CN108866459A - 一种铝合金材料的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铝合金材料的热处理方法，将铝合金材料铸件放入热处理炉中，将温度从20℃‑30℃开始升温至120℃‑250℃后进行保温，保温持续120‑250分钟后，取出试样，空冷，所述铝合金材料铸件按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为11‑12.2％；铁，含量为0.5‑％1.3％；铜，含量为≤0.3％；锰，含量为0.1‑0.5％；镁，含量为0.05‑0.4％，锌，含量为＜0.2％；锶，0.01‑0.04％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。本发明的铝合金材料的热处理方法能够提高导热性能和强化压铸铝合金材料的力学性能。

Description

一种铝合金材料的热处理方法
技术领域
本发明属于铝合金材料热处理领域，具体涉及一种铝合金材料的热处理方法。
背景技术
随着通讯行业5G技术的推进和3C行业新产品的更新换代，各种新技术对铝合金性能的要求越来越高，这促使了在这一领域应用广泛的铝合金材料需要在强度和导热性能上不断提升以满足更高的要求。目前大部分的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铝合金材料铸件的机械性能和其它使用性能，具体有以下几个方面：1)消除由于铝合金材料铸件结构(如璧厚不均匀、转接处厚大)等原因使铝合金材料铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力；2)提高合金的机械强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能；3)稳定铝合金材料铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化；4)消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。
但是目前的热处理工艺会对铝合金材料压铸件在高温过程中造成一定程度的起泡和变形，并且热处理工艺复杂，成本较高，处理后的铝合金材料压铸件抗拉强度、屈服强度等压铸力学性能并不能有较大提升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种能够使铝合金材料具有较好的抗拉强度和屈服强度以及导热系数的热处理方法。
本发明提供一种铝合金材料的热处理方法，将铝合金材料压铸件放入热处理炉中，升温至120℃-250℃后进行保温，保温持续120-250分钟后，取出试样，空冷，
所述铝合金材料压铸件按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为11-12.2％；铁，含量为0.5-1.3％；铜，含量为≤0.3％；锰，含量为0.1-0.5％；镁，含量为0.05-0.4％，锌，含量为＜0.2％；锶，含量为0.01-0.04％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
优选地，所述升温速度为5-10℃/分钟。
优选地，将温度从20-30℃开始升温至120-250℃后进行保温。
优选地，升温至150-200℃后进行保温。
优选地，保温持续150-200分钟。
优选地，所述铝合金材料铸件中，铁含量为0.8-1％。
优选地，所述铝合金材料铸件中，镁含量为0.2-0.4％。
优选地，所述铝合金材料铸件中，锰含量为0.2-0.5％。
优选地，所述铝合金铸件的制备方法包括如下步骤：
(1)向熔炉投入铝锭及硅，加热使其熔化为金属溶液；
(2)温度达到830-850℃，在金属溶液中加入铜元素添加剂、锰元素添加剂和铁元素添加剂，使其完全熔化；
(3)将金属溶液降温至760-770℃；
(4)加入铝稀土进行变质；
(5)采用精炼剂进行精炼净化、除渣；
(6)加入镁并使其熔化；
(7)除气，然后加入硼化物进行硼化处理；
(8)浇铸前加入锶对材料进一步变质；
(9)将铝液温度控制在730-750℃的范围浇铸铝合金锭。
优选地，所述步骤(1)中升温至完全熔化后，还包括进行搅拌和静置的步骤；所述步骤(2)中加入铜元素添加剂、锰元素添加剂和铁元素添加剂后，还包括进行搅拌和静置的步骤；所述步骤(4)中加入铝稀土中间合金后，还包括进行搅拌和静置的步骤，所述搅拌和静置交替进行3次以上，所述搅拌时间为3分钟-10分钟，所述静置时间为5分钟-15分钟。
优选地，步骤(5)中，加入精炼剂进行精炼的具体步骤为：把精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，然后在搅拌的过程中加入镁，所述精炼剂为无钠精炼剂，所述无钠精炼剂的用量为炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，所述喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。
本发明提供的铝合金材料的热处理方法，处理后得到的铝合金材料的导热系数和压铸屈服强度以及抗拉强度都有进一步的提升。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种铝合金材料的热处理方法，将铝合金材料压铸件放入热处理炉中，将温度从20-30℃开始升温至120-250℃后进行保温，保温持续120-250分钟后，取出试样，空冷，
