CN105970008B - 一种气缸合金型材及其生产工艺 - Google Patents

一种气缸合金型材及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种气缸合金型材及其生产工艺，气缸合金型材以重量百分比的原料配方如下:0.72%‑0.78%Si，0.25‑0.3%Fe，0.1%Cu，0.54%‑0.58%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti，0.06%‑0.09%Mn，其余为Al。相应地，本发明公开了一种气缸合金型材的生产工艺。本发明采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度小于30℃，保证各点冷切均匀，不会因冷却不均导致变形，影响合金型材精度。

Description

一种气缸合金型材及其生产工艺
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，尤其涉及一种气缸合金型材及其生产工艺。
背景技术
铝合金因具有较高的强度，良好的塑形，优良的可焊性和耐腐蚀性，特别是无应力腐蚀开裂倾向，容易上氧化膜等特性，因而被广泛的应用于各行各业中，气缸用合金型材的需要也在不断增加，气缸工作中承受一定的压力，且在柱塞高速往复运动中承受一定的摩擦，因此要求气缸型材内孔具有很高的真圆度，良好的耐磨性和力学性能，使用寿命长的特点，因此普通气缸用合金型材很难满足以上这些特点，因此有必要研究出一种新的配方及生产工艺，解决以上问题。
本发明提出一种气缸合金型材及其生产工艺，对气缸合金型材合金成分进行了改进，对挤压工艺和热处理工艺进行了优化，由此生产的气缸合金型材具有更好的表面质量，同时具有良好的塑性、抗腐蚀性、焊接性，综合性能优良。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种气缸合金型材及其生产工艺，对气缸合金型材合金成分进行了改进，对挤压工艺和热处理工艺进行了优化，由此生产的气缸合金型材具有更好的表面质量，同时具有良好的塑性、抗腐蚀性、焊接性，综合性能优良。
为达到上述技术效果，本发明实施例提供了一种气缸合金型材，其以重量重要百分比原料配方如下:
0.72%-0.78%Si，0.25-0.3%Fe，0.1%Cu， 0.54%-0.58%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.06%-0.09%Mn，其余为Al。
优选地，杂质总含量不超过0.15%，单种杂质含量不超过0.05%。
一种气缸合金型材的生产工艺，包括以下步骤：
一、将原材料按照预定的比例配好备用，其中，以重量百分比的原材料配方如下:
0.72%-0.78%Si，0.25-0.3%Fe，0.1%Cu， 0.54%-0.58%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.06%-0.09%Mn，其余为Al。
二、将原材料在温度为740℃-750℃的条件下熔铸成液态合金，再冷却形成固态圆铸锭；
三、将固态圆铸锭加热到预设温度。
四、将加热后的圆铸锭进行挤压，形成合金型材；
五、采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度小于30℃，合金型材出水温度小于35℃；
六、将淬火后的合金型材进行时效处理。
优选地，挤压速度为2.0-3.0m/min，圆铸锭预设温度为490-500℃。
优选地，时效温度为165℃-175℃，保温8-12小时。
优选地，时效温度为170℃，保温10小时。
优选地，第二步骤包括：
A、液态合金后，往液态合金里添加辅助元素Mn。
B、将惰性气体通入熔铸后的液态合金中，且在液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和两层泡沫陶瓷三层过滤装置。
优选地，液态合金最先经过的泡沫陶瓷比最后经过的泡沫陶瓷的筛孔尺寸大。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度小于30℃，合金型材出水温度控制在35℃以下，保证各点冷切均匀，不会因冷却不均导致变形，影响合金型材精度。
2、本发明往液态合金里添加辅助元素Mn，可以提高合金的强度，改善耐腐蚀性，冲击韧性、弯曲性能；同时还可以提高合金的再结晶温度，抑制粗晶环的产生。
3、本发明的液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和双层泡沫陶瓷进行过滤，采用三层过滤工艺，一方面尽可能减少了带入的外来杂物，另一方面进可能减少了新的杂物的生成和吸入。
附图说明
图1为本发明一种气缸合金型材的生产工艺的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种气缸合金型材，其以重量配比计的主要原料配方如下:
