CN108277399A - 一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料及其热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料及其热处理工艺,包括以下重量百分比的原料:Si13.5‑14.3%、Fe0.7‑0.8%、Cu2.6‑3.2%、Mn0.3‑1%、Cr0.11‑0.29%、Zn0.7‑1.3%、Mg0.31‑0.37%、Sn0.18‑0.22%、Ni0.12‑0.16%、Ti0.14‑0.16%、B0.002‑0.004%、Sr0.015‑0.025%、余量为Al。本发明的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,该材料强度、抗氧化性、耐磨性好等优点,此外,热处理工艺强化了铝合金性能,具有较高的使用价值和良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域,具体涉及一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料及其热处理工艺。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中大量应用,铝合金密度低,但强度比较高,按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金两大类;变形铝合金能承受压力加工,可加工成各种形态、规格的铝合金材料,主要用于制造航空器材、建筑门窗等,变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金;铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金、铝铜合金、铝锌合金和铝稀土合金,此外,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。
现有技术中,铝合金材料仍然强度低、抗氧化性能差、耐磨性差等缺点,同时,铝合金的热处理工艺效果不是很显著,强化效果不明显,大大的降低了铝合金性能,限制了铝合金材料的发展。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的是提供一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,该材料强度、抗氧化性、耐磨性好等优点,此外,热处理工艺强化了铝合金性能,具有较高的使用价值和良好的应用前景。
本发明解决技术问题采用如下技术方案:
本发明提供了一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,包括以下重量百分比的原料:
Si13.5-14.3%、Fe0.7-0.8%、Cu2.6-3.2%、Mn0.3-1%、Cr0.11-0.29%、Zn0.7-1.3%、Mg0.31-0.37%、Sn0.18-0.22%、Ni0.12-0.16%、Ti0.14-0.16%、B0.002-0.004%、Sr0.015-0.025%、余量为Al。
优选地,所述门窗用高强度耐磨型铝合金材料包括以下重量百分比的原料:
Si13.9%、Fe0.75%、Cu2.9%、Mn0.65%、Cr0.2%、Zn1%、Mg0.34%、Sn0.2%、Ni0.14%、Ti0.15%、B0.003%、Sr0.02%、余量为Al。
本发明还提供一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,包括以下步骤:
步骤一,按要求称量准备各组分原料;
步骤二,将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Zn投入到熔炼炉进行熔炼,熔炼温度为730-740℃,然后在投入Cr、Mn、Sn、Ni、Ti、B、Sr,升温至750-770℃,反应1-2h,得到铝合金熔体A;
步骤三,将步骤二中的铝合金熔体采用半连续铸造法进行铸造,半连续铸造温度为720-740℃,铸造速度为45-55mm/min,冷却水强度为0.08-0.10MPa,并在结晶器内布置电磁感应线圈,磁场的频率为2000-2600Hz,得到铸造体B;
步骤四,将铸造体B加热到520-560℃淬火,淬火时间1-2h,再用淬火液冷却,再将冷却后的铸体在360-380℃保温2-3h回火,冷却至室温,再加热至360-400℃保温2-3h二次回火,再冷却至室温,得到固溶体C;
步骤五,将固溶体C继续加热,加热温度为110-130℃,加热8-10h,然后在升温至190-198℃,加热4-6h,即完成门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺。
优选地,所述门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺步骤为:
步骤一,按要求称量准备各组分原料;
步骤二,将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Zn投入到熔炼炉进行熔炼,熔炼温度为735℃,然后在投入Cr、Mn、Sn、Ni、Ti、B、Sr,升温至760℃,反应1.5h,得到铝合金熔体A;
