CN108034872B - 一种消防车用高强度铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

一种消防车用高强度铝合金型材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消防车用高强度铝合金型材及其制备方法，所述铝合金型材包括以下组分：Zn、Cu、Mg、Mn、Si、Fe、Cr、Ti、Li、Ni、Zr、V、Nb、Y、Ce、Nd，其余为Al及不可避免的杂质。本发明提出的一种消防车用高强度铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材密度小，强度与硬度大，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和加工性能，其使用寿命长，性能稳定，有效改善消防车性能。

Description

一种消防车用高强度铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种消防车用高强度铝合金型材及其制备方法。
背景技术
铝型材由于具有较高的比强度，较好的加工性能，较强的耐腐蚀性和环保性能，被广泛应用于车辆制造领域，且有效提高车辆的制造效率和使用寿命。消防车指主要用来执行火灾应对任务的特殊车辆，消防车可以运送消防员抵达灾害现场，并为其执行救灾任务提供多种工具，因此，提高消防车性能，具有实际意义。随着人们对铝合金型材的性能要求的提高，目前消防车用铝合金型材在强度与耐腐蚀性方面还有待提高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种消防车用高强度铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材密度小，强度与硬度大，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和加工性能，其使用寿命长，性能稳定，有效改善消防车性能。
本发明提出的一种消防车用高强度铝合金型材，其按质量分数包括以下组分：Zn：4.1～4.4％、Cu：1.4～1.8％、Mg：1.2～1.6％、Mn：0.35～0.45％、Si：0.24～0.32％、Fe：0.2～0.3％、Cr：0.12～0.18％、Ti：0.1～0.18％、Li：0.09～0.18％、Ni：0.22～0.32％、Zr：0.06～0.12％、V：0.08～0.15％、Nb：0.06～0.12％、Y：0.02～0.06％、Ce：0.04～0.08％、Nd：0.02～0.06％，其余为Al及不可避免的杂质。
具体实施方式中，Zn的质量分数还可以为4.15％、4.2％、4.25％、4.3％、4.35％，Cu的质量分数还可以为145％、1.5％、1.55％、1.6％、1.65％、1.7％，Mg的质量分数还可以为1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％、1.5％，Mn的质量分数还可以为0.38％、0.4％、0.42％、0.44％，Si的质量分数还可以为0.26％、0.28％、0.3％、0.31％，Fe的质量分数还可以为0.22％、0.24％、0.25％、0.26％、0.28％，Cr的质量分数还可以为0.13％、0.14％、0.15％、0.16％、0.18％，Ti的质量分数还可以为1.11％、0.12％、0.14％、0.15％、0.16％，Li的质量分数还可以为0.1％、0.12％、0.13％、0.15％、0.16％，Ni的质量分数还可以为0.24％、0.26％、0.28％、0.3％，Zr的质量分数还可以为0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％，V的质量分数还可以为0.09％、0.1％、0.11％、0.12％、0.14％，Nb的质量分数还可以为0.07％、0.08％、0.09％、0.1％、0.11％，Y的质量分数还可以为0.03％、0.04％、0.05％，Ce的质量分数还可以为0.05％、0.06％、0.07％，Nd的质量分数还可以为0.03％、0.04％、0.05％，其余为Al及不可避免的杂质。
优选地，Cu、Mg、Zn之间的质量分数满足以下关系式：2.2≤(wCu+0.5×wZn)/wMg≤3，其中，wCu、wMg、wZn分别为Cu、Mg、Zn的质量分数。
优选地，Y、Ce、Nd之间的质量分数满足以下关系式：0.1％≤wY+wCe+wNd≤0.17％，其中，wY、wCe、wNd分别为Y、Ce、Nd的质量分数。
本发明还提出了一种消防车用高强度铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼，得到合金液，浇注后得到初级铝合金铸锭；
S2、将初级铝合金铸锭均匀化处理，得到铝合金铸锭；
S3、将铝合金铸锭挤压成型后进行热处理得到铝合金基体；
S4、将铝合金基体清洗，然后激光重熔，得到消防车用高强度铝合金型材。
优选地，S2中，均匀化处理具体过程如下：将初级铝合金铸锭在440～460℃下均匀化处理2～3h，再在480～500℃下均匀化处理1～2h，得到铝合金铸锭。
优选地，S3中，热处理具体过程如下：将挤压成型后铝合金铸锭置于220～250℃下保温1～2h，再升温至320～350℃，保温1～2h，然后降温至150～180℃，保温1～2h，空冷至室温后得到铝合金基体。
