CN108179333A - 一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料及其制备方法，本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料及其制备方法。本发明是要解决现有铝合金型材生产效率低，生产成本高的问题。铝合金材料由Zn、Mg、Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Ti、Zr和余量为Al组成。方法：1、熔炼合金将备好的重熔铝锭、Zn锭及Si、Mn、Fe、Zr等中间合金进行熔炼并浇注成锭。2、挤压成型：将铝合金铸锭和挤压机预热，挤压得到铝合金型材。3、在线淬火，随后进行人工时效处理，得到铝合金成品。本发明用于铝合金型材的制备；制备的铝合金型材质量高，缺陷少，性能优异，实现在线淬火，节约能源，适合低成本批量生产。

Description

一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝合金材料已经广泛的用于航空航天，国防，汽车以及交通等工业领域。然而不同的应用领域也对铝合金材料的性能，成型难度，成本等提出了越来越高的要求，同时也促进了具有特性的铝合金材料的开发。
在线淬火工艺是充分利用铝合金制备过程中产生的余热对铝合金进行淬火热处理，该过程耗能低，生产效率高。目前，只有6XXX挤压变形铝合金能够实现在线淬火，而Zn含量较高的7XXX挤压变形铝合金在线淬火的工艺并不成熟或者经过在线淬火后无法充分的发挥合金性能，只能采用传统的离线淬火工艺，该工艺耗能高，周期长，成本较高。
综上所述，需要一种完美适应在线淬火工艺，且保持高性能，易于挤压成型的铝合金材料，以达到提高生产效率，降低能耗和材料成本的目的。
发明内容
本发明是要解决现有铝合金型材生产效率低，生产成本高的问题，而提供一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料及其制备方法。
本发明一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料按质量百分比由4.0％～6.0％Zn、1.0％～2.5％Mg、0％～0.5％Si、0.01％～0.5％Fe、0％～0.2％Cu、0％～0.2％Mn、0％～0.3％Cr、0％～0.5％Ti、0％～0.2％Zr和余量为Al组成。
本发明一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼合金：按质量百分比4.0％～6.0％Zn、1.0％～2.5％Mg、0％～0.5％Si、0.01％～0.5％Fe、0％～0.2％Cu、0％～0.2％Mn、0％～0.3％Cr、0％～0.5％Ti、0％～0.2％Zr和余量为Al进行备料，其中Zn、Mg和Al采用锌锭、镁锭和重熔铝锭，Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Ti和Zr采用中间合金；将炉气温度设定为850℃～1100℃，将备好的锌锭、重熔铝锭和中间合金按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，待原料完全熔化得到熔体且熔体温度升至600℃～750℃后将镁锭加入到熔体中，搅拌后取样分析调整成分，成分合格后将炉料温度升至760℃～850℃，加入精炼剂并通入保护气进行除气除渣5min～40min，静置后将所得合金液浇注成锭；
二、挤压成型：将铝合金铸锭和挤压机预热，经过正/反挤得到高性能铝合金管材、棒材和线材等；
三、在线淬火：精确控制挤压出口温度，挤压成型的铝合金型材直接在线进行淬火处理，随后进行人工时效处理，得到铝合金成品。
本发明的有益效果是：
发明制备的铝合金型材，性能优异，可加工性能，通过挤压成型后，铝合金质量高，缺陷少，成品率高。加入Zn和Mg有利于保持铝合金具有高强度，通过该方法生产的铝合金抗拉强度超过360MPa，满足大部分行业的需求；通过该方法生产的铝合金延伸率超过10％。本发明制备的铝合金可实现在线淬火工艺，充分利用挤压后余热，节约能源。本发明制备铝合金工艺简单，成本低，适合批量生产。
附图说明
图1为实施例一制备的在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的拉伸性能曲线。
图2为实施例二制备的在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的拉伸性能曲线。
图3为实施例三制备的在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的拉伸性能曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料按质量百分比由4.0％～6.0％Zn、1.0％～2.5％Mg、0％～0.5％Si、0.01％～0.5％Fe、0％～0.2％Cu、0％～0.2％Mn、0％～0.3％Cr、0％～0.5％Ti、0％～0.2％Zr和余量为Al组成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料按质量百分比由4.0％～6.0％Zn、1.0％～2.5％Mg、0.01％～0.5％Si、0.01％～0.5％Fe、0.01％～0.2％Cu、0.01％～0.2％Mn、0.01％～0.3％Cr、0.01％～0.5％Ti、0.01％～0.2％Zr和余量为Al组成。其他与具体实施方式二相同。
具体实施方式三：本实施方式一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼合金：按质量百分比4.0％～6.0％Zn、1.0％～2.5％Mg、0％～0.5％Si、0.01％～0.5％Fe、0％～0.2％Cu、0％～0.2％Mn、0％～0.3％Cr、0％～0.5％Ti、0％～0.2％Zr和余量为Al进行备料，其中Zn、Mg和Al采用锌锭、镁锭和重熔铝锭，Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Ti和Zr采用中间合金；将炉气温度设定为850℃～1100℃，将备好的锌锭、重熔铝锭和中间合金按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，待原料完全熔化得到熔体且熔体温度升至600℃～750℃后将镁锭加入到熔体中，搅拌后取样分析调整成分，成分合格后将炉料温度升至760℃～850℃，加入精炼剂并通入保护气进行除气除渣5min～40min，静置后将所得合金液浇注成锭；
二、挤压成型：将铝合金铸锭和挤压机预热，经过正/反挤得到高性能铝合金管材、棒材和线材等；
三、在线淬火：精确控制挤压出口温度，挤压成型的铝合金型材直接在线进行淬火处理，随后进行人工时效处理，得到铝合金成品。
步骤一所述的元素含量中Mn和Cr的含量之和应处于0.15％～0.5％之间。
步骤一所述的元素含量中Ti和Cu的含量之和应处于0.1％～0.4％之间。
本实施方式步骤二所述挤出是通过正挤出或反挤出。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤一中按质量百分比4.0％～6.0％Zn、1.0％～2.5％Mg、0.01％～0.5％Si、0.01％～0.5％Fe、0.01％～0.2％Cu、0.01％～0.2％Mn、0.01～0.3％Cr、0.01％～0.5％Ti、0.01％～0.2％Zr和余量为Al进行备料，其中Zn、Mg和Al采用锌锭、镁锭和重熔铝锭，Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Ti和Zr采用中间合金。其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：步骤一中所述中间合金为铝硅合金、铝铁合金、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金、铝钛合金和铝锆合金。其他与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤一中所述精炼剂由氯化钠、氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成。其他与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤一中所述精炼剂的添加量为熔体质量的0.2％。其他与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：步骤一中所述保护气为Ar。其他与具体实施方式三至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是：步骤二中铝合金铸锭的预热温度为420℃～470℃。其他与具体实施方式三至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是：步骤二中挤压机中挤压筒的预热温度为450℃～520℃。其他与具体实施方式三至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三至十之一不同的是：步骤二中挤压比为20～75，型材出口速度为3m/min～10m/min。其他与具体实施方式三至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式三至十一之一不同的是：步骤三中所述型材出口温度为450℃～530℃。其他与具体实施方式三至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式三至十二之一不同的是：步骤三中人工时效处理的温度为150℃～200℃，时效处理时间为8h～13h。其他与具体实施方式三至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式三至十三之一不同的是：所述铝合金型材为棒材、管材或线材。