CN106676347A - 一种高热膨胀系数铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高热膨胀系数铝合金，各组分重量百分比含量为：铍 1.2%‑2.6%，铜 3.2%‑4.5%，锗 3.5%‑5.6%，铬1.6%‑3.4%，稀土元素 0.6%‑1.3%，余量为铝。本发明在铝合金中加入锗、铬等热膨胀系数高的金属，然后经过真空自耗电极电弧熔炼、双重退火和人工时效处理，在保证了铝合金强度、导电导热性能和耐腐蚀性能的同时有效地提高了铝合金的热膨胀系数，减小了由于温度改变而产生的胀缩现象。

Description

一种高热膨胀系数铝合金
技术领域
本发明涉及合金技术领域，特别涉及一种高热膨胀系数铝合金。
背景技术
铝合金具有密度小、强度高、导电导热性能好和耐腐蚀等优点，是目前工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、汽车、机械制造等领域中已有大量应用，另外铝合金经过多样化的表面处理后，既具有闪亮的金属光泽，表面又十分光滑细密，因此还成为性能卓越、用途广泛的室内装饰材料。
但是，铝合金的热膨胀系数比较低，因此当温度发生较大改变时产生的胀缩现象更为明显，因此满足不了一些工况的要求，严重时还会被人们的财产和人身安全产生威胁。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种高热膨胀系数铝合金，有效地提高了铝合金的热膨胀系数。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高热膨胀系数铝合金，其特征在于：各组分重量百分比含量为：铍 1.2%-2.6% ，铜3.2%-4.5% ，锗 3.5%-5.6% ，铬1.6%-3.4% ，稀土元素 0.6%-1.3% ，余量为铝。
作为本发明的一种改进，其特征在于：各组分重量百分比含量为：铍 1.8%-2.2% ，铜 3.7%-4.1% ，锗 4.5%-5.6% ，铬2.1%-3.2% ，稀土元素 0.9%-1.1% ，余量为铝。
所述的一种高热膨胀系数铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按质量百分比称取铍 1.2%-2.6% ，铜 3.2%-4.5% ，锗 4.5%-5.6% ，铬1.6%-3.4%，稀土元素 0.6%-1.3% ，铝 82.6%-89.9% ，混合均匀后得到金属原料；
（2）将金属原料轧制形成电极块，然后将电极块放置在自耗电极熔炼炉中，炉中自耗电极底部和坩埚底部之间形成电弧，然后迅速产生一个金属熔池，电极板在其中进行熔炼，完成后得到铝合金坯锭一；
（3）将得到的铝合金坯锭一用氩弧焊机进行焊接，完成后将铝合金坯锭一放入自耗电极熔炼炉内进行二次熔炼，完成后得到铝合金坯锭二；
（4）将铝合金坯锭二再次进行步骤（3）所述的操作，完成后得到铝合金坯锭三；
（5）对铝合金坯锭三进行加热，当温度上升至350℃-400℃时，暂停加热，然后通入空气、二氧化碳和四氟乙烷体积比为70:28:2的混合气体，然后继续加热，当温度达到620℃-670℃时，得到铝合金液；
（6）对铝合金液进行加热，温度达到725℃-750℃时暂停加热10-15分钟，结束后再对铝合金液进行加热，温度达到600℃-630℃后进行保温操作，保温时间为3-5小时，保温结束后将铝合金液置于400℃-430℃的温度下进行固溶处理，处理时间为10-16小时，之后将铝合金液置于200℃-240℃的温度下进行时效处理，处理时间为26-35小时，完成后得到铝合金。
本发明采用真空自耗电极电弧熔炼技术，反复进行三次熔炼，使金属材料更好地实现脱气、除氧和清楚杂质的过程，从而获得纯净的金属材料坯锭；高的熔化速率和电弧加热区的精确控制，保证熔化金属凝固方向的一致性，大大提高了铝合金的金属性能。
本发明先对铝合金进行去应力退火，以去除铝合金的内应力，减小变形和开裂倾向，再进行再结晶退火，使冷塑性变形过程中产生的晶体学缺陷基本消失，重新形成均匀的晶粒，以消除变强化效应和残留应力。
本发明的有益效果：
本发明在铝合金中加入锗、铬等热膨胀系数高的金属，然后经过真空自耗电极电弧熔炼、双重退火和人工时效处理，在保证了铝合金强度、导电导热性能和耐腐蚀性能的同时有效地提高了铝合金的热膨胀系数，减小了由于温度改变而产生的胀缩现象。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
实施例1
本实施例所述的一种高热膨胀系数铝合金，各组分重量百分比含量为：铍 1.7% ，铜3.7% ，锗 4.4% ，铬2.0% ，稀土元素 0.8% ，铝 87.4% 。
本实施例所述的一种高热膨胀系数铝合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）按质量百分比称取铍 1.7% ，铜 3.7% ，锗 4.4% ，铬2.0% ，稀土元素 0.8% ，铝87.4% ，混合均匀后得到金属原料；
（2）将金属原料轧制形成电极块，然后将电极块放置在自耗电极熔炼炉中，炉中自耗电极底部和坩埚底部之间形成电弧，然后迅速产生一个金属熔池，电极板在其中进行熔炼，完成后得到铝合金坯锭一；
（3）将得到的铝合金坯锭一用氩弧焊机进行焊接，完成后将铝合金坯锭一放入自耗电极熔炼炉内进行二次熔炼，完成后得到铝合金坯锭二；
（4）将铝合金坯锭二再次进行步骤（3）所述的操作，完成后得到铝合金坯锭三；
（5）对铝合金坯锭三进行加热，当温度上升至380℃时，暂停加热，然后通入空气、二氧化碳和四氟乙烷体积比为70:28:2的混合气体，然后继续加热，当温度达到640℃时，得到铝合金液；
（6）对铝合金液进行加热，温度达到740℃时暂停加热14分钟，结束后再对铝合金液进行加热，温度达到620℃后进行保温操作，保温时间为3.5小时，保温结束后将铝合金液置于410℃的温度下进行固溶处理，处理时间为14小时，之后将铝合金液置于230℃的温度下进行时效处理，处理时间为28小时，完成后得到铝合金。
（7）将铝合金轧制成铝合金板材。
性能测试：
测试方法：
取实施例1制得的铝合金板材20件，分别测量出长度，然后取平均值得L，将铝合金板材均加热至100℃，保温1小时，随空气冷却至室温，测量出此时的长度，取平均值得L1;
测试结果：
利用公式热膨胀系数a=（L1-L）/（L*ΔT）,测得a=3.185*10-5，而一半的铝合金的热膨胀系数为2.38*10-5。
实施例2
本实施例采用优选的技术方案，所述的一种高热膨胀系数铝合金，各组分重量百分比含量为：铍 2.0% ，铜 3.9% ，锗 5.1% ，铬2.6% ，稀土元素 1.0% ，铝 85.4% 。
本实施例所述的一种高热膨胀系数铝合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）按质量百分比称取铍 2.0% ，铜 3.9% ，锗 5.1% ，铬2.6% ，稀土元素 1.0% ，铝85.4% ，混合均匀后得到金属原料；
（2）将金属原料轧制形成电极块，然后将电极块放置在自耗电极熔炼炉中，炉中自耗电极底部和坩埚底部之间形成电弧，然后迅速产生一个金属熔池，电极板在其中进行熔炼，完成后得到铝合金坯锭一；
（3）将得到的铝合金坯锭一用氩弧焊机进行焊接，完成后将铝合金坯锭一放入自耗电极熔炼炉内进行二次熔炼，完成后得到铝合金坯锭二；
（4）将铝合金坯锭二再次进行步骤（3）所述的操作，完成后得到铝合金坯锭三；
（5）对铝合金坯锭三进行加热，当温度上升至370℃时，暂停加热，然后通入空气、二氧化碳和四氟乙烷体积比为70:28:2的混合气体，然后继续加热，当温度达到650℃时，得到铝合金液；
（6）对铝合金液进行加热，温度达到735℃时暂停加热13分钟，结束后再对铝合金液进行加热，温度达到615℃后进行保温操作，保温时间为4小时，保温结束后将铝合金液置于415℃的温度下进行固溶处理，处理时间为13小时，之后将铝合金液置于220℃的温度下进行时效处理，处理时间为31小时，完成后得到铝合金。
（7）将铝合金轧制成铝合金板材。
性能测试：
测试方法：
取实施例1制得的铝合金板材20件，分别测量出长度，然后取平均值得L，将铝合金板材均加热至100℃，保温1小时，随空气冷却至室温，测量出此时的长度，取平均值得L1;
测试结果：
利用公式热膨胀系数a=（L1-L）/（L*ΔT）,测得a=3.264*10-5，而一半的铝合金的热膨胀系数为2.38*10-5。
实施例3
本实施例所述的一种高热膨胀系数铝合金，各组分重量百分比含量为：铍 1.2% ，铜3.2% ，锗 3.5% ，铬1.6% ，稀土元素 0.6% ，铝 89.9% 。
本实施例所述的一种高热膨胀系数铝合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）按质量百分比称取铍 1.2% ，铜 3.2% ，锗 4.5% ，铬1.6% ，稀土元素 0.6% ，铝89.9% ，混合均匀后得到金属原料；
（2）将金属原料轧制形成电极块，然后将电极块放置在自耗电极熔炼炉中，炉中自耗电极底部和坩埚底部之间形成电弧，然后迅速产生一个金属熔池，电极板在其中进行熔炼，完成后得到铝合金坯锭一；
（3）将得到的铝合金坯锭一用氩弧焊机进行焊接，完成后将铝合金坯锭一放入自耗电极熔炼炉内进行二次熔炼，完成后得到铝合金坯锭二；
（4）将铝合金坯锭二再次进行步骤（3）所述的操作，完成后得到铝合金坯锭三；
（5）对铝合金坯锭三进行加热，当温度上升至350℃时，暂停加热，然后通入空气、二氧化碳和四氟乙烷体积比为70:28:2的混合气体，然后继续加热，当温度达到620℃时，得到铝合金液；
（6）对铝合金液进行加热，温度达到725℃时暂停加热10分钟，结束后再对铝合金液进行加热，温度达到600℃后进行保温操作，保温时间为3小时，保温结束后将铝合金液置于400℃的温度下进行固溶处理，处理时间为10小时，之后将铝合金液置于200℃的温度下进行时效处理，处理时间为26小时，完成后得到铝合金。
（7）将铝合金轧制成铝合金板材。
性能测试：
测试方法：
取实施例1制得的铝合金板材20件，分别测量出长度，然后取平均值得L，将铝合金板材均加热至100℃，保温1小时，随空气冷却至室温，测量出此时的长度，取平均值得L1;
测试结果：
利用公式热膨胀系数a=（L1-L）/（L*ΔT）,测得a=3.058*10-5，而一半的铝合金的热膨胀系数为2.38*10-5。
实施例4
本实施例所述的一种高热膨胀系数铝合金，各组分重量百分比含量为：铍 2.6% ，铜4.5% ，锗 5.6% ，铬3.4% ，稀土元素 1.3% ，铝 82.6% 。
本实施例所述的一种高热膨胀系数铝合金的制备方法，包括以下步骤：
（1）按质量百分比称取铍 2.6% ，铜 4.5% ，锗 5.6% ，铬3.4% ，稀土元素 1.3% ，铝89.9% ，混合均匀后得到金属原料；