优选地，S4中，激光重熔的工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为1.5～2.5mm，扫描速度为6～8mm/s，功率为1.2～1.6KW。
本发明中通过合理控制Cu、Mg、Zn在铝合金型材中的含量，且使Cu、Mg、Zn三者之间的质量分数满足以下关系式：2.2≤(wCu+0.5×wZn)/wMg≤3，具有良好的协同作用，在本发明铝合金型材中生成弥散分布的强化相Al2Cu、Al2CuMg、MgZn2，改善了本发明制品组织结构，提高本发明制品的位错密度，抑制再结晶，有效提高本发明制品拉伸强度、屈服强度、硬度、抗冲击性和柔韧性等力学性能，同时改善本发明制品耐磨、耐温与加工性能；再通过合理控制Y、Ce、Nd三者的含量，有效净化本发明合金液，减少FeO在铝合金型材中的含量，降低铝合金型材的开裂敏感性，同时具有细化晶粒，改善晶粒分布等作用，进一步优化本发明制品组织结构，提高本发明制品强度、冲击韧性及耐腐蚀性等性能。在制备过程中，对铝合金铸锭进行均匀化处理与热处理，合理选择工艺参数，有效改善本发明制品中强化相析出的大小与分布，抑制枝晶偏析，提高了铝合金的强度、硬度、韧性、耐腐蚀性与加工性能，降低变形抗力，避免非平衡凝固组织效应导致的非平衡组织与粗大析出相等的出现；再合理设置激光重熔工艺参数，有效净化本发明铝合金型材表面结构，同时对铝合金型材表面组织进行晶粒细化，提高铝合金型材表面的位错密度，抑制再结晶，进一步提高本发明铝合金型材强度、耐腐蚀性、耐磨性、疲劳强度等性能。本发明提出的一种消防车用高强度铝合金型材及其制备方法，得到的铝合金型材密度小，强度与硬度大，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和加工性能，其使用寿命长，性能稳定，有效改善消防车性能。
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
本发明提出的一种消防车用高强度铝合金型材，其按质量分数包括以下组分：Zn：4.1％、Cu：1.8％、Mg：1.2％、Mn：0.35％、Si：0.24％、Fe：0.2％、Cr：0.12％、Ti：0.18％、Li：0.09％、Ni：0.22％、Zr：0.06％、V：0.08％、Nb：0.06％、Y：0.02％、Ce：0.08％、Nd：0.02％，其余为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种消防车用高强度铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼，得到合金液，浇注后得到初级铝合金铸锭；
S2、将初级铝合金铸锭均匀化处理，得到铝合金铸锭；
S3、将铝合金铸锭挤压成型后进行热处理得到铝合金基体；
S4、将铝合金基体清洗，然后激光重熔，得到消防车用高强度铝合金型材。
实施例2
本发明提出的一种消防车用高强度铝合金型材，其按质量分数包括以下组分：Zn：4.4％、Cu：1.4％、Mg：1.6％、Mn：0.45％、Si：0.32％、Fe：0.3％、Cr：0.18％、Ti：0.1％、Li：0.18％、Ni：0.32％、Zr：0.12％、V：0.15％、Nb：0.12％、Y：0.06％、Ce：0.04％、Nd：0.06％，其余为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种消防车用高强度铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼，得到合金液，浇注后得到初级铝合金铸锭；
S2、将初级铝合金铸锭在440℃下均匀化处理3h，再在500℃下均匀化处理1h，得到铝合金铸锭；
S3、将铝合金铸锭挤压成型后置于220℃下保温2h，再升温至350℃，保温1h，然后降温至180℃，保温1h，空冷至室温后得到铝合金基体；
S4、将铝合金基体清洗，然后激光重熔，得到消防车用高强度铝合金型材；其中，激光重熔的工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为1.5mm，扫描速度为8mm/s，功率为1.6KW。
实施例3
本发明提出的一种消防车用高强度铝合金型材，其按质量分数包括以下组分：Zn：4.25％、Cu：1.56％、Mg：1.46％、Mn：0.41％、Si：0.28％、Fe：0.24％、Cr：0.15％、Ti：0.15％、Li：0.13％、Ni：0.28％、Zr：0.1％、V：0.11％、Nb：0.09％、Y：0.04％、Ce：0.06％、Nd：0.04％，其余为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种消防车用高强度铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼，得到合金液，浇注后得到初级铝合金铸锭；
S2、将初级铝合金铸锭在450℃下均匀化处理2.6h，再在490℃下均匀化处理1.6h，得到铝合金铸锭；
S3、将铝合金铸锭挤压成型后置于240℃下保温1.5h，再升温至340℃，保温1.5h，然后降温至160℃，保温1.5h，空冷至室温后得到铝合金基体；
S4、将铝合金基体清洗，然后激光重熔，得到消防车用高强度铝合金型材；其中，激光重熔的工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2mm，扫描速度为7mm/s，功率为1.5KW。