铝合金材料压铸件按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为11-12.2％；铁，含量为0.5-1.3％；铜，含量为≤0.3％；锰，含量为0.1-0.5％；镁，含量为0.05-0.4％，锌，含量为＜0.2％；锶，含量为0.01-0.04％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
本实施例的热处理方法，能够进一步提升本实施例铸件的抗拉强度和屈服强度，提高导热系数，使铸件材料的性能优势得到进一步的提升。
本实施例的热处理方法对设备要求相对低，热处理所需的步骤简单，易于操作，相对其他需要高温的热处理成本低，生产周期短。
本实施例的热处理方法可以很大程度上避免高温变形的问题，同时减低了压铸成型时由于卷气造成的影响，有效避免了高温起泡和变形的问题，降低了高温热处理可能导致的废品率提升的风险。
在优选实施例中，升温速度为5-10℃/分钟。
在优选实施例中，升温至150-200℃后进行保温。
在优选实施例中，保温持续150-200分钟。
在优选实施例中，铝合金材料铸件中，铁含量为0.8-1％。
在优选实施例中，铝合金材料铸件中，镁含量为0.2-0.4％。
在优选实施例中，铝合金材料铸件中，锰含量为0.2-0.5％。
在优选实施例中，铸件的制备方法包括如下步骤：
(1)向熔炉投入铝锭及硅，加热使其熔化为金属溶液；
(2)温度达到830-850℃，在金属熔液中加入铜元素添加剂、锰元素添加剂和铁元素添加剂，使其完全熔化；
(3)将金属熔液降温至760-770℃；
(4)加入铝稀土进行变质，铝稀土除了优化材料的性能外，还可以对材料进行净化，所以加入铝稀土后，应当充分搅拌使其均匀反应，然后清理浮渣后再进行精炼除渣；
(5)采用精炼剂进行精炼净化、除渣；
(6)加入镁并使其熔化；
(7)除气，然后加入硼化物进行硼化处理，硼化处理前，应确保铝液洁净才能发挥硼化物的充分效果，硼化处理可以有效稳定和提升材料的导热性能。
(8)浇铸前加入锶对材料进一步变质，锶主要是对材料进行组织优化，由于会造成液体吸气，所以应当严格控制加锶的温度，并且在加锶后要进行除气处理。同时由于锶易烧损，所以尽量在浇铸前进行添加。添加后给予合金溶液一定的反应净置时间，即可进行浇铸。
(9)将铝液温度控制在730-750℃的范围浇铸铝合金锭。
本实施例中，铝稀土和硼化物只起变质等处理作用，其成分不作残留量控制。
在优选实施例中，步骤(1)中升温至完全熔化后，还包括进行搅拌和静置的步骤；步骤(2)中加入铜元素添加剂、锰元素添加剂和铁元素添加剂后，还包括进行搅拌和静置的步骤；步骤(4)中加入铝稀土中间合金后，还包括进行搅拌和静置的步骤，搅拌和静置交替进行3次以上，搅拌时间为3分钟-10分钟，静置时间为5分钟-15分钟。
在优选实施例中，步骤(5)中，加入精炼剂进行精炼的具体步骤为：把精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，然后在搅拌的过程中加入镁，精炼剂为无钠精炼剂，无钠精炼剂的用量为炉内金属总重的0.2-0.3％，氮气的气压为0.15-0.25MPa，喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。
为了对本发明的技术方案能有更进一步的了解和认识，现列举几个较佳实施例对其做进一步详细说明。
实施例1
原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为11.37％；铁，含量为0.663％；铜，含量为0.174％；锰，含量为0.296％；镁，含量为0.212％，锌，含量为0.0257％；锶，含量为0.0169％；锡，含量为≤0.00024％；铅，含量为≤0.00013％；镉，含量为≤0.00093％，余量为铝。
按照上述配比制备合金，步骤如下：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的90％，然后进行升温，加热至完全熔化后，搅拌与净置交替进行3次以上，促进合金均匀化。
(2)待温度达到830-850℃，分别加入铜元素添加剂、锰元素添加剂和铁元素添加剂，熔化后再次交替进行连续的搅拌和净置。
(3)加入剩余的10％铝锭，调整温度至750℃-760℃；
(4)待温度稳定后，加入铝稀土中间合金对材料进行变质，再次交替进行连续的搅拌和净置。
(5)把无钠精炼剂与氮气混合，向金属溶液内喷吹，无钠精炼剂的用量为炉内金属总重的0.2-0.3％，以氮气作为载流气体将无钠精炼剂喷入铝液中，喷吹速度为0.5-0.7公斤/分钟，氮气的气压为0.15-0.25Mpa。然后加入镁。加入镁后，检测熔炉内金属溶液的成分。
(6)样品化验合格后，用氮气继续喷吹10分钟，氮气的气压为0.15-0.25MPa，然后加入硼化物进行硼化处理。
(7)保持温度在745-755℃之间，加入锶，再次净置10分钟，取样检测。
(8)当满足条件时，温度在730-750℃之间进行浇铸，得到铝合金材料铸件。
交替进行连续的搅拌和净置：搅拌和静置交替进行3次以上，搅拌时间为3分钟-10分钟，静置时间为5分钟-15分钟。
热处理步骤：把待热处理的铝合金材料铸件放置在热处理炉中，从室温开始使用接近匀速的升温速度，约为8℃/分钟，升温至170℃后进行保温，保温持续180分钟，然后取出试样，空冷。
实施例2
原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为11.41％；铁，含量为0.663％；铜，含量为0.163％；锰，含量为0.302％；镁，含量为0.204％，锌，含量为0.0246％；锶，0.0167％；锡，含量为≤0.00054％；铅，含量为≤0.00086％；镉，含量为≤0.00092％，余量为铝。
按照上述配比制备合金，步骤如下：
