温速率减小，且温度与时间成正弦函数关系。
2.根据权利要求1所述的时效强化铝合金型材，其特征在于，在步骤S2中，保温炉的温度为560℃。
3.根据权利要求1所述的时效强化铝合金型材，其特征在于，在步骤S4中，将S3中完成拉伸矫直型材在1h内放置于150℃的保温炉内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Time-efficient reinforced aluminium alloy extrusion Effective date of registration: 20200119 Granted publication date: 20180831 Pledgee: Tianchang Science and Technology Financing Guarantee Co., Ltd. Pledgor: Anhui Xin Fa Aluminum Products Co., Ltd. Registration number: Y2020980000179 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20200417 Granted publication date: 20180831 Pledgee: Tianchang Science and Technology Financing Guarantee Co., Ltd. Pledgor: ANHUI XIN FA ALUMINUM PRODUCTS Co.,Ltd. Registration number: Y2020980000179 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |