CN108950329A - 一种半软化高铜低锰铝合金材料及其制作工艺 - Google Patents

一种半软化高铜低锰铝合金材料及其制作工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种半软化高铜低锰铝合金材料，其在挤压过程中不产生漏洞；且挤压薄管不易破裂，挤压流动性好。其材料内各组分质量百分比如下：硅Si：0.03‑0.08wt％；铁Fe：0.10‑0.20wt％；铜Cu：0.4‑0.6wt％；锰Mn：0.05‑0.2wt％；钇Y：0.005‑0.1wt％；其余为铝；上述所有组分的质量百分比相加为100％。

Description

一种半软化高铜低锰铝合金材料及其制作工艺
技术领域
本发明涉及冶金的技术领域，具体为一种半软化高铜低锰铝合金材料，本发明还提供了该铝合金材料的制作工艺。
背景技术
现有的铝合金材料再进行挤压成型冷凝薄管时，气孔易产生孔洞、杂质易产生破损，且其挤压流动性差，进而使得铝合金材料不适应挤压成型冷凝薄管。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种半软化高铜低锰铝合金材料，其在挤压过程中不产生漏洞；且挤压薄管不易破裂，挤压流动性好。
一种半软化高铜低锰铝合金材料，其特征在于：其材料内各组分质量百分比如下：
硅Si：0.03-0.08wt％；
铁Fe：0.10-0.20wt％；
铜Cu：0.4-0.6wt％；
锰Mn：0.05-0.2wt％；
钇Y：0.005-0.1wt％；
其余为铝；上述所有组分的质量百分比相加为100％。
一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于：预先制出按照铝合金材料成分配比的铝液，确保铝液主要成分组成为硅Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝；之后高效喷粉精炼剂通入装有铝液的保温炉内熔体中进行精炼，扒渣后再次调整铝液内成分配比为硅Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝，之后炉外精炼及除渣获得洁净铝液，将洁净铝液进行浇铸，之后对浇铸的毛坯校直、冷却后进行连续轧制、形成铝杆，之后半软化处理后获得高铜低锰铝合金材料。
其进一步特征在于：
其具体制备步骤如下：
1)原材料选择及熔炼：对原材料进行检验，选择相应品位的铝锭进行合理搭配，投入熔铝炉熔炼，控制炉内铝液温度≤760℃；
2)铝液成分分析：将熔炼好的铝液或电解原铝液转注到保温炉，搅拌均匀后取样用直读光谱仪进行快速分析，检测溶液中Si、Fe、Cu、Mn、Y的含量；
3)合金化处理：根据步骤2光谱检验结果,计算对应的中间合金的加入量，控制保温炉铝液温度在740±10℃时，加入相应的中间合金，搅拌使铝液成分充分均匀，所述铝液主要成分组成为：Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝；
4)精炼：完成步骤3后，在铝液温度达到750±10℃时用99.999％的高纯氮气作载体，将高效喷粉精炼剂通入保温炉内熔体中进行精炼,达到铝液除气、除杂的净化处理，精炼时控制精炼剂吹入的速度和氮气的压力；
5)扒渣：步骤4完成后，将浮在铝液表面上的铝渣清理干净；
6)成分调整:将完成步骤4、5的铝液在保温炉内静置30～40分钟，然后进行取样分析,元素含量偏离时进行调整,确认铝液成分组成为：Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝；
7)炉外精炼及除渣：步骤6完成后，在铝液温度达到740±10℃时，即可出炉，铝液从保温炉出来经过流槽进入在线除气装置和过滤装置,进行炉外精炼，再次除气除渣，除渣时需选用除渣仪进行；
8)连续铸造：对步骤7再次精炼后的洁净铝液进行连续浇铸，浇铸温度控制在685～695℃，铸造冷却水温度为25～35℃，冷却水总压力为0.30MPa，采用水平浇铸方式进行浇铸；同时根据拉制单丝的直径范围，控制结晶轮的速度、冷却水压力，使从结晶轮出来到引桥上的铸坯温度为530～570℃；
9)连续轧制：对步骤8制得的铸坯进行校直、冷却，控制进轧前铸坯温度保持在520～540℃，轧制过程采用乳化液对轧辊和铝杆进行润滑和冷却；调整乳化液压力和流量，使高铜低锰用铝杆的终轧温度≤300℃；