（2）将金属原料轧制形成电极块，然后将电极块放置在自耗电极熔炼炉中，炉中自耗电极底部和坩埚底部之间形成电弧，然后迅速产生一个金属熔池，电极板在其中进行熔炼，完成后得到铝合金坯锭一；
（3）将得到的铝合金坯锭一用氩弧焊机进行焊接，完成后将铝合金坯锭一放入自耗电极熔炼炉内进行二次熔炼，完成后得到铝合金坯锭二；
（4）将铝合金坯锭二再次进行步骤（3）所述的操作，完成后得到铝合金坯锭三；
（5）对铝合金坯锭三进行加热，当温度上升至400℃时，暂停加热，然后通入空气、二氧化碳和四氟乙烷体积比为70:28:2的混合气体，然后继续加热，当温度达到670℃时，得到铝合金液；
（6）对铝合金液进行加热，温度达到750℃时暂停加热15分钟，结束后再对铝合金液进行加热，温度达到630℃后进行保温操作，保温时间为5小时，保温结束后将铝合金液置于430℃的温度下进行固溶处理，处理时间为16小时，之后将铝合金液置于240℃的温度下进行时效处理，处理时间为35小时，完成后得到铝合金。
（7）将铝合金轧制成铝合金板材。
性能测试：
测试方法：
取实施例1制得的铝合金板材20件，分别测量出长度，然后取平均值得L，将铝合金板材均加热至100℃，保温1小时，随空气冷却至室温，测量出此时的长度，取平均值得L1;
测试结果：
利用公式热膨胀系数a=（L1-L）/（L*ΔT）,测得a=3.034*10-5，而一半的铝合金的热膨胀系数为2.38*10-5。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (3)

1.一种高热膨胀系数铝合金，其特征在于：各组分重量百分比含量为：铍 1.2%-2.6% ，铜 3.2%-4.5% ，锗 3.5%-5.6% ，铬1.6%-3.4% ，稀土元素 0.6%-1.3% ，余量为铝。
2.根据权利要求1所述的一种高热膨胀系数铝合金，其特征在于：各组分重量百分比含量为：铍 1.8%-2.2% ，铜 3.7%-4.1% ，锗 3.5%-5.6% ，铬2.1%-3.2% ，稀土元素 0.9%-1.1% ，余量为铝。
3.如权利要求1所述的一种高热膨胀系数铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按质量百分比称取铍 1.2%-2.6% ，铜 3.2%-4.5% ，锗 4.5%-5.6% ，铬1.6%-3.4%，稀土元素 0.6%-1.3% ，铝 82.6%-89.9% ，混合均匀后得到金属原料；
（2）将金属原料轧制形成电极块，然后将电极块放置在自耗电极熔炼炉中，炉中自耗电极底部和坩埚底部之间形成电弧，然后迅速产生一个金属熔池，电极板在其中进行熔炼，完成后得到铝合金坯锭一；
（3）将得到的铝合金坯锭一用氩弧焊机进行焊接，完成后将铝合金坯锭一放入自耗电极熔炼炉内进行二次熔炼，完成后得到铝合金坯锭二；
（4）将铝合金坯锭二再次进行步骤（3）所述的操作，完成后得到铝合金坯锭三；
（5）对铝合金坯锭三进行加热，当温度上升至350℃-400℃时，暂停加热，然后通入空气、二氧化碳和四氟乙烷体积比为70:28:2的混合气体，然后继续加热，当温度达到620℃-670℃时，得到铝合金液；
（6）对铝合金液进行加热，温度达到725℃-750℃时暂停加热10-15分钟，结束后再对铝合金液进行加热，温度达到600℃-630℃后进行保温操作，保温时间为3-5小时，保温结束后将铝合金液置于400℃-430℃的温度下进行固溶处理，处理时间为10-16小时，之后将铝合金液置于200℃-240℃的温度下进行时效处理，处理时间为26-35小时，完成后得到铝合金。
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