0.72%-0.78%Si，0.25-0.3%Fe，0.1%Cu， 0.54%-0.58%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.06%-0.09%Mn，其余为Al。
优选地，其他杂质总含量不超过0.15%，单种杂质含量不超过0.05%。
如图1所示，本发明提供了一种气缸合金型材的生产工艺，包括：
S1配料：将原材料按照预定的比例配好备用，其中，以重量百分比的原材料配方如下:
0.72%-0.78%Si，0.25-0.3%Fe，0.1%Cu， 0.54%-0.58%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.06%-0.09%Mn，其余为Al。
优选地，其他杂质总含量不超过0.15%，单种杂质含量不超过0.05%。
S2熔铸：将原材料熔铸成液态合金，熔铸温度为740℃-750℃，再冷却形成固态圆铸锭；
该步骤包括：
S21合金成分优化：在S2步骤得到液态合金后，往液态合金里添加辅助元素，所述辅助元素为Mn，可以提高合金的强度，改善耐腐蚀性，冲击韧性、弯曲性能；同时还可以提高合金的再结晶温度，抑制粗晶环的产生。
S22溶体净化处理：将惰性气体通入熔铸后的液态合金中，且在液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和两层泡沫陶瓷三层过滤装置，其中，所述玻璃丝布设置在液态合金出口的最前端，即液态合金最先经过玻璃丝布过滤，再经过两层泡沫陶瓷过滤，其中液态合金最先经过的泡沫陶瓷（40目）比最后经过的泡沫陶瓷（50目）的筛孔尺寸大，减少了原材料本身带来的杂质。
将惰性气体通入到所述液态合金材料中，减少了新的夹杂物（主要是氧化物和氢气）的含量，采用该方法得到的每100克液态合金中的含氢量可以控制在0.18毫升以下。
S3加热：将S2熔铸后得到的圆铸锭加热到预设温度490-500℃。
S4挤压：将加热后的圆铸锭进行挤压，形成合金型材。
挤压速度影响到变形热的大小，挤压速度越快，热效应越大。挤压速度将直接影响后序工艺的转移时间，由于挤压装置出口离后序工艺装置有一定的距离，因此若挤压速度过慢，则后序工艺转移时间长，对合金型材的力学性能及抗腐蚀性能都会带来损害，因此，在可能的情况下，尽可能提高挤压速度，然而，挤压速度过快，又会在挤压过程中，使得温度升高的太快，导致合金型材发生回复再结晶，因此，挤压速度固定在2.0-3.0m/min，圆铸锭温度为490-500℃，合金型材性能最优。
S5淬火：该配方合金本身的淬火敏感性较低，但由于合金型材很厚，最大壁厚超过30mm，本实施例采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度小于30℃，合金型材出水温度控制在35℃以下，保证各点冷切均匀，不会因冷却不均导致变形，影响合金型材精度。
S6时效：将淬火后的合金型材进行时效处理。
由于所述合金型材的主要强化相是Mg2Si相，当时效温度高于180℃时，粗大、分散的质点沿晶界析出，强度呈现下降趋势；当实现温度低于160℃时，析出质点稀少细小时效不充分，强度达不到最佳值，因此，本发明最佳时效温度为165℃-175℃的范围内，保温8-12小时，本实施例中，时效温度为170℃，保温10小时。
本发明所述的大截面厚壁合金型材的生产工艺，实现了在线淬火，同时保证了型材的尺寸精度和强度。
实施例1
一种气缸合金型材，其以重量配比计的主要原料配方如下:
0.72%Si，0.25%Fe，0.1%Cu， 0.54%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.06%Mn，其余为Al。
实施例2
一种气缸合金型材，其以重量配比计的主要原料配方如下:
0.78%Si，0.3%Fe，0.1%Cu， 0.58%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.09%Mn，其余为Al。
实施例3
一种气缸合金型材，其以重量配比计的主要原料配方如下:
0.75%Si，0.275%Fe，0.1%Cu， 0.56%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.075%Mn，其余为Al。
实施例4
一种气缸合金型材，其以重量配比计的主要原料配方如下:
0.73%Si，0.26%Fe，0.1%Cu， 0.55%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.07%Mn，其余为Al。
实施例5
一种气缸合金型材，其以重量配比计的主要原料配方如下:
0.77%Si，0.28%Fe，0.1%Cu， 0.57%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.08%Mn，其余为Al。
实施例6
一种气缸合金型材的生产工艺如下：
