CN105420567A - 一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材 - Google Patents

一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其成分包括：Mg、Cu、Mn、Zn、Zr、Ti、Cr、Fe、Y、Si、余量为Al；所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材按照以下工艺制备：将各原料进行熔炼，浇注后得到铸锭；将铸锭在460-500℃下保温2-5h，然后在520-550℃后保温10-15h得到均匀化铸锭；将挤压模具和均匀化铸锭预热后置于挤压机上进行挤压并拉伸矫直得到挤压件；将挤压件放置于保温炉内进行多级热处理得到热处理件；将热处理件脱脂、铬化后进行粉末喷涂。本发明提出的高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其强度高，韧性和耐腐蚀性好。

Description

一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材。
背景技术
铝合金具有密度小、易成型加工、导电导热性好以及资源丰富等众多优良性能，是工业中应用最为广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、交通、建材、石油、化工、电子、电力、国防等领域均有广泛应用。但是铝合金型材的强度和韧性之间往往存在着矛盾，过去几十年，人们对于如何提高铝合金的强度和韧性也进行了广泛深入的研究，然而随着现代工业与国防的发展，人们对铝合金材料的数量和质量提出了更高的要求，因此，在保持超高强度的同时,综合提高铝合金的耐腐蚀性和断裂性能是目前亟待解决的问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其强度高，韧性和耐腐蚀性好，使用寿命长。
本发明提出的一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.2-1.8％；Cu：2-3％；Mn：0.1-0.3％；Zn：5-8％；Zr：0.05-0.2％；Ti：0.02-0.1％；Cr：0.09-0.15％；Fe：0.05-0.25％；Y：0.05-0.3％；Si：0.01-0.05％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，浇注后得到铸锭；其中，浇注温度为700-720℃；
S2、将铸锭在460-500℃下保温2-5h，然后升温至520-550℃后保温10-15h得到均匀化铸锭；
S3、将挤压模具和均匀化铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为450-470℃，预热时间为2-3.5h，均匀化铸锭的预热温度为470-520℃，预热时间为4-6h，挤压的速度为5-40m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为0.5-2.0％；
S4、将挤压件放置于保温炉内，在400-450℃下保温1-1.5h，升温至480-500℃后保温2-3h，然后在510-530℃下保温0.5-1.2h，空冷至室温，然后在195-205℃后保温5-10h，降温至120-150℃后保温6-10h，空冷至室温后得到热处理件；
S5、将热处理件水洗后进行脱脂处理10-15min，然在室温下铬化1-4min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为45-55KV，枪距为20-30cm，喷涂厚度为0.85-1.0mm，喷涂结束后在150-180℃下固化15-20min得到所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材。
优选地，其成分中，Cu与Mg的重量比为2：1。
优选地，在S1中，浇注温度为700℃。
优选地，在在S2中，升温至520-550℃的过程中，升温速率为20-35℃/min。
优选地，在在S3中，空冷或者水冷至50℃以下的过程中，冷却速度为135-180℃/min。
优选地，在S4中，将挤压件放置于保温炉内，在420℃下保温1.3h，升温至485℃后保温2.6h，然后在520℃下保温1h，空冷至室温，然后在200℃后保温6h，降温至130℃后保温8h，空冷至室温后得到热处理件。
优选地，在S5中，在铬化过程中，铬化剂为硫酸铬溶液、三氯化铬溶液和硝酸铬溶液中的一种或多种的混合物。
优选地，在S5中，铬化剂的浓度为5-10g/L，pH值为1.6-2.0。
优选地，在S5中，在粉末喷涂过程中，所用的粉末粒径为50-65μm。
本发明所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材的成分以Al、Zn、Mg、Cu为主合金元素，通过控制Cu与Mg的比例，提高了铝合金的强度，开发出了强度和韧性优异的铝合金型材，调节了体系中Zn的含量，改善了铝合金型材的韧性和抗剥落腐蚀性，并添加了Cr、Mn和Zr，在体系中形成了铝化物弥散相，多种铝化物弥散相协同后，具有细化铸态晶粒，强化钉扎位错的作用，从而显著提高了铝合金型材的再结晶温度，降低了晶粒的再结晶，并克服了淬火敏感问题，改善了铝合金型材的强度、断裂韧性和抗应力腐蚀性；加入Y后，在体系中能与Cr、Mn和Zr的铝化物形成新的多元弥散相，这种新的多元弥散相能强烈钉扎位错和亚晶界，显著抑制基体的再结晶，保留了以小角度晶界为主的纤维状组织，从而改善了铝合金型材的腐蚀性能，提高其断裂韧性；在制备过程中，首先对铸锭进行了均匀化处理，在460-500℃下保温2-5h，有利于弥散相粒子形核析出，同时防止了铸锭过烧，之后在520-550℃后保温10-15h，减少了铸造过程中粗大结晶相，促进了合金元素的原子扩散，有利于后续的挤压和拉伸矫直；之后对铸锭和磨具进行了预热，防止了在制备过程中，磨具和铸锭的开裂，挤压后进行了拉伸矫直，通过控制挤压和拉伸矫直的参数，在防止产生“桔皮”、斜角、开口变形的前提下消除了弯曲扭拧，改善了铝合金型材的性能；之后进行了热处理，在热处理的过程中分为了多步处理，通过控制热处理过程中的参数，提高了固溶体的过饱和度的同时减少了粗大未溶结晶相，调控了晶界析出相的大小和分布，提高了铝合金型材的强韧性和耐蚀性，之后进行了粉末喷涂处理，在铝合金型材的表面得到了平整的外膜，防止了腐蚀粒子进入铝合金内部，进一步改善了铝合金型材的耐腐蚀性和强度。