其他与具体实施方式三至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式三至十四之一不同的是：步骤三中淬火处理的淬火介质水温度为40℃。其他与具体实施方式三至十四之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼合金：按质量百分比5％Zn、1.8％Mg、0.2％Si、0.4％Fe、0.1％Cu、0.1％Mn、0.1％Cr、0.02％Ti、0.15％Zr和余量为Al进行备料，其中Zn、Mg和Al采用锌锭、镁锭和重熔铝锭，Si、Fe、Cu、Mn、Gr、Ti和Zr采用中间合金；将炉气温度设定为950℃，将备好的锌锭、重熔铝锭和中间合金按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，待原料完全熔化得到熔体且熔体温度升至720℃后将镁锭加入到熔体中，搅拌后取样分析调整成分，成分合格后将炉料温度升至800℃，加入精炼剂并通入保护气进行除气除渣30min，静置后将所得合金液浇注成锭；
二、挤压成型：将铝合金铸锭和挤压机预热，经过反挤得到高性能铝合金管材、棒材和线材等；
三、在线淬火：精确控制挤压出口温度，挤压成型的铝合金型材直接在线进行淬火处理，随后进行人工时效处理，得到铝合金成品。
步骤一中所述精炼剂由氯化钠、氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成。
步骤一中所述精炼剂的添加量为熔体质量的0.2％。
步骤一中所述保护气为Ar。
步骤二中铝合金铸锭的预热温度为450℃。
步骤二中挤压机中挤压筒的预热温度为520℃。
步骤二中挤压比为30，型材出口速度为5m/min。
步骤三中型材的挤压出口温度控制为510℃。
步骤三中淬火处理的淬火介质水温度为40℃。
步骤三中人工时效处理的温度为160℃，时效处理时间为10h。
图1为实施例一制备的在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的拉伸性能曲线，从图中可以看出，通过该发明方法制备的铝合金型材拉伸强度超过390MPa，能够满足绝大多数工业的需求；此外，延伸率为11.2％，具有优异的延展性，适合挤压成型。
实施例二：一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼合金：按质量百分比5.5％Zn、2.0％Mg、0.1％Si、0.3％Fe、0.15％Cu、0％Mn、0.2％Cr、0％Ti、0.15％Zr和余量为Al进行备料，其中Zn、Mg和Al采用锌锭、镁锭和重熔铝锭，Si、Fe、Cu、Cr、和Zr采用中间合金；将炉气温度设定为1000℃，将备好的锌锭、重熔铝锭和中间合金按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，待原料完全熔化得到熔体且熔体温度升至740℃后将镁锭加入到熔体中，搅拌后取样分析调整成分，成分合格后将炉料温度升至820℃，加入精炼剂并通入保护气进行除气除渣30min，静置后将所得合金液浇注成锭；
二、挤压成型：将铝合金铸锭和挤压机预热，经过反挤得到高性能铝合金管材、棒材和线材等；
三、在线淬火：精确控制挤压出口温度，挤压成型的铝合金型材直接在线进行淬火处理，随后进行人工时效处理，得到铝合金成品。
步骤一中所述精炼剂由氯化钠、氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成。
步骤一中所述精炼剂的添加量为熔体质量的0.2％。
步骤一中所述保护气为Ar。
步骤二中铝合金铸锭的预热温度为450℃。
步骤二中挤压机中挤压筒的预热温度为520℃。
步骤二中挤压比为30，型材出口速度为5m/min。
步骤三中型材的挤压出口温度控制为510℃。
步骤三中淬火处理的淬火介质水温度为40℃。
步骤三中人工时效处理的温度为160℃，时效处理时间为10h。
图2为实施例二制备的在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的拉伸性能曲线，从图中可以看出，通过该发明方法制备的铝合金型材拉伸强度超过400MPa，能够满足绝大多数工业的需求；此外，延伸率为12.8％，具有优异的延展性，适合挤压成型。
实施例三：一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼合金：按质量百分比5.5％Zn、2.0％Mg、0.1％Si、0.3％Fe、0％Cu、0.2％Mn、0％Cr、0.15％Ti、0.15％Zr和余量为Al进行备料，其中Zn、Mg和Al采用锌锭、镁锭和重熔铝锭，Si、Fe、Mn、Ti和Zr采用中间合金；将炉气温度设定为1000℃，将备好的锌锭、重熔铝锭和中间合金按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，待原料完全熔化得到熔体且熔体温度升至720℃后将镁锭加入到熔体中，搅拌后取样分析调整成分，成分合格后将炉料温度升至820℃，加入精炼剂并通入保护气进行除气除渣30min，静置后将所得合金液浇注成锭；