步骤三,将步骤二中的铝合金熔体采用半连续铸造法进行铸造,半连续铸造温度为730℃,铸造速度为50mm/min,冷却水强度为0.09MPa,并在结晶器内布置电磁感应线圈,磁场的频率为2300Hz,得到铸造体B;
步骤四,将铸造体B加热到540℃淬火,淬火时间1.5h,再用淬火液冷却,再将冷却后的铸体在370℃保温2.5h回火,冷却至室温,再加热至380℃保温2.5h二次回火,再冷却至室温,得到固溶体C;
步骤五,将固溶体C继续加热,加热温度为120℃,加热9h,然后在升温至194℃,加热5h,即完成门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺。
优选地,所述步骤二中在熔炼过程需用电磁搅拌器搅拌。
优选地,所述步骤二中在熔炼时采用氮气保护。
优选地,所述步骤三中结晶器中心位置的磁场强度为18-22mT。
优选地,所述步骤三中结晶器中心位置的磁场强度为20mT。
优选地,所述步骤四中淬火液为PAG淬火液。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
(1)本发明的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,通过合理的控制Si、Cu、Mn、Cr含量的配比,使得合金具有良好的强度、耐磨性,以及优良的力学性能。
(2)本发明的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,通过加入Mg的量来影响铝合金性质,Mg含量从0.31%增加到0.37%,每增加1%Mg,抗拉强度升高46MPa,同时,Mn的量从0.3%增加到1%,抗拉强度增强,起到协同作用,此外,Mn可以使化合物均匀沉淀,改善耐腐蚀性。
(3)本发明的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,添加的Ti,能与Al形成,起到细化铸造组织和焊缝组织的作用,同时,Ti与B形成Ti-B,B含量从0.002%增加至0.004%,能够有效的减少自由N数量,减轻N对位错的钉扎作用,提高铝合金的强度和韧性。
(4)本发明的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,铝合金加入的Sr在处理工艺中,能够改善合金的塑性加工性和最终产品质量,Sr含量从0.015%增加到0.025%,降低了制备时间,此外,铝合金中加入Sr0.015-0.025%,力学性能显著提高,抗拉强度由235MPa提高到242MPa,屈服强度由206提高到212MPa,延伸率10%增至14%。
(5)本发明的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,热处理工艺中,将冷却后的铸体在360-380℃保温2-3h回火,冷却至室温,再加热至360-400℃保温2-3h二次回火,再冷却至室温,得到固溶体C,可以在提高铝合金铸件力学性能的前提下大幅度降低铸件开裂风险,保证了铝合金稳定性,此外,使用的PAG淬火液能有效改善工作环境,提高零件的淬火质量,降低生产成本。
(6)本发明的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,该材料强度、抗氧化性、耐磨性好等优点,此外,热处理工艺强化了铝合金性能,具有较高的使用价值和良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,包括以下重量百分比的原料:
Si13.5%、Fe0.7%、Cu2.6%、Mn0.3%、Cr0.11%、Zn0.7%、Mg0.31%、Sn0.18%、Ni0.12%、Ti0.14%、B0.002%、Sr0.015%、余量为Al。
本实施例的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,包括以下步骤:
步骤一,按要求称量准备各组分原料;
步骤二,将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Zn投入到熔炼炉进行熔炼,熔炼温度为730℃,然后在投入Cr、Mn、Sn、Ni、Ti、B、Sr,升温至750℃,反应1h,得到铝合金熔体A;
步骤三,将步骤二中的铝合金熔体采用半连续铸造法进行铸造,半连续铸造温度为720℃,铸造速度为45mm/min,冷却水强度为0.08MPa,并在结晶器内布置电磁感应线圈,磁场的频率为2000-2600Hz,得到铸造体B;
步骤四,将铸造体B加热到520℃淬火,淬火时间1h,再用淬火液冷却,再将冷却后的铸体在360℃保温2h回火,冷却至室温,再加热至360℃保温2h二次回火,再冷却至室温,得到固溶体C;
步骤五,将固溶体C继续加热,加热温度为110℃,加热8h,然后在升温至190℃,加热4h,即完成门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺。
本实施例中的熔炼过程需用电磁搅拌器搅拌。
本实施例中的步骤二中在熔炼时采用氮气保护。
本实施例中的步骤三中结晶器中心位置的磁场强度为18mT。
本实施例中的步骤四中淬火液为PAG淬火液。
实施例2.