对本发明所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材进行性能检测，其拉伸强度为700-820MPa，屈服强度为635-756MPa，断裂伸长率为14.5-15.6％，冲击功为18.2-19.3J；从上述数据可知，本发明所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材强度高，韧性好。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.8％；Cu：2％；Mn：0.3％；Zn：5％；Zr：0.2％；Ti：0.02％；Cr：0.15％；Fe：0.05％；Y：0.3％；Si：0.01％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，浇注后得到铸锭；其中，浇注温度为720℃；
S2、将铸锭在460℃下保温5h，然后升温至520℃后保温15h得到均匀化铸锭；
S3、将挤压模具和均匀化铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为450℃，预热时间为3.5h，均匀化铸锭的预热温度为470℃，预热时间为6h，挤压的速度为5m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为2.0％；
S4、将挤压件放置于保温炉内，在400℃下保温1.5h，升温至480℃后保温3h，然后在510℃下保温1.2h，空冷至室温，然后在195℃后保温10h，降温至120℃后保温10h，空冷至室温后得到热处理件；
S5、将热处理件水洗后进行脱脂处理10min，然在室温下铬化4min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为45KV，枪距为30cm，喷涂厚度为0.85mm，喷涂结束后在180℃下固化15min得到所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材。
实施例2
本发明提出的一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.3％；Cu：2.3％；Mn：0.26％；Zn：6.5％；Zr：0.18％；Ti：0.04％；Cr：0.13％；Fe：0.1％；Y：0.26％；Si：0.02％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，浇注后得到铸锭；其中，浇注温度为710℃；
S2、将铸锭在475℃下保温4.3h，然后升温至530℃后保温13.8h得到均匀化铸锭；
S3、将挤压模具和均匀化铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为455℃，预热时间为3.2h，均匀化铸锭的预热温度为480℃，预热时间为5h，挤压的速度为12m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为1.3％；
S4、将挤压件放置于保温炉内，在430℃下保温1.2h，升温至485℃后保温2.6h，然后在520℃下保温0.9h，空冷至室温，然后在200℃后保温7h，降温至128℃后保温9.5h，空冷至室温后得到热处理件；
S5、将热处理件水洗后进行脱脂处理13.5min，然在室温下铬化2min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为52KV，枪距为26cm，喷涂厚度为0.95mm，喷涂结束后在158℃下固化19min得到所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材。
实施例3
本发明提出的一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.5％；Cu：2.6％；Mn：0.15％；Zn：6.8％；Zr：0.15％；Ti：0.06％；Cr：0.13％；Fe：0.22％；Y：0.25％；Si：0.015％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，浇注后得到铸锭；其中，浇注温度为712℃；
S2、将铸锭在478℃下保温2.6h，然后升温至528℃后保温13.8h得到均匀化铸锭；其中，升温至528℃的过程中，升温速率为26℃/min；
S3、将挤压模具和均匀化铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为462℃，预热时间为2.3h，均匀化铸锭的预热温度为495℃，预热时间为5.1h，挤压的速度为33m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为1.3％；空冷或者水冷至50℃以下的过程中，冷却速度为135℃/min；
S4、将挤压件放置于保温炉内，在444℃下保温1.3h，升温至498℃后保温2.7h，然后在522℃下保温1h，空冷至室温，然后在202℃后保温8.5h，降温至138℃后保温7.8h，空冷至室温后得到热处理件；
S5、将热处理件水洗后进行脱脂处理15min，然在室温下铬化3.8min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为50KV，枪距为27cm，喷涂厚度为0.89mm，喷涂结束后在168℃下固化17min得到所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材。
实施例4
本发明提出的一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.25％；Cu：2.5％；Mn：0.12％；Zn：7.3％；Zr：0.1％；Ti：0.08％；Cr：0.1％；Fe：0.21％；Y：0.2％；Si：0.035％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，浇注后得到铸锭；其中，浇注温度为700℃；
S2、将铸锭在490℃下保温3.2h，然后升温至545℃后保温12h得到均匀化铸锭；其中，升温至545℃的过程中，升温速率为35℃/min；
S3、将挤压模具和均匀化铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为467℃，预热时间为2.7h，均匀化铸锭的预热温度为500℃，预热时间为4.8h，挤压的速度为30m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为1％，空冷或者水冷至50℃以下的过程中，冷却速度为180℃/min；
