CN106191582A - 一种具有良好力学性能的铝合金及其制造方法 - Google Patents

一种具有良好力学性能的铝合金及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有良好力学性能的铝合金，包括以下重量百分比的成分：Si 0.2‑1.2％、Fe 0.2‑0.5％、Cu 0.9‑2.1％、Mn 0.1‑0.3％、Mg 2.3‑3.3％、Zn 4.8‑6.8％、Cr 0.15‑0.45％、Ti 0.15‑0.45％、精炼剂2‑2.5％、余量为Al，本发明的具有良好力学性能的铝合金的力学性能及成型性能得以提升，且组织均匀、成分稳定，其制造方法工艺简单、成本低，适用于汽车\摩托车\自行车以及3C产品零件。

Description

一种具有良好力学性能的铝合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金领域，特别地，涉及一种具有良好力学性能的铝合金及其制造方法。
背景技术
铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，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，工业上广泛使用，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。
铝合金因其高强度及高刚度的特点，广泛应用于各行各业中，包括机械零件、飞机、汽车、精密仪器、无线电器材、建筑外壳、机器外壳、电子消费品、家用电器等。
目前，常用车身板用铝合金主要有Al-Cu-Mg基(2000系)，Al-Mg基(5000系)，Al-Mg-Si基(6000系)合金。其中2000系及6000系是热处理可强化合金，5000系是热处理不可强化合金。2000系Al-Cu-Mg合金具有良好的锻造性、高强度及良好的焊接性能，但其抗腐蚀性较差。5000系Al-Mg基合金，其强度、成型性能和抗腐蚀性能都较好，但其锻造性较差，并局域延迟屈服，且为热处理不可强化合金。6000系Al-Mg-Si合金，具有合适的强度和成形性能，并且是可热处理化合金，因此，用于车身板的铝合金主要集中于6000系铝合金。
铝合金中包括的以下元素：Mg、Si、Cu、Mn、Ti等，各元素不是孤立起作用，其影响是相互联系的，其中任何一种成分的多少均为对合金的某些性能带来变化。现有的铝合金中在力学性能、成型性能、组织均匀性、偏析性等方面均有进一步提升的空间。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有良好力学性能的铝合金及其制造方法，以解决技术问题。
一种具有良好力学性能的铝合金，包括以下重量百分比的成分：Si 0.2-1.2％、Fe0.2-0.5％、Cu 0.9-2.1％、Mn 0.1-0.3％、Mg 2.3-3.3％、Zn 4.8-6.8％、Cr 0.15-0.45％、Ti 0.15-0.45％、精炼剂2-2.5％、余量为Al。
优选的，所述的精炼剂为硝酸钾和石墨粉。
优选的，所述的精炼剂中硝酸钾、石墨粉重量比为(25-30)∶1。
一种具有良好力学性能的铝合金的制造方法，包括以下步骤：
S1、按上述质量百分比，将一定量的锰铝合金、钛铝合金、铬铝合金和硅放入炉内升温，炉温调升至880-1050℃，待合金熔化后再加入其余的钛铝合金、纯铝锭，熔化为铝合金液；
S2、降低铝合金液的温度至730-770℃，向铝合金液中加入锌块、镁块，搅拌，将50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8-10分钟，进行扒渣；
S3、加入铁铝合金、铜铝合金，使溶液温度升高至850-950℃，并将剩余50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8-10分钟，降温至770-790℃，静置25-35分钟，扒渣后浇注得到铝合金。
优选的，所述的具有良好力学性能的铝合金中还包括0.1-0.3％的B。
优选的，所述的步骤S1中合金熔化后加入的还包括硼粉。
本发明的铝合金选用特制的精炼剂，不但可以清除铝液内部的氢和浮游的氧化夹渣，而且有助于铝合金中各种元素相互反应，形成较小直径的晶粒。
分步加入精炼剂，除杂和有助于铝合金中各种元素相互反应的效果更佳。
