CN108754251A - 一种超耐磨耐划伤铝合金板材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属加工技术领域，具体涉及一种超耐磨耐划伤铝合金板材。按照质量分数，包括如下化学组成：Mg 0.5‑0.7%，Si 1.2‑1.5%，Cu 0.24‑0.28%，Ru 0.03‑0.05%，Mo 0.005‑0.015%，W 0.01‑0.03%，Mn 0.03‑0.05%，Re 0.2‑0.4%，Zn≤0.05%，B≤0.03%，Ti≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05%。其中，Re的成分及其质量分数为：La 15.2%，Pr 19.1%，Sm 22.4%，Ho 20.9%，Ce 22.4%。该型铝合金的硬度和强度较高，制备的铝合金板材具有良好的耐磨性能和抗划伤性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工技术领域，具体涉及一种超耐磨耐划伤铝合金板材。
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、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金结构件的需求日益增多，目前铝合金是应用最多的合金之一。
铝合金与另一个应用非常广泛的合金相比，具有更低的密度，更好的耐腐蚀性能，以及更加优秀的加工特性。但是铝合金的生产成本较高，而且材料的强度和硬度相对较低，铝合金材料在使用过程由于表面硬度较低容易形成擦擦划伤，而且材料的耐磨性能也相应降低，铝合金材料生产的的结构件的表面磨损问题比较严重，需要一般还需要进行外层防护。
为了提高铝合金的结构特性和功能特性，常在铝合金中加入陶瓷颗粒、碳纤维和晶须材料，以提高铝合金的力学性能和耐磨性能；金刚石具有高的硬度，是良好的耐磨材料，具有较高的热导率，金刚石在高温条件下具有石墨化倾向，在磨损过程中可以起到自润滑作用，可提高材料的耐磨性能；碳化硼是良好的耐磨材料，密度低，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，不与酸和碱发生反应，常被用作耐磨材料、高温材料和中子屏蔽材料；但金刚石和碳化硼的脆性较高，在发生剧烈撞击时容易发生断裂现象；如果将金刚石和碳化硼颗粒加入到铝合金基体中，可以制备具有高力学性能和良好耐磨性能的金属基复合材料。但是这种复合材料的加工难度大，材料成本也相对较高，因此，不适合大规模应用和推广，产生的经济价值较低。
发明专利申请号CN201310176055.3公开的一种耐磨铝合金，该发明通过成分的改良提升铝合金的性能，其中，该铝合金材料中，按重量计所述耐磨铝合金组成为：硅11～13％、镁4～6％、铬0.1～0.2％、钛0.2～0.4％、锰0.04～0.08％、镱0.1～0.18％、钨0.1～0.15％，余量为铝。这种铝合金的耐腐蚀性能和耐磨性能得到一定提升，但是铝合金的硬度依然不够高，材料表面的耐划伤性能较差。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种超耐磨耐划伤铝合金板材，该型铝合金的硬度和强度较高，制备的铝合金板材具有良好的耐磨性能和抗划伤性能。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种超耐磨耐划伤铝合金板材，按照质量分数，包括如下化学组成：Mg 0.5-0.7％，Si 1.2-1.5％，Cu 0.24-0.28％，Ru 0.03-0.05％，Mo 0.005-0.015％，W 0.01-0.03％，Mn 0.03-0.05％，Re 0.2-0.4％，Zn≤0.05％，B≤0.03％，Ti≤0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05％。
优选地，所述铝合金板材按照质量分数，包括如下化学组成：Mg 0.5-0.6％，Si1.3-1.4％，Cu 0.25-0.27％，Ru 0.04-0.05％，Mo 0.007-0.009％，W 0.01-0.02％，Mn0.03-0.04％，Re 0.2-0.3％，Zn≤0.05％，B≤0.03％，Ti≤0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05％。
进一步优选地，所述铝合金板材按照质量分数，包括如下化学组成：Mg 0.55％，Si1.32％，Cu 0.26％，Ru 0.04％，Mo 0.008％，W 0.02％，Mn 0.04％，Re 0.3％，Zn 0.03％，B0.02％，Ti 0.01％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05％。