S1配料：将原材料按照下列比例配好备用：
0.72%Si，0.25%Fe，0.1%Cu， 0.54%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.06%Mn，其余为Al。
S2熔铸：将原材料熔铸成液态合金，熔铸温度为740℃，再冷却形成固态圆铸锭；
该步骤包括：
S21合金成分优化：在S2步骤得到液态合金后，往液态合金里添加辅助元素，所述辅助元素为Mn。
S22溶体净化处理：将惰性气体通入熔铸后的液态合金中，且在液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和两层泡沫陶瓷三层过滤装置，其中，所述玻璃丝布设置在液态合金出口的最前端，即液态合金最先经过玻璃丝布过滤，再经过两层泡沫陶瓷过滤，其中液态合金最先经过的泡沫陶瓷（40目）比最后经过的泡沫陶瓷（50目）的筛孔尺寸大。
S3加热：将S2熔铸后得到的圆铸锭加热到490℃。
S4挤压：将加热后的圆铸锭进行挤压，形成合金型材，挤压速度固定在2.0m/min。
S5淬火：采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度25℃。
S6时效：将淬火后的合金型材进行时效处理，时效温度为165℃，保温8小时。
由以上原料配方及生产工艺得到了合金型材A。
实施例7
一种气缸合金型材的生产工艺如下：
S1配料：将原材料按照下列比例配好备用：
0.78%Si，0.3%Fe，0.1%Cu， 0.58%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.09%Mn，其余为Al。
S2熔铸：将原材料熔铸成液态合金，熔铸温度为750℃，再冷却形成固态圆铸锭；
该步骤：
S21合金成分优化：在S2步骤得到液态合金后，往液态合金里添加辅助元素，所述辅助元素为Mn。
S22溶体净化处理：将惰性气体通入熔铸后的液态合金中，且在液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和两层泡沫陶瓷三层过滤装置，其中，所述玻璃丝布设置在液态合金出口的最前端，即液态合金最先经过玻璃丝布过滤，再经过两层泡沫陶瓷过滤，其中液态合金最先经过的泡沫陶瓷（40目）比最后经过的泡沫陶瓷（50目）的筛孔尺寸大。
S3加热：将S2熔铸后得到的圆铸锭加热到500℃。
S4挤压：将加热后的圆铸锭进行挤压，形成合金型材，挤压速度固定在3.0m/min。
S5淬火：采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度29℃。
S6时效：将淬火后的合金型材进行时效处理，时效温度为175℃，保温10小时。
由以上原料配方及生产工艺得到了合金型材B。
实施例8
一种气缸合金型材的生产工艺如下：
S1配料：将原材料按照下列比例配好备用：
0.75%Si，0.275%Fe，0.1%Cu， 0.56%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.075%Mn，其余为Al。
S2熔铸：将原材料熔铸成液态合金，熔铸温度为745℃，再冷却形成固态圆铸锭；
该步骤包括：
S21合金成分优化：在S2步骤得到液态合金后，往液态合金里添加辅助元素，所述辅助元素为Mn。
S22溶体净化处理：将惰性气体通入熔铸后的液态合金中，且在液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和两层泡沫陶瓷三层过滤装置，其中，所述玻璃丝布设置在液态合金出口的最前端，即液态合金最先经过玻璃丝布过滤，再经过两层泡沫陶瓷过滤，其中液态合金最先经过的泡沫陶瓷（40目）比最后经过的泡沫陶瓷（50目）的筛孔尺寸大。
S3加热：将S2熔铸后得到的圆铸锭加热到495℃。
S4挤压：将加热后的圆铸锭进行挤压，形成合金型材，挤压速度固定在2.5m/min。
S5淬火：采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度27℃。
S6时效：将淬火后的合金型材进行时效处理，时效温度为170℃，保温10小时。
由以上原料配方及生产工艺得到了合金型材C。
实施例9
一种气缸合金型材的生产工艺如下：
S1配料：将原材料按照下列比例配好备用：
0.73%Si，0.26%Fe，0.1%Cu， 0.55%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.07%Mn，其余为Al。
S2熔铸：将原材料熔铸成液态合金，熔铸温度为742℃，再冷却形成固态圆铸锭；
该步骤包括：
S21合金成分优化：在S2步骤得到液态合金后，往液态合金里添加辅助元素，所述辅助元素为Mn。