(1)向熔炉内投入硅和铝锭投料总量的90％，然后进行升温，加热至完全熔化后，搅拌与净置交替进行3次以上，促进合金均匀化。
(2)待温度达到830-850℃，分别加入铜元素添加剂、锰元素添加剂和铁元素添加剂，熔化后再次交替进行连续的搅拌和净置。
(3)加入剩余的10％铝锭，调整温度至750℃-760℃；
(4)待温度稳定后，加入铝稀土中间合金对材料进行变质，再次交替进行连续的搅拌和净置。
(5)把无钠精炼剂与氮气混合，向金属溶液内喷吹，无钠精炼剂的用量为炉内金属总重的0.2-0.3％，以氮气作为载流气体将无钠精炼剂喷入铝液中，喷吹速度为0.5-0.7公斤/分钟，氮气的气压为0.15-0.25Mpa。然后加入镁。加入镁后，检测熔炉内金属溶液的成分。
(6)样品化验合格后，用氮气继续喷吹10分钟，氮气的气压为0.15-0.25MPa，然后加入硼化物进行硼化处理。
(7)保持温度在745-755℃之间，加入锶，再次净置10分钟，取样检测。
(8)当满足条件时，温度在730-750℃之间进行浇铸，得到铝合金材料铸件。
交替进行连续的搅拌和净置：搅拌和静置交替进行3次以上，搅拌时间为3分钟-10分钟，静置时间为5分钟-15分钟。
热处理步骤：把待热处理的铝合金材料铸件放置在热处理炉中，从室温开始使用接近匀速的升温速度，约为8℃/分钟，升温至170℃后进行保温，保温持续180分钟，然后取出试样，空冷。
将实施例1、实施例2制备得到的铝合金材料导热试样和压铸拉伸试样进行热处理前和热处理后的导热系数和抗拉强度、屈服强度、延伸率的测定。具体数据如表1所示。
表1
由表1的数据可以看出，实施例1和实施例2制备得到的合金材料，在经过热处理后，得到的铝合金材料压铸件屈服强度和抗拉强度都有较大的提升，材料的导热系数也有较大的提升。同时本发明提供的热处理方法能够很大程度上避免高温变形的问题，并减低了压铸成型时由于卷气造成的影响，有效避免了高温起泡和变形的问题，降低了高温热处理可能导致的废品率提升的风险。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝合金材料的热处理方法，其特征在于，将铝合金材料压铸件放入热处理炉中，升温至120-250℃后进行保温，保温持续120-250分钟后，取出试样，空冷，
所述铝合金材料压铸件按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为11-12.2％；铁，含量为0.5-1.3％；铜，含量为≤0.3％；锰，含量为0.1-0.5％；镁，含量为0.05-0.4％，锌，含量为＜0.2％；锶，含量为0.01-0.04％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
2.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述升温速度为5℃-10℃/分钟，优选地，将温度从20-30℃开始升温至120-250℃后进行保温。
3.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理方法，其特征在于，升温至150-200℃后进行保温。
4.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理方法，其特征在于，保温持续150-200分钟。
5.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述铝合金材料铸件中，铁含量为0.8-1％。
6.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述铝合金材料铸件中，镁含量为0.2-0.4％。
7.如权利要求1所述的铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述铝合金材料铸件中，锰含量为0.2-0.5％。
8.如权利要求1-7任一项所述的铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述铝合金铸件的制备方法包括如下步骤：
(1)向熔炉投入铝锭及硅，加热使其熔化为金属溶液；
(2)温度达到830-850℃，在金属溶液中加入铜元素添加剂、锰元素添加剂和铁元素添加剂，使其完全熔化；
(3)将金属溶液降温至760-770℃；
(4)加入铝稀土进行变质；
(5)采用精练剂进行精炼净化、除渣；
(6)加入镁并使其熔化；
(7)除气，然后加入硼化物进行硼化处理；
(8)浇铸前加入锶对材料进一步变质；
(9)将铝液温度控制在730-750℃的范围浇铸铝合金锭。
9.如权利要求8所述的铝合金材料的热处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中升温至完全熔化后，还包括进行搅拌和静置的步骤；所述步骤(2)中加入铜元素添加剂、锰元素添加剂和铁元素添加剂后，还包括进行搅拌和静置的步骤；所述步骤(4)中加入铝稀土中间合金后，还包括进行搅拌和静置的步骤，所述搅拌和静置交替进行3次以上，所述搅拌时间为3分钟-10分钟，所述静置时间为5分钟-15分钟。
10.如权利要求8所述的铝合金材料的热处理方法，其特征在于，步骤(5)中，加入精炼剂进行精炼的具体步骤为：把精炼剂与氮气混合，一起喷吹至金属液体中，喷吹完毕后使金属溶液净置一段时间然后除渣，然后在搅拌的过程中加入镁，所述精炼剂为无钠精炼剂，所述无钠精炼剂的用量为炉内金属总重的0.2-0.3％，所述氮气的气压为0.15-0.25MPa，所述喷吹时速度为0.5-0.7公斤/分钟。
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