优选地，所述Re的成分及其质量分数为：La 15.2％，Pr 19.1％，Sm 22.4％，Ho20.9％，Ce 22.4％。
本发明提供的铝合金板材的制备方法包括如下步骤：
(1)将铝锭投入到真空熔炉中进行熔炼，铝锭开始熔化后加入速溶硅、Al-Mn中间合金、AL-Ru-Mo中间合金、Al-W-Zn中间合金，Al-B中间合金，铝锭完全熔化后加入阴极铜、镁锭；完全熔化后将合金熔液搅拌均匀；
(2)将精炼剂、精炼助剂和稀土元素加入到合金液中，充分搅拌均匀后，将合金液转至倾翻式保温炉中进行精炼处理，首先由氮气和氯气的混合气体进行除气精炼，然后向合金熔液中加入晶粒细化剂进行晶粒细化处理，接着进行过滤除渣；
(3)除渣后的合金熔液进行浇铸得到铸锭，铸锭送入到均热炉中，以480-530℃的温度保温24-36h；均匀化处理后将铸锭降温至室温1-2h，然后将铝合金铸锭转移到预热炉中，在450-480℃温度进行预热，预热时间为5-7h；
(4)然后将铝合金铸锭送入热轧机中进行热轧，热轧开轧温度为520-540℃，终轧温度为440-460℃，制得热轧铝合金板材；将经过热轧的铝合金板材在410-425℃的温度下进行退火，退火保温时间为2-3h；
(5)将经过中间退火的铝合金板材冷轧至规定的厚度，对得到铝合金板材进行固溶淬火，固溶淬火温度为535-545℃，固溶淬火时间为30-35min，固溶淬火后进行时效处理，时效处理后，得到所需超耐磨耐划伤铝合金板材。
优选地，真空炉中熔炼温度为720-740℃。
优选地，按照质量份数，所述精炼过程中使用的精炼剂中含有：碳酸钾23份，氯化锂7份，氮化镁12份，氟铝酸钾12份；精炼剂的用量为合金液的3.4-3.7％。
优选地，精炼助剂为氮化镓和氧化锗的等质量比混合物，精炼助剂的用量为精炼剂的5％。
优选地，晶粒细化剂中使用的是钛含量30％，硼含量2％的钛硼晶粒细化剂。
优选地，时效处理过程包括两步：第一步以130℃的温度时效处理3-3.5h，第二步以180℃的温度时效处理5-6h。
Si在铝合金板材中除了具有固溶强化作用外，最重要的是Si可与铝合金中的Mg形成热稳定性极好的Al2MgSi、MgSiAl3、Mg2SiAl8等过剩相，增强铝合金的强度和耐热性能。Si含量太高也会降低铝合金的塑形和导电性能，因此，为了确保铝合金板材获得足够的强度和耐热性Si含量选择在Si 1.2-1.5％，最优的Si含量为1.32％。
Cu在铝合金中除了具有固溶强化作用外，还可形成强化效果极为明显的CuAl2相，增强铝合金的强度。Cu含量越高，CuAl2相的数量越多，铝合金的强度越高。但Cu含量太高也会降低铝合金的耐腐蚀性能，并且Cu的价格较贵，Cu含量太高会增加铝合金导线的生产成本。因此，Cu含量选择在0.24-0.28％，最优的Cu含量为0.26％。
本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的铝合金板材中，铝合金是经过特殊的元素配比和加工工艺处理得到的，该型合金具有非常优秀的强度和硬度，因此，产生的铝合金板材的强度高、耐磨性能和抗划伤性能非常好，可以应用于多个工业领域。
其中，合金中使用的Mn、Ru和Mo元素可以在合金中形成特殊的晶相，并与W元素形成协同作用，大幅提高铝合金的硬度，从而提升铝合金的耐磨性能和抗划伤性能。
Re是含有La、Pr、Sm、Ho、Ce五种稀土元素，稀土元素的物理化学性质活泼，能与铝合金液中的氢、氧、锰、锌、铬等杂质元素反应生成高熔点、高稳定性的稀土化合物，对铝合金液有深度净化作用，可以消除杂质元素对力学性能的伤害。另外，形成的稀土化合物具有熔点高、硬度高和热稳定性好的特点；稀土化合物偏聚在相界和晶界可提高相界和晶界的强度和抗蠕变能力，提高铝合金板材的强度和硬度。发明人的大量实验研究证明，对于提高铝合金的硬度和强度而言，添加La、Pr、Sm、Ho、Ce五种稀土元素的效果比添加一种或少数几种稀土元素的效果都更好，并且发现使用La 15.2％，Pr 19.1％，Sm 22.4％，Ho 20.9％，Ce22.4％的质量配比，可以产生高于其他配比的性提升效果。
此外，在精炼过程中，特别将精炼剂、精炼助剂和稀土元素同时添加，是因为精炼助剂不仅可以和精炼剂一起对合金熔液发挥净化作用，而且还可以与稀土元素产生协同作用，从而提高稀土元素的性能提升作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种超耐磨耐划伤铝合金板材，按照质量分数，包括如下化学组成：Mg 0.5％，Si1.2％，Cu 0.24％，Ru 0.03％，Mo 0.005％，W 0.01％，Mn 0.03％，Re 0.2％，Zn 0.05％，B0.03％，Ti0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05％。
Re的成分及其质量分数为：La 15.2％，Pr 19.1％，Sm 22.4％，Ho 20.9％，Ce22.4％。