S22溶体净化处理：将惰性气体通入熔铸后的液态合金中，且在液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和两层泡沫陶瓷三层过滤装置，其中，所述玻璃丝布设置在液态合金出口的最前端，即液态合金最先经过玻璃丝布过滤，再经过两层泡沫陶瓷过滤，其中液态合金最先经过的泡沫陶瓷（40目）比最后经过的泡沫陶瓷（50目）的筛孔尺寸大。
S3加热：将S2熔铸后得到的圆铸锭加热到493℃。
S4挤压：将加热后的圆铸锭进行挤压，形成合金型材，挤压速度固定在2.3 m/min。
S5淬火：采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度26℃。
S6时效：将淬火后的合金型材进行时效处理，时效温度为168℃，保温9小时。
由以上原料配方及生产工艺得到了合金型材D。
实施例9
一种气缸合金型材的生产工艺如下：
S1配料：将原材料按照下列比例配好备用：
0.77%Si，0.28%Fe，0.1%Cu， 0.57%%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti， 0.08%Mn，其余为Al。
S2熔铸：将原材料熔铸成液态合金，熔铸温度为748℃，再冷却形成固态圆铸锭；
该步骤包括：
S21合金成分优化：在S2步骤得到液态合金后，往液态合金里添加辅助元素，所述辅助元素为Mn。
S22溶体净化处理：将惰性气体通入熔铸后的液态合金中，且在液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和两层泡沫陶瓷三层过滤装置，其中，所述玻璃丝布设置在液态合金出口的最前端，即液态合金最先经过玻璃丝布过滤，再经过两层泡沫陶瓷过滤，其中液态合金最先经过的泡沫陶瓷（40目）比最后经过的泡沫陶瓷（50目）的筛孔尺寸大。
S3加热：将S2熔铸后得到的圆铸锭加热到498℃。
S4挤压：将加热后的圆铸锭进行挤压，形成合金型材，挤压速度固定在2.7 m/min。
S5淬火：采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度28℃。
S6时效：将淬火后的合金型材进行时效处理，时效温度为172℃，保温11小时。
由以上原料配方及生产工艺得到了合金型材E。
需要说明的是，实施例1至5为本发明一种气缸合金型材的原料配方的具体实施例，而实施例6至10所示的生产工艺与实施例1至6所示的一种气缸合金型材原料配方一一对应。
将实施例6的合金型材A、实施例7的合金型材B、实施例8的合金型材C、实施例9的合金型材D、实施例10的合金型材E，分别进行抗拉强度，屈服强度、延伸率、尺寸精度以及粗晶环深度进行测试：
表1 合金型材的性能测试
由表1（合金型材的性能测试）可知，本发明提供一种气缸合金型材的原料配方及生产工艺可以实现在线淬火，同时保证了型材的尺寸精度和强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度小于30℃，合金型材出水温度控制在35℃以下，保证各点冷切均匀，不会因冷却不均导致变形，影响合金型材精度。
2、本发明往液态合金里添加辅助元素Mn，可以提高合金的强度，改善耐腐蚀性，冲击韧性、弯曲性能；同时还可以提高合金的再结晶温度，抑制粗晶环的产生。
3、本发明的液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和双层泡沫陶瓷进行过滤，采用三层过滤工艺，一方面尽可能减少了带入的外来杂物，另一方面进可能减少了新的杂物的生成和吸入。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种气缸合金型材的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
一、将原材料按照预定的比例配好备用，其中，以重量百分比的原材料配方如下:
0.73%-0.78%Si，0.26-0.3%Fe，0.1%Cu， 0.55%-0.58%Mg，0.1%Cr，0.15%Zn，0.1%Ti，0.07%-0.09%Mn，其余为Al；
二、将原材料在温度为740℃-750℃的条件下熔铸成液态合金，再冷却形成固态圆铸锭；
三、将固态圆铸锭加热到预设温度；
四、将加热后的圆铸锭进行挤压，形成合金型材；
五、采用喷水冷却，分8个方向调整喷水流量的大小，淬火后温度小于30℃，合金型材出水温度小于35℃；
六、将淬火后的合金型材进行时效处理；
第二步骤包括：
A、液态合金后，往液态合金里添加辅助元素Mn；
B、将惰性气体通入熔铸后的液态合金中，且在液态合金流出的出口还设置有玻璃丝布和两层泡沫陶瓷三层过滤装置；
挤压速度为2.0-3.0m/min，圆铸锭预设温度为490-500℃；
时效温度为165℃-175℃，保温8-12小时；
液态合金最先经过的泡沫陶瓷比最后经过的泡沫陶瓷的筛孔尺寸大。
2.根据权利要求1所述的气缸合金型材的生产工艺，其特征在于，时效温度为170℃，保温10小时。
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