10)半软化处理：对步骤9)所得高铜低锰用铝杆放在温度为330～370℃摄氏度的温度下恒温6-8h，然后放置室温处理。
步骤1中采用工业用Al99.70的纯铝，使本发明制备的铝合金具有原材料供应充足、成本低、采购方便等优势；同时还可以采用精铝或高纯级铝作为基体合金，该铝基体比普通铝基材料具有更高的品质，加工成的产品在电性能和机械性能方面更具优势；
步骤1中将铝基体投入熔炉中，加热使之熔化并在750～760℃下保温，之后加入铝硅合金、铝铁合金、铝铜合金、铝锰合金和铝稀土合金，充分搅拌至均匀，静置保温45min，搅拌均匀，人工搅拌和电磁搅拌的总时间≥30min，搅拌均匀后立即取样，进行步骤2的铝液成分分析，根据分析结果确定补料，其取样温度740～760℃；
步骤4中，在合金熔体加入高效喷粉精炼剂，并采用高纯氮气进行精炼，精炼剂用量为0.15wt％～0.4wt％，精炼剂载体高纯氮气，氮气纯度为99.999％，精炼时间控制在20～30分钟，氮气压力控制在10KPa～15KPa；
步骤4中，精炼前铝液温度控制在750±10℃,精炼后铝液温度控制在740±10℃；
步骤5中扒渣过程铝液温度控制在730±10℃；
步骤7中将铝液倾倒出炉，再经过在线除气系统进行除气，为了控制铝液内有害气体，采用除气系统进行处理，并且采用测氢仪进行检测，除气之后气体含量≤0.150ml/100g；
步骤7中的所述炉外除渣采用双级陶瓷过滤板对铝溶液进行过滤，所述陶瓷过滤板的孔隙规格40PPI和60PPI。
采用本发明的后，正常的生产过程，Cu作为一项控制元素必须控制，因为Cu会增加铝杆的电阻率，其含量过高时，高铜低锰用铝材料则在后续挤压过程影响了其形变的效果；为了承受汽车正常运转期间的温度，合金在高温蠕变效应下，所能承受的载荷会相应的下降，因此对汽车冷凝用铝材，在组分选择上添加适当的钇来保证，而这种单一的影响往往是不存在的，其通过钇与铁铜比的控制，在此基础上所形成的效果是附加效果，在试验研究时发现上述配比和组合促进了铝材料在使用过程中抗疲劳的特点，半软化高铜低锰铝合金材料，其在挤压过程中不产生漏洞；且挤压薄管不易破裂，挤压流动性好。
具体实施方式
一种半软化高铜低锰铝合金材料，其特征在于：其材料内各组分质量百分比如下：
硅Si：0.03-0.08wt％；
铁Fe：0.10-0.20wt％；
铜Cu：0.4-0.6wt％；
锰Mn：0.05-0.2wt％；
钇Y：0.005-0.1wt％；
其余为铝；上述所有组分的质量百分比相加为100％。
一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺：预先制出按照铝合金材料成分配比的铝液，确保铝液主要成分组成为硅Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝；之后高效喷粉精炼剂通入装有铝液的保温炉内熔体中进行精炼，扒渣后再次调整铝液内成分配比为硅Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝，之后炉外精炼及除渣获得洁净铝液，将洁净铝液进行浇铸，之后对浇铸的毛坯校直、冷却后进行连续轧制、形成铝杆，之后办软化处理后获得高铜低锰铝合金材料。
其具体制备步骤如下：
1)原材料选择及熔炼：对原材料进行检验，选择相应品位的铝锭进行合理搭配，投入熔铝炉熔炼，控制炉内铝液温度≤760℃；
2)铝液成分分析：将熔炼好的铝液或电解原铝液转注到保温炉，搅拌均匀后取样用直读光谱仪进行快速分析，检测溶液中Si、Fe、Cu、Mn、Y的含量；
3)合金化处理：根据步骤2光谱检验结果,计算对应的中间合金的加入量，控制保温炉铝液温度在740±10℃时，加入相应的中间合金，搅拌使铝液成分充分均匀，所述铝液主要成分组成为：Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝；
4)精炼：完成步骤3后，在铝液温度达到750±10℃时用99.999％的高纯氮气作载体，将高效喷粉精炼剂通入保温炉内熔体中进行精炼,达到铝液除气、除杂的净化处理，精炼时控制精炼剂吹入的速度和氮气的压力；
5)扒渣：步骤4完成后，将浮在铝液表面上的铝渣清理干净；
6)成分调整:将完成步骤4、5的铝液在保温炉内静置30～40分钟，然后进行取样分析,元素含量偏离时进行调整,确认铝液成分组成为：Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝；