本实施例提供的铝合金板材的制备方法包括如下步骤：
(1)将铝锭投入到真空熔炉中进行熔炼，铝锭开始熔化后加入速溶硅、Al-Mn中间合金、AL-Ru-Mo中间合金、Al-W-Zn中间合金，Al-B中间合金，铝锭完全熔化后加入阴极铜、镁锭；完全熔化后将合金熔液搅拌均匀；
(2)将精炼剂、精炼助剂和稀土元素加入到合金液中，充分搅拌均匀后，将合金液转至倾翻式保温炉中进行精炼处理，首先由氮气和氯气的混合气体进行除气精炼，然后向合金熔液中加入晶粒细化剂进行晶粒细化处理，接着进行过滤除渣；
(3)除渣后的合金熔液进行浇铸得到铸锭，铸锭送入到均热炉中，以480℃的温度保温24h；均匀化处理后将铸锭降温至室温1h，然后将铝合金铸锭转移到预热炉中，在450℃温度进行预热，预热时间为5h；
(4)然后将铝合金铸锭送入热轧机中进行热轧，热轧开轧温度为520℃，终轧温度为440℃，制得热轧铝合金板材；将经过热轧的铝合金板材在410℃的温度下进行退火，退火保温时间为2h；
(5)将经过中间退火的铝合金板材冷轧至规定的厚度，对得到铝合金板材进行固溶淬火，固溶淬火温度为535℃，固溶淬火时间为30min，固溶淬火后进行时效处理，时效处理后，得到所需超耐磨耐划伤铝合金板材。
其中，真空炉中熔炼温度为720℃。
按照质量份数，精炼过程中使用的精炼剂中含有：碳酸钾23份，氯化锂7份，氮化镁12份，氟铝酸钾12份；精炼剂的用量为合金液的3.4％。
精炼助剂为氮化镓和氧化锗的等质量比混合物，精炼助剂的用量为精炼剂的5％。
晶粒细化剂中使用的是钛含量30％，硼含量2％的钛硼晶粒细化剂。
时效处理过程包括两步：第一步以130℃的温度时效处理3h，第二步以180℃的温度时效处理5h。
实施例2
一种超耐磨耐划伤铝合金板材，按照质量分数，包括如下化学组成：Mg 0.7％，Si1.5％，Cu 0.28％，Ru 0.05％，Mo 0.015％，W 0.03％，Mn 0.05％，Re 0.4％，Zn 0.04％，B0.02％，Ti 0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05％。
Re的成分及其质量分数为：La 15.2％，Pr 19.1％，Sm 22.4％，Ho 20.9％，Ce22.4％。
本实施例提供的铝合金板材的制备方法包括如下步骤：
(1)将铝锭投入到真空熔炉中进行熔炼，铝锭开始熔化后加入速溶硅、Al-Mn中间合金、AL-Ru-Mo中间合金、Al-W-Zn中间合金，Al-B中间合金，铝锭完全熔化后加入阴极铜、镁锭；完全熔化后将合金熔液搅拌均匀；
(2)将精炼剂、精炼助剂和稀土元素加入到合金液中，充分搅拌均匀后，将合金液转至倾翻式保温炉中进行精炼处理，首先由氮气和氯气的混合气体进行除气精炼，然后向合金熔液中加入晶粒细化剂进行晶粒细化处理，接着进行过滤除渣；
(3)除渣后的合金熔液进行浇铸得到铸锭，铸锭送入到均热炉中，以530℃的温度保温36h；均匀化处理后将铸锭降温至室温2h，然后将铝合金铸锭转移到预热炉中，在480℃温度进行预热，预热时间为7h；
(4)然后将铝合金铸锭送入热轧机中进行热轧，热轧开轧温度为540℃，终轧温度为460℃，制得热轧铝合金板材；将经过热轧的铝合金板材在425℃的温度下进行退火，退火保温时间为3h；
(5)将经过中间退火的铝合金板材冷轧至规定的厚度，对得到铝合金板材进行固溶淬火，固溶淬火温度545℃，固溶淬火时间为35min，固溶淬火后进行时效处理，时效处理后，得到所需超耐磨耐划伤铝合金板材。
其中，真空炉中熔炼温度为740℃。
按照质量份数，精炼过程中使用的精炼剂中含有：碳酸钾23份，氯化锂7份，氮化镁12份，氟铝酸钾12份；精炼剂的用量为合金液的3.7％。
精炼助剂为氮化镓和氧化锗的等质量比混合物，精炼助剂的用量为精炼剂的5％。
晶粒细化剂中使用的是钛含量30％，硼含量2％的钛硼晶粒细化剂。
时效处理过程包括两步：第一步以130℃的温度时效处理3.5h，第二步以180℃的温度时效处理6h。
实施例3
一种超耐磨耐划伤铝合金板材，按照质量分数，包括如下化学组成：Mg 0.55％，Si1.32％，Cu 0.26％，Ru 0.04％，Mo 0.008％，W 0.02％，Mn 0.04％，Re 0.3％，Zn 0.03％，B0.02％，Ti 0.01％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05％。
Re的成分及其质量分数为：La 15.2％，Pr 19.1％，Sm 22.4％，Ho 20.9％，Ce22.4％。
本实施例提供的铝合金板材的制备方法包括如下步骤：
(1)将铝锭投入到真空熔炉中进行熔炼，铝锭开始熔化后加入速溶硅、Al-Mn中间合金、AL-Ru-Mo中间合金、Al-W-Zn中间合金，Al-B中间合金，铝锭完全熔化后加入阴极铜、镁锭；完全熔化后将合金熔液搅拌均匀；