二、挤压成型：将铝合金铸锭和挤压机预热，经过反挤得到高性能铝合金管材、棒材和线材等；
三、在线淬火：精确控制挤压出口温度，挤压成型的铝合金型材直接在线进行淬火处理，随后进行人工时效处理，得到铝合金成品。
步骤一中所述精炼剂由氯化钠、氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成。
步骤一中所述精炼剂的添加量为熔体质量的0.2％。
步骤一中所述保护气为Ar。
步骤二中铝合金铸锭的预热温度为450℃。
步骤二中挤压机中挤压筒的预热温度为520℃。
步骤二中挤压比为30，型材出口速度为5m/min。
步骤三中型材的挤压出口温度控制为510℃。
步骤三中淬火处理的淬火介质水温度为40℃。
步骤三中人工时效处理的温度为160℃，时效处理时间为10h。
图3为实施例三制备的在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的拉伸性能曲线，从图中可以看出，通过该发明方法制备的铝合金型材拉伸强度超过400MPa，能够满足绝大多数工业的需求；此外，延伸率为12.5％，具有优异的延展性，适合挤压成型。

Claims (10)

1.一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料，其特征在于在线淬火高性能挤压成型铝合金材料按质量百分比由4.0％～6.0％Zn、1.0％～2.5％Mg、0％～0.5％Si、0.01％～0.5％Fe、0％～0.2％Cu、0％～0.2％Mn、0％～0.3％Cr、0％～0.5％Ti、0％～0.2％Zr和余量为Al组成。
2.如权利要求1所述一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法，其特征在于在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、熔炼合金：按质量百分比4.0％～6.0％Zn、1.0％～2.5％Mg、0％～0.5％Si、0.01％～0.5％Fe、0％～0.2％Cu、0％～0.2％Mn、0％～0.3％Cr、0％～0.5％Ti、0％～0.2％Zr和余量为Al进行备料，其中Zn、Mg和Al采用锌锭、镁锭和重熔铝锭，Si、Fe、Cu、Mn、Cr、Ti和Zr采用中间合金；将炉气温度设定为850℃～1100℃，将备好的锌锭、重熔铝锭和中间合金按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，待原料完全熔化得到熔体且熔体温度升至600℃～750℃后将镁锭加入到熔体中，搅拌后取样分析调整成分，成分合格后将炉料温度升至760℃～850℃，加入精炼剂并通入保护气进行除气除渣5min～40min，静置后将所得合金液浇注成锭；
二、挤压成型：将铝合金铸锭和挤压机预热，经过正/反挤得到高性能铝合金管材、棒材和线材等；
三、在线淬火：精确控制挤压出口温度，挤压成型的铝合金型材直接在线进行淬火处理，随后进行人工时效处理，得到铝合金成品。
3.根据权利要求2所述的一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述中间合金为铝硅合金、铝铁合金、铝铜合金、铝锰合金、铝铬合金、铝钛合金和铝锆合金。
4.根据权利要求2所述的一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述精炼剂由氯化钠、氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成。
5.根据权利要求2所述的一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述精炼剂由氯化钠、氯化钾、冰晶石和六氯乙烷组成。
6.根据权利要求2所述的一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法，其特征在于步骤二中铝合金铸锭的预热温度为420℃～470℃。
7.根据权利要求2所述的一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法，其特征在于步骤二中挤压机中挤压筒的预热温度为450℃～520℃。
8.根据权利要求2所述的一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法，其特征在于步骤二中挤压比为20～75，型材出口速度为3m/min～10m/min。
9.根据权利要求2所述的一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法，其特征在于步骤三中所述型材出口温度为450℃～530℃。
10.根据权利要求2所述的一种在线淬火高性能挤压成型铝合金材料的制备方法，其特征在于步骤三中人工时效处理的温度为150℃～200℃，时效处理时间为8h～13h。
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