7)炉外精炼及除渣：步骤6完成后，在铝液温度达到740±10℃时，即可出炉，铝液从保温炉出来经过流槽进入在线除气装置和过滤装置,进行炉外精炼，再次除气除渣，除渣时需选用除渣仪进行；
8)连续铸造：对步骤7再次精炼后的洁净铝液进行连续浇铸，浇铸温度控制在685～695℃，铸造冷却水温度为25～35℃，冷却水总压力为0.30MPa，采用水平浇铸方式进行浇铸；同时根据拉制单丝的直径范围，控制结晶轮的速度、冷却水压力，使从结晶轮出来到引桥上的铸坯温度为530～570℃；
9)连续轧制：对步骤8制得的铸坯进行校直、冷却，控制进轧前铸坯温度保持在520～540℃，轧制过程采用乳化液对轧辊和铝杆进行润滑和冷却；调整乳化液压力和流量，使高铜低锰用铝杆的终轧温度≤300℃；
10)半软化处理：对步骤9)所得高铜低锰用铝杆放在温度为330～370℃摄氏度的温度下恒温6-8h，然后放置室温处理。
步骤1中采用工业用Al99.70的纯铝，使本发明制备的铝合金具有原材料供应充足、成本低、采购方便等优势；同时还可以采用精铝或高纯级铝作为基体合金，该铝基体比普通铝基材料具有更高的品质，加工成的产品在电性能和机械性能方面更具优势；
步骤1中将铝基体投入熔炉中，加热使之熔化并在750～780℃下保温，之后加入铝硅合金、铝铁合金、铝铜合金、铝锰合金和铝稀土合金，充分搅拌至均匀，静置保温45min，搅拌均匀，人工搅拌和电磁搅拌的总时间≥30min，搅拌均匀后立即取样，进行步骤2的铝液成分分析，根据分析结果确定补料，其取样温度740～760℃；
步骤4中，在合金熔体加入高效喷粉精炼剂，并采用高纯氮气进行精炼，精炼剂用量为0.15wt％～0.4wt％，精炼剂载体高纯氮气，氮气纯度为99.999％，精炼时间控制在20～30分钟，氮气压力控制在10KPa～15KPa；
步骤4中，精炼前铝液温度控制在750±10℃,精炼后铝液温度控制在740±10℃；
步骤5中扒渣过程铝液温度控制在730±10℃；
步骤7中将铝液倾倒出炉，再经过在线除气系统进行除气，为了控制铝液内有害气体，采用除气系统进行处理，并且采用测氢仪进行检测，除气之后气体含量≤0.150ml/100g；
步骤7中的所述炉外除渣采用双级陶瓷过滤板对铝溶液进行过滤，所述陶瓷过滤板的孔隙规格40PPI和60PPI。
高铜低锰用铝材料单独配比在后续挤压过程影响了其形变的效果；作为汽车冷凝材料，为了承受汽车正常运转期间的温度，合金在高温蠕变效应下，所能承受的载荷会相应的下降，因此对汽车冷凝用铝材，在组分选择上添加适当的钇来保证，而这种单一的影响往往是不存在的，其通过钇与铁铜比的控制，在试验研究时发现上述配比和组合促进了铝材料在使用过程中抗疲劳的特点。
以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种半软化高铜低锰铝合金材料，其特征在于：其材料内各组分质量百分比如下：
硅Si：0.03-0.08wt％；
铁Fe：0.10-0.20wt％；
铜Cu：0.4-0.6wt％；
锰Mn：0.05-0.2wt％；
钇Y：0.005-0.1wt％；
其余为铝；上述所有组分的质量百分比相加为100％。
2.一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于：预先制出按照铝合金材料成分配比的铝液，确保铝液主要成分组成为硅Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝；之后高效喷粉精炼剂通入装有铝液的保温炉内熔体中进行精炼，扒渣后再次调整铝液内成分配比为硅Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝，之后炉外精炼及除渣获得洁净铝液，将洁净铝液进行浇铸，之后对浇铸的毛坯校直、冷却后进行连续轧制、形成铝杆，之后半软化处理后获得高铜低锰铝合金材料。
3.如权利要求2所述的一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于，其具体制备步骤如下：
1)原材料选择及熔炼：对原材料进行检验，选择相应品位的铝锭进行合理搭配，投入熔铝炉熔炼，控制炉内铝液温度≤760℃；
2)铝液成分分析：将熔炼好的铝液或电解原铝液转注到保温炉，搅拌均匀后取样用直读光谱仪进行快速分析，检测溶液中Si、Fe、Cu、Mn、Y的含量；