(2)将精炼剂、精炼助剂和稀土元素加入到合金液中，充分搅拌均匀后，将合金液转至倾翻式保温炉中进行精炼处理，首先由氮气和氯气的混合气体进行除气精炼，然后向合金熔液中加入晶粒细化剂进行晶粒细化处理，接着进行过滤除渣；
(3)除渣后的合金熔液进行浇铸得到铸锭，铸锭送入到均热炉中，以510℃的温度保温30h；均匀化处理后将铸锭降温至室温1.5h，然后将铝合金铸锭转移到预热炉中，在470℃温度进行预热，预热时间为6h；
(4)然后将铝合金铸锭送入热轧机中进行热轧，热轧开轧温度为530℃，终轧温度为450℃，制得热轧铝合金板材；将经过热轧的铝合金板材在417℃的温度下进行退火，退火保温时间为2.5h；
(5)将经过中间退火的铝合金板材冷轧至规定的厚度，对得到铝合金板材进行固溶淬火，固溶淬火温度为540℃，固溶淬火时间为33min，固溶淬火后进行时效处理，时效处理后，得到所需超耐磨耐划伤铝合金板材。
其中，真空炉中熔炼温度为730℃。
按照质量份数，精炼过程中使用的精炼剂中含有：碳酸钾23份，氯化锂7份，氮化镁12份，氟铝酸钾12份；精炼剂的用量为合金液的3.5％。
精炼助剂为氮化镓和氧化锗的等质量比混合物，精炼助剂的用量为精炼剂的5％。
晶粒细化剂中使用的是钛含量30％，硼含量2％的钛硼晶粒细化剂。
时效处理过程包括两步：第一步以130℃的温度时效处理3.3h，第二步以180℃的温度时效处理5.5h。
性能测试
根据GB/T 3880-2006《铝板带国家标准》中的测试方法，对本实施例中铝合金板材的屈服强度、抗拉强度、延伸率和维氏硬度进行测试，其中，设置市场上购买的同类型6016铝合金板材作为对照组，进行性能对比试验，得到的测试数据如下：
表1：本实施例中铝合金板材的性能测试结果
| 测试项目 | 对照组 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 屈服强度(MPa) | 152 | 209 | 204 | 212 |
| 抗拉强度(MPa) | 243 | 284 | 285 | 287 |
| 延伸率(％) | 26.3 | 25.4 | 25.6 | 25.6 |
| 维氏硬度(HV,kg/mm2) | 586 | 642 | 644 | 647 |
分析以上试验数据发现，本发明提供的铝合金板材，相对于市场上的普通铝合金板材而言，具有更高的强度，其中，屈服强度和抗拉强度的性能提升率达到34.8％和14.3％；材料的硬度更高，维氏硬度平均值达到644，具有非常优秀的耐磨和耐划伤性能。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)
1.一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：按照质量分数，包括如下化学组成：Mg0.5-0.7%，Si 1.2-1.5%，Cu 0.24-0.28%，Ru 0.03-0.05%，Mo 0.005-0.015%，W 0.01-0.03%，Mn 0.03-0.05%，Re 0.2-0.4%，Zn ≤0.05%，B ≤0.03%，Ti ≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05%。
2.根据权利要求1所述的一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：按照质量分数，包括如下化学组成：Mg 0.5-0.6%，Si 1.3-1.4%，Cu 0.25-0.27%，Ru 0.04-0.05%，Mo0.007-0.009%，W 0.01-0.02%，Mn 0.03-0.04%，Re 0.2-0.3%，Zn ≤0.05%，B ≤0.03%，Ti≤0.03%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05%。
3.根据权利要求2所述的一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：按照质量分数，包括如下化学组成：Mg 0.55%，Si 1.32%，Cu 0.26%，Ru 0.04%，Mo 0.008%，W 0.02%，Mn0.04%，Re 0.3%，Zn 0.03%，B 0.02%，Ti 0.01%，余量为Al和不可避免的杂质，杂质不超过0.05%。
4.根据权利要求1所述的一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：所述Re的成分及其质量分数为：La 15.2%，Pr 19.1%，Sm 22.4%，Ho 20.9%，Ce 22.4%。
5.根据权利要求1所述的一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：所述铝合金板材的制备方法包括如下步骤：