本发明具有以下有益效果：本发明的具有良好力学性能的铝合金的力学性能及成型性能得以提升，且组织均匀、成分稳定，其制造方法工艺简单、成本低，适用于汽车\摩托车\自行车以及3C产品零件。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种具有良好力学性能的铝合金，包括以下重量百分比的成分：Si 0.8％、Fe0.3％、Cu 1.5％、Mn 0.2％、Mg 3.0％、Zn 5.5％、Cr 0.35％、Ti 0.3％、精炼剂2.3％、余量为Al。
所述的精炼剂为硝酸钾和石墨粉。
所述的精炼剂中硝酸钾、石墨粉重量比为27∶1。
一种具有良好力学性能的铝合金的制造方法，包括以下步骤：
S1、按上述质量百分比，将一定量的锰铝合金、钛铝合金、铬铝合金和硅放入炉内升温，炉温调升至980℃，待合金熔化后再加入其余的钛铝合金、纯铝锭，熔化为铝合金液；
S2、降低铝合金液的温度至750℃，向铝合金液中加入锌块、镁块，搅拌，将50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8.5分钟，进行扒渣；
S3、加入铁铝合金、铜铝合金，使溶液温度升高至880℃，并将剩余50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8.5分钟，降温至775℃，静置28分钟，扒渣后浇注得到铝合金。
实施例2
一种具有良好力学性能的铝合金，包括以下重量百分比的成分：Si 1.2％、Fe0.2％、Cu 2.1％、Mn 0.1％、Mg 3.3％、Zn 4.8％、Cr 0.45％、Ti 0.15％、精炼剂2.5％、余量为Al。
所述的精炼剂为硝酸钾和石墨粉。
所述的精炼剂中硝酸钾、石墨粉重量比为25∶1。
一种具有良好力学性能的铝合金的制造方法，包括以下步骤：
S1、按上述质量百分比，将一定量的锰铝合金、钛铝合金、铬铝合金和硅放入炉内升温，炉温调升至1050℃，待合金熔化后再加入其余的钛铝合金、纯铝锭，熔化为铝合金液；
S2、降低铝合金液的温度至770℃，向铝合金液中加入锌块、镁块，搅拌，将50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8分钟，进行扒渣；
S3、加入铁铝合金、铜铝合金，使溶液温度升高至950℃，并将剩余50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8分钟，降温至790℃，静置25分钟，扒渣后浇注得到铝合金。
实施例3
一种具有良好力学性能的铝合金，包括以下重量百分比的成分：Si 0.2％、Fe0.5％、Cu 0.9％、Mn 0.3％、Mg 2.3％、Zn 6.8％、Cr 0.15％、Ti 0.45％、精炼剂2％、余量为Al。
所述的精炼剂为硝酸钾和石墨粉。
所述的精炼剂中硝酸钾、石墨粉重量比为30∶1。
一种具有良好力学性能的铝合金的制造方法，包括以下步骤：
S1、按上述质量百分比，将一定量的锰铝合金、钛铝合金、铬铝合金和硅放入炉内升温，炉温调升至880℃，待合金熔化后再加入其余的钛铝合金、纯铝锭，熔化为铝合金液；
S2、降低铝合金液的温度至730℃，向铝合金液中加入锌块、镁块，搅拌，将50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼10分钟，进行扒渣；
S3、加入铁铝合金、铜铝合金，使溶液温度升高至850℃，并将剩余50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼10分钟，降温至770℃，静置35分钟，扒渣后浇注得到铝合金。
实施例4
一种具有良好力学性能的铝合金，包括以下重量百分比的成分：Si 0.5％、Fe0.3％、Cu 1.5％、Mn 0.15％、Mg 2.8％、Zn 5.8％、Cr 0.3％、Ti 0.4％、B 0.2％、精炼剂2.2％、余量为Al。
所述的精炼剂为硝酸钾和石墨粉。
所述的精炼剂中硝酸钾、石墨粉重量比为26∶1。
一种具有良好力学性能的铝合金的制造方法，包括以下步骤：
S1、按上述质量百分比，将一定量的锰铝合金、钛铝合金、铬铝合金和硅放入炉内升温，炉温调升至950℃，待合金熔化后再加入其余的钛铝合金、纯铝锭和硼粉，熔化为铝合金液；
S2、降低铝合金液的温度至750℃，向铝合金液中加入锌块、镁块，搅拌，将50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼9分钟，进行扒渣；
S3、加入铁铝合金、铜铝合金，使溶液温度升高至900℃，并将剩余50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8分钟，降温至770℃，静置30分钟，扒渣后浇注得到铝合金。