3)合金化处理：根据步骤2光谱检验结果,计算对应的中间合金的加入量，控制保温炉铝液温度在740±10℃时，加入相应的中间合金，搅拌使铝液成分充分均匀，所述铝液主要成分组成为：Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝；
4)精炼：完成步骤3后，在铝液温度达到750±10℃时用99.999％的高纯氮气作载体，将高效喷粉精炼剂通入保温炉内熔体中进行精炼,达到铝液除气、除杂的净化处理，精炼时控制精炼剂吹入的速度和氮气的压力；
5)扒渣：步骤4完成后，将浮在铝液表面上的铝渣清理干净；
6)成分调整:将完成步骤4、5的铝液在保温炉内静置30～40分钟，然后进行取样分析,元素含量偏离时进行调整,确认铝液成分组成为：Si：0.03-0.08wt％、铁Fe：0.10-0.20wt％、铜Cu：0.4-0.6wt％、锰Mn：0.05-0.2wt％、钇Y：0.005-0.1wt％、其余为铝；
7)炉外精炼及除渣：步骤6完成后，在铝液温度达到740±10℃时，即可出炉，铝液从保温炉出来经过流槽进入在线除气装置和过滤装置,进行炉外精炼，再次除气除渣，除渣时需选用除渣仪进行；
8)连续铸造：对步骤7再次精炼后的洁净铝液进行连续浇铸，浇铸温度控制在685～695℃，铸造冷却水温度为25～35℃，冷却水总压力为0.30MPa，采用水平浇铸方式进行浇铸；同时根据拉制单丝的直径范围，控制结晶轮的速度、冷却水压力，使从结晶轮出来到引桥上的铸坯温度为530～570℃；
9)连续轧制：对步骤8制得的铸坯进行校直、冷却，控制进轧前铸坯温度保持在520～540℃，轧制过程采用乳化液对轧辊和铝杆进行润滑和冷却；调整乳化液压力和流量，使高铜低锰用铝杆的终轧温度≤300℃；
10)半软化处理：对步骤9)所得高铜低锰用铝杆放在温度为330～370℃摄氏度的温度下恒温6-8h，然后放置室温处理。
4.如权利要求3所述的一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于：步骤1中采用工业用Al99.70的纯铝，使本发明制备的铝合金具有原材料供应充足、成本低、采购方便等优势；同时还可以采用精铝或高纯级铝作为基体合金，该铝基体比普通铝基材料具有更高的品质，加工成的产品在电性能和机械性能方面更具优势。
5.如权利要求3所述的一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于：步骤1中将铝基体投入熔炉中，加热使之熔化并在750～760℃下保温，之后加入铝硅合金、铝铁合金、铝铜合金、铝锰合金和铝稀土合金，充分搅拌至均匀，静置保温45min，搅拌均匀，人工搅拌和电磁搅拌的总时间≥30min，搅拌均匀后立即取样，进行步骤2的铝液成分分析，根据分析结果确定补料，其取样温度740～760℃。
6.如权利要求3所述的一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于：步骤4中，在合金熔体加入高效喷粉精炼剂，并采用高纯氮气进行精炼，精炼剂用量为0.15wt％～0.4wt％，精炼剂载体高纯氮气，氮气纯度为99.999％，精炼时间控制在20～30分钟，氮气压力控制在10KPa～15KPa。
7.如权利要求3所述的一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于：步骤4中，精炼前铝液温度控制在750±10℃,精炼后铝液温度控制在740±10℃。
8.如权利要求3所述的一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于：步骤5中扒渣过程铝液温度控制在730±10℃。
9.如权利要求3所述的一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于：步骤7中将铝液倾倒出炉，再经过在线除气系统进行除气，为了控制铝液内有害气体，采用除气系统进行处理，并且采用测氢仪进行检测，除气之后气体含量≤0.150ml/100g。
10.如权利要求1所述的一种半软化高铜低锰铝合金材料的制作工艺，其特征在于：步骤7中的所述炉外除渣采用双级陶瓷过滤板对铝溶液进行过滤，所述陶瓷过滤板的孔隙规格40PPI和60PPI。
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