实施例4
本发明提出的一种消防车用高强度铝合金型材，其按质量分数包括以下组分：Zn：4.15％、Cu：1.48％、Mg：1.28％、Mn：0.38％、Si：0.26％、Fe：0.22％、Cr：0.14％、Ti：0.12％、Li：0.12％、Ni：0.3％、Zr：0.07％、V：0.14％、Nb：0.1％、Y：0.05％、Ce：0.05％、Nd：0.05％，其余为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种消防车用高强度铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼，得到合金液，浇注后得到初级铝合金铸锭；
S2、将初级铝合金铸锭在460℃下均匀化处理2h，再在480℃下均匀化处理2h，得到铝合金铸锭；
S3、将铝合金铸锭挤压成型后置于250℃下保温1h，再升温至320℃，保温2h，然后降温至150℃，保温2h，空冷至室温后得到铝合金基体；
S4、将铝合金基体清洗，然后激光重熔，得到消防车用高强度铝合金型材；其中，激光重熔的工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.5mm，扫描速度为6mm/s，功率为1.2KW。
实施例5
本发明提出的一种消防车用高强度铝合金型材，其按质量分数包括以下组分：Zn：4.35％、Cu：1.65％、Mg：1.55％、Mn：0.42％、Si：0.3％、Fe：0.28％、Cr：0.16％、Ti：0.16％、Li：0.16％、Ni：0.24％、Zr：0.1％、V：0.1％、Nb：0.08％、Y：0.03％、Ce：0.06％、Nd：0.03％，其余为Al及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种消防车用高强度铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼，得到合金液，浇注后得到初级铝合金铸锭；
S2、将初级铝合金铸锭在455℃下均匀化处理2.3h，再在490℃下均匀化处理1.2h，得到铝合金铸锭；
S3、将铝合金铸锭挤压成型后置于230℃下保温1.2h，再升温至345℃，保温1.6h，然后降温至170℃，保温1.2h，空冷至室温后得到铝合金基体；
S4、将铝合金基体清洗，然后激光重熔，得到消防车用高强度铝合金型材；其中，激光重熔的工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为1.8mm，扫描速度为7mm/s，功率为1.4KW。
对本发明实施例3和实施例5中所述消防车用高强度铝合金型材在常温常压下进行常规性能测试，测试结果如下表：
屈服强度/MPa 拉伸强度/MPa 硬度/HRC
实施例3 592.6 668.2 185.8
实施例5 586.5 662.6 182.2
通过上述表格可以看出，本发明所述消防车用高强度铝合金型材具有良好的屈服强度、拉伸强度和硬度，其性能优异，适合在消防车及其他领域生产使用。
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 (2)

1.一种消防车用高强度铝合金型材，其特征在于，其按质量分数包括以下组分：Zn：4.1～4.4％、Cu：1.4～1.8％、Mg：1.2～1.6％、Mn：0.35～0.45％、Si：0.24～0.32％、Fe：0.2～0.3％、Cr：0.12～0.18％、Ti：0.1～0.18％、Li：0.09～0.18％、Ni：0.22～0.32％、Zr：0.06～0.12％、V：0.08～0.15％、Nb：0.06～0.12％、Y：0.02～0.06％、Ce：0.04～0.08％、Nd：0.02～0.06％，其余为Al及不可避免的杂质；
Cu、Mg、Zn之间的质量分数满足以下关系式：2.2≤(wCu+0.5×wZn)/wMg≤3，其中，wCu、wMg、wZn分别为Cu、Mg、Zn的质量分数；Y、Ce、Nd之间的质量分数满足以下关系式：0.1％≤wY+wCe+wNd≤0.17％，其中，wY、wCe、wNd分别为Y、Ce、Nd的质量分数；
所述消防车用高强度铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
S1、将原料熔炼，得到合金液，浇注后得到初级铝合金铸锭；
S2、将初级铝合金铸锭均匀化处理，得到铝合金铸锭；
S3、将铝合金铸锭挤压成型后进行热处理得到铝合金基体；
S4、将铝合金基体清洗，然后激光重熔，得到消防车用高强度铝合金型材；
S2中，均匀化处理具体过程如下：将初级铝合金铸锭在440～460℃下均匀化处理2～3h，再在480～500℃下均匀化处理1～2h，得到铝合金铸锭；
S3中，热处理具体过程如下：将挤压成型后铝合金铸锭置于220～250℃下保温1～2h，再升温至320～350℃，保温1～2h，然后降温至150～180℃，保温1～2h，空冷至室温后得到铝合金基体。
2.根据权利要求1所述消防车用高强度铝合金型材，其特征在于，S4中，激光重熔的工艺参数如下：单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为1.5～2.5mm，扫描速度为6～8mm/s，功率为1.2～1.6KW。
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