S4、将挤压件放置于保温炉内，在420℃下保温1.3h，升温至485℃后保温2.6h，然后在520℃下保温1h，空冷至室温，然后在200℃后保温6h，降温至130℃后保温8h，空冷至室温后得到热处理件；
S5、将热处理件水洗后进行脱脂处理12min，然在室温下铬化3min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为48KV，枪距为28cm，喷涂厚度为0.9mm，喷涂结束后在170℃下固化17min得到所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材；其中，在铬化过程中，铬化剂为硫酸铬溶液，且硫酸铬溶液的浓度为10g/L，pH值为1.6；在粉末喷涂过程中，所用的粉末粒径为50-65μm。
实施例5
本发明提出的一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其成分按重量百分比包括：Mg：1.2％；Cu：3％；Mn：0.1％；Zn：8％；Zr：0.05％；Ti：0.1％；Cr：0.09％；Fe：0.25％；Y：0.05％；Si：0.05％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，浇注后得到铸锭；其中，浇注温度为700℃；
S2、将铸锭在500℃下保温2h，然后升温至550℃后保温10h得到均匀化铸锭；其中，升温至550℃的过程中，升温速率为20℃/min；
S3、将挤压模具和均匀化铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为470℃，预热时间为2h，均匀化铸锭的预热温度为520℃，预热时间为4h，挤压的速度为40m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为0.5％，空冷或者水冷至50℃以下的过程中，冷却速度为170℃/min；
S4、将挤压件放置于保温炉内，在450℃下保温1h，升温至500℃后保温2h，然后在530℃下保温0.5h，空冷至室温，然后在205℃后保温5h，降温至150℃后保温6h，空冷至室温后得到热处理件；
S5、将热处理件水洗后进行脱脂处理15min，然在室温下铬化1min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为55KV，枪距为20cm，喷涂厚度为1.0mm，喷涂结束后在150℃下固化20min得到所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材；其中，在铬化过程中，铬化剂为硫酸铬溶液，且硫酸铬溶液的浓度为5g/L，pH值为2.0；在粉末喷涂过程中，所用的粉末粒径为50-65μm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其特征在于，其成分按重量百分比包括：Mg：1.2-1.8％；Cu：2-3％；Mn：0.1-0.3％；Zn：5-8％；Zr：0.05-0.2％；Ti：0.02-0.1％；Cr：0.09-0.15％；Fe：0.05-0.25％；Y：0.05-0.3％；Si：0.01-0.05％；余量为Al；
根据上述成分配比，所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材按照以下工艺进行制备：
S1、按配比将各原料进行熔炼，浇注后得到铸锭；其中，浇注温度为700-720℃；
S2、将铸锭在460-500℃下保温2-5h，然后升温至520-550℃后保温10-15h得到均匀化铸锭；
S3、将挤压模具和均匀化铸锭预热后置于挤压机上进行挤压，其中，挤压模具的预热温度为450-470℃，预热时间为2-3.5h，均匀化铸锭的预热温度为470-520℃，预热时间为4-6h，挤压的速度为5-40m/min；挤压结束后空冷或者水冷至50℃以下后进行拉伸矫直得到挤压件，其中拉伸率为0.5-2.0％；
S4、将挤压件放置于保温炉内，在400-450℃下保温1-1.5h，升温至480-500℃后保温2-3h，然后在510-530℃下保温0.5-1.2h，空冷至室温，然后在195-205℃后保温5-10h，降温至120-150℃后保温6-10h，空冷至室温后得到热处理件；
S5、将热处理件水洗后进行脱脂处理10-15min，然在室温下铬化1-4min，水洗、干燥后进行粉末喷涂，其中，粉末喷涂过程中，电压为45-55KV，枪距为20-30cm，喷涂厚度为0.85-1.0mm，喷涂结束后在150-180℃下固化15-20min得到所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材。
2.根据权利要求1所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其特征在于，其成分中，Cu与Mg的重量比为2：1。
3.根据权利要求1或2所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其特征在于，在S1中，浇注温度为700℃。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其特征在于，在在S2中，升温至520-550℃的过程中，升温速率为20-35℃/min。
5.根据权利要求1-4中任一项所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其特征在于，在在S3中，空冷或者水冷至50℃以下的过程中，冷却速度为135-180℃/min。
6.根据权利要求1-5中任一项所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其特征在于，在S4中，将挤压件放置于保温炉内，在420℃下保温1.3h，升温至485℃后保温2.6h，然后在520℃下保温1h，空冷至室温，然后在200℃后保温6h，降温至130℃后保温8h，空冷至室温后得到热处理件。
7.根据权利要求1-6中任一项所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其特征在于，在S5中，在铬化过程中，铬化剂为硫酸铬溶液、三氯化铬溶液和硝酸铬溶液中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其特征在于，在S5中，在铬化过程中，铬化剂的浓度为5-10g/L，pH值为1.6-2.0。
9.根据权利要求1-8中任一项所述高强高韧耐腐蚀型铝合金型材，其特征在于，在S5中，在粉末喷涂过程中，所用的粉末粒径为50-65μm。
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