（1）将铝锭投入到真空熔炉中进行熔炼，铝锭开始熔化后加入速溶硅、Al-Mn中间合金、AL-Ru-Mo中间合金、Al-W-Zn中间合金，Al-B中间合金，铝锭完全熔化后加入阴极铜、镁锭；完全熔化后将合金熔液搅拌均匀；
（2）将精炼剂、精炼助剂和稀土元素加入到合金液中，充分搅拌均匀后，将合金液转至倾翻式保温炉中进行精炼处理，首先由氮气和氯气的混合气体进行除气精炼，然后向合金液中加入晶粒细化剂进行晶粒细化处理，接着进行过滤除渣；
（3）除渣后的合金液进行浇铸得到铸锭，铸锭送入到均热炉中，以480-530℃的温度保温24-36h；均匀化处理后将铸锭降温至室温1-2h，然后将铝合金铸锭转移到预热炉中，在450-480℃温度进行预热，预热时间为5-7h；
（4）然后将铝合金铸锭送入热轧机中进行热轧，热轧开轧温度为520-540℃，终轧温度为440-460℃，制得热轧铝合金板材；将经过热轧的铝合金板材在410-425℃的温度下进行退火，退火保温时间为2-3h；
（5）将经过中间退火的铝合金板材冷轧至规定的厚度，对得到铝合金板材进行固溶淬火，固溶淬火温度为535-545℃，固溶淬火时间为30-35min，固溶淬火后进行时效处理，时效处理后，得到所需超耐磨耐划伤铝合金板材。
6.根据权利要求1所述的一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：所述真空炉中熔炼温度为720-740℃。
7.根据权利要求1所述的一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：按照质量份数，所述精炼过程中使用的精炼剂中含有：碳酸钾23份，氯化锂7份，氮化镁12份，氟铝酸钾12份；精炼剂的用量为合金液的3.4-3.7%。
8.根据权利要求1所述的一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：所述精炼助剂为氮化镓和氧化锗的等质量比混合物，精炼助剂的用量为精炼剂的5%。
9.根据权利要求1所述的一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：所述晶粒细化剂中使用的是钛含量30%，硼含量2%的钛硼晶粒细化剂。
10.根据权利要求1所述的一种超耐磨耐划伤铝合金板材，其特征在于：所述时效处理过程包括两步：第一步以130℃的温度时效处理3-3.5h，第二步以180℃的温度时效处理5-6h。
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| CN201810613595.6A CN108754251A (zh) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 一种超耐磨耐划伤铝合金板材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN108754251A true CN108754251A (zh) | 2018-11-06 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN108754251A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109402465A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-01 | 台州市金美铝业股份有限公司 | 一种汽车发动机用铝合金及其制备方法 |
| CN109402438A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-01 | 台州市金美铝业股份有限公司 | 一种高压锅用铝合金及其制备方法 |
| CN112359234A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-12 | 安徽鑫发铝业有限公司 | 一种高强度耐磨冲锋舟用超薄铝型材的制备方法 |
| CN114341378A (zh) * | 2019-09-03 | 2022-04-12 | 日本轻金属株式会社 | 光亮性铝合金和光亮性铝合金模铸材料 |
-
2018
- 2018-06-14 CN CN201810613595.6A patent/CN108754251A/zh not_active Withdrawn
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| CN112359234A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-12 | 安徽鑫发铝业有限公司 | 一种高强度耐磨冲锋舟用超薄铝型材的制备方法 |
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