本实施例的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,包括以下重量百分比的原料:
Si14.3%、Fe0.8%、Cu3.2%、Mn1%、Cr0.29%、Zn1.3%、Mg0.37%、Sn0.22%、Ni0.16%、Ti0.16%、B0.004%、Sr0.025%、余量为Al。
本实施例的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,包括以下步骤:
步骤一,按要求称量准备各组分原料;
步骤二,将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Zn投入到熔炼炉进行熔炼,熔炼温度为740℃,然后在投入Cr、Mn、Sn、Ni、Ti、B、Sr,升温至770℃,反应2h,得到铝合金熔体A;
步骤三,将步骤二中的铝合金熔体采用半连续铸造法进行铸造,半连续铸造温度为740℃,铸造速度为55mm/min,冷却水强度为0.10MPa,并在结晶器内布置电磁感应线圈,磁场的频率为2600Hz,得到铸造体B;
步骤四,将铸造体B加热到560℃淬火,淬火时间2h,再用淬火液冷却,再将冷却后的铸体在380℃保温3h回火,冷却至室温,再加热至400℃保温3h二次回火,再冷却至室温,得到固溶体C;
步骤五,将固溶体C继续加热,加热温度为130℃,加热10h,然后在升温至198℃,加热6h,即完成门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺。
本实施例中的熔炼过程需用电磁搅拌器搅拌。
本实施例中的步骤二中在熔炼时采用氮气保护。
本实施例中的步骤三中结晶器中心位置的磁场强度为22mT。
本实施例中的步骤四中淬火液为PAG淬火液。
实施例3.
本实施例的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,包括以下重量百分比的原料:
Si13.9%、Fe0.75%、Cu2.9%、Mn0.65%、Cr0.2%、Zn1%、Mg0.34%、Sn0.2%、Ni0.14%、Ti0.15%、B0.003%、Sr0.02%、余量为Al。
本实施例的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,包括以下步骤:
步骤一,按要求称量准备各组分原料;
步骤二,将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Zn投入到熔炼炉进行熔炼,熔炼温度为735℃,然后在投入Cr、Mn、Sn、Ni、Ti、B、Sr,升温至760℃,反应1.5h,得到铝合金熔体A;
步骤三,将步骤二中的铝合金熔体采用半连续铸造法进行铸造,半连续铸造温度为730℃,铸造速度为50mm/min,冷却水强度为0.09MPa,并在结晶器内布置电磁感应线圈,磁场的频率为2300Hz,得到铸造体B;
步骤四,将铸造体B加热到540℃淬火,淬火时间1.5h,再用淬火液冷却,再将冷却后的铸体在370℃保温2.5h回火,冷却至室温,再加热至380℃保温2.5h二次回火,再冷却至室温,得到固溶体C;
步骤五,将固溶体C继续加热,加热温度为120℃,加热9h,然后在升温至194℃,加热5h,即完成门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺。
本实施例中的熔炼过程需用电磁搅拌器搅拌。
本实施例中的步骤二中在熔炼时采用氮气保护。
本实施例中的步骤三中结晶器中心位置的磁场强度为20mT。
本实施例中的步骤四中淬火液为PAG淬火液。
实施例1至3制备的门窗用高强度耐磨型铝合金材料性能测试结果如下:
屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 延伸率(%) | 耐磨性 | |
实施例1 | 212 | 235 | 12 | 优 |
实施例2 | 224 | 248 | 13 | 优 |
实施例3 | 236 | 252 | 15 | 优 |
技术指标 | 173 | 213 | 9 | 优良 |
本发明的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,该材料强度、抗氧化性、耐磨性好等优点,此外,热处理工艺强化了铝合金性能,具有较高的使用价值和良好的应用前景。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,其特征在于,包括以下重量百分比的原料:
Si13.5-14.3%、Fe0.7-0.8%、Cu2.6-3.2%、Mn0.3-1%、Cr0.11-0.29%、Zn0.7-1.3%、Mg0.31-0.37%、Sn0.18-0.22%、Ni0.12-0.16%、Ti0.14-0.16%、B0.002-0.004%、Sr0.015-0.025%、余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料,其特征在于,所述门窗用高强度耐磨型铝合金材料包括以下重量百分比的原料:
Si13.9%、Fe0.75%、Cu2.9%、Mn0.65%、Cr0.2%、Zn1%、Mg0.34%、Sn0.2%、Ni0.14%、Ti0.15%、B0.003%、Sr0.02%、余量为Al。
3.一种如权利要求1或2所述的门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,按要求称量准备各组分原料;
步骤二,将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Zn投入到熔炼炉进行熔炼,熔炼温度为730-740℃,然后在投入Cr、Mn、Sn、Ni、Ti、B、Sr,升温至750-770℃,反应1-2h,得到铝合金熔体A;
步骤三,将步骤二中的铝合金熔体采用半连续铸造法进行铸造,半连续铸造温度为720-740℃,铸造速度为45-55mm/min,冷却水强度为0.08-0.10MPa,并在结晶器内布置电磁感应线圈,磁场的频率为2000-2600Hz,得到铸造体B;
步骤四,将铸造体B加热到520-560℃淬火,淬火时间1-2h,再用淬火液冷却,再将冷却后的铸体在360-380℃保温2-3h回火,冷却至室温,再加热至360-400℃保温2-3h二次回火,再冷却至室温,得到固溶体C;
步骤五,将固溶体C继续加热,加热温度为110-130℃,加热8-10h,然后在升温至190-198℃,加热4-6h,即完成门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺。
4.根据权利要求3所述的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,其特征在于,所述步骤为:
步骤一,按要求称量准备各组分原料;
步骤二,将Al、Si、Fe、Cu、Mg、Zn投入到熔炼炉进行熔炼,熔炼温度为735℃,然后在投入Cr、Mn、Sn、Ni、Ti、B、Sr,升温至760℃,反应1.5h,得到铝合金熔体A;
步骤三,将步骤二中的铝合金熔体采用半连续铸造法进行铸造,半连续铸造温度为730℃,铸造速度为50mm/min,冷却水强度为0.09MPa,并在结晶器内布置电磁感应线圈,磁场的频率为2300Hz,得到铸造体B;
步骤四,将铸造体B加热到540℃淬火,淬火时间1.5h,再用淬火液冷却,再将冷却后的铸体在370℃保温2.5h回火,冷却至室温,再加热至380℃保温2.5h二次回火,再冷却至室温,得到固溶体C;
步骤五,将固溶体C继续加热,加热温度为120℃,加热9h,然后在升温至194℃,加热5h,即完成门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺。
5.根据权利要求3所述的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,其特征在于,所述步骤二中在熔炼过程需用电磁搅拌器搅拌。
6.根据权利要求3所述的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,其特征在于,所述步骤二中在熔炼时采用氮气保护。
7.根据权利要求3所述的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,其特征在于,所述步骤三中结晶器中心位置的磁场强度为18-22mT。
8.根据权利要求7所述的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,其特征在于,所述步骤三中结晶器中心位置的磁场强度为20mT。
9.根据权利要求3所述的一种门窗用高强度耐磨型铝合金材料热处理工艺,其特征在于,所述步骤四中淬火液为PAG淬火液。
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CN1605410A (zh) * | 2004-11-22 | 2005-04-13 | 东北大学 | 铝硅系合金电磁调质方法 |
CN103031473A (zh) * | 2009-03-03 | 2013-04-10 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 高韧性Al-Si系压铸铝合金的加工方法 |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20180713 |
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