以下对实施例1-4的铝合金进行测试，
其中，拉伸强度和延展率是合金的热挤压管材的在25摄氏度的实验条件下测试得到；
平均晶粒尺寸使用光学显微镜观察。将合金进行0.05-0.1mm机械研磨后进行电解刻蚀的表面，利用线截法在该实施例合金的挤出方向或长度方向上进行测定。测定长度为0.2mm，每个视野各3根，共计观察5个视野。因此总测定线长度为0.2mm×15＝3mm。平均结晶粒径是利用上述线截法，测定同一截取试验片的任意5个位置，采用15次截取试验片的平均值。
测试结果如表1所示：
抗拉强度(MPa) 弹性模量(MPa) 延展率(％) 平均晶粒尺寸(μm)
实施例1 415 2250 12.5 16.5
实施例2 408 2230 12.0 16.2
实施例3 410 2260 12.2 16.4
实施例4 525 2980 15.5 4.9
由测试数据可以知道，加入B元素后，平均晶粒尺寸明显缩小，抗拉强度和延展率也有所提高。以下可能的相关理论可以做出解释：
加入B元素后，在反应过程中发生异相成核生成M2B结构(M为各种金属元素)，从而改变了晶体结构，缩小了晶粒尺寸，提高了合金的抗拉强度、弹性模量和延展率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有良好力学性能的铝合金，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：Si0.2-1.2％、Fe 0.2-0.5％、Cu 0.9-2.1％、Mn 0.1-0.3％、Mg 2.3-3.3％、Zn 4.8-6.8％、Cr0.15-0.45％、Ti0.15-0.45％、精炼剂2-2.5％、余量为Al。
2.如权利要求1所述的具有良好力学性能的铝合金，其特征在于，所述的精炼剂为硝酸钾和石墨粉。
3.如权利要求1所述的具有良好力学性能的铝合金，其特征在于，所述的精炼剂中硝酸钾、石墨粉重量比为(25-30)：1。
4.如权利要求1所述的具有良好力学性能的铝合金，其特征在于，所述的具有良好力学性能的铝合金中还包括0.1-0.3％的B。
5.一种具有良好力学性能的铝合金的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按上述质量百分比，将一定量的锰铝合金、钛铝合金、铬铝合金和硅放入炉内升温，炉温调升至880-1050℃，待合金熔化后再加入其余的钛铝合金、纯铝锭，熔化为铝合金液；
S2、降低铝合金液的温度至730-770℃，向铝合金液中加入锌块、镁块，搅拌，将50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8-10分钟，进行扒渣；
S3、加入铁铝合金、铜铝合金，使溶液温度升高至850-950℃，并将剩余50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8-10分钟，降温至770-790℃，静置25-35分钟，扒渣后浇注得到铝合金。
6.如权利要求5所述的具有良好力学性能的铝合金的制造方法，其特征在于，所述的步骤S1中合金熔化后加入的还包括硼粉。
7.如权利要求5所述的具有良好力学性能的铝合金的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按上述质量百分比，将一定量的锰铝合金、钛铝合金、铬铝合金和硅放入炉内升温，炉温调升至950℃，待合金熔化后再加入其余的钛铝合金、纯铝锭和硼粉，熔化为铝合金液；
S2、降低铝合金液的温度至750℃，向铝合金液中加入锌块、镁块，搅拌，将50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼9分钟，进行扒渣；
S3、加入铁铝合金、铜铝合金，使溶液温度升高至900℃，并将剩余50％的精炼剂用铝箔包好，然后用钟罩压入铝液中，精炼8分钟，降温至770℃，静置30分钟，扒渣后浇注得到铝合金；
所述的具有良好力学性能的铝合金，包括以下重量百分比的成分：Si0.5％、Fe 0.3％、Cu1.5％、Mn 0.15％、Mg 2.8％、Zn 5.8％、Cr 0.3％、Ti 0.4％、B0.2％、精炼剂2.2％、余量为Al。
所述的精炼剂为硝酸钾和石墨粉；
所述的精炼剂中硝酸钾、石墨粉重量比为26：1。
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