CN109161745A - 一种打草机用高力学性能铝合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种打草机用高力学性能铝合金，其原料按重量份比包括：高纯Al50‑60份、高纯Zn5‑10份、高纯Mg0.16‑0.21份、Cu3.5‑3.8份、Zr0.2‑0.5份、Fe1‑2份、Si1‑2份、Mn0.45‑0.6份、Cr0.2‑0.32份、Ti0.2‑0.35份、Al‑Cu中间合金0.3‑0.8份，氟钛酸钾0.1‑0.3份、Al‑Fe中间合金1‑3份、Al‑Si中间合金3‑5份和Al‑Mn中间合金0.5‑0.8份，涉及农用器械材料技术领域。该打草机用高力学性能铝合金及其制造方法，可大大提高打草机切割叶片所使用铝合金材质的力学性能，从而增强切割叶片的硬度，实现了很好的抵抗较大的冲击力，满足了打草机切割叶片的长期使用，很好的避免了打草机切割叶片在长期使用过程中叶片断裂和损坏的情况发生，大大延长了打草机切割叶片的使用寿命，从而保证了人们能够正常使用打草机进行打草工作。

Description

一种打草机用高力学性能铝合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及农用器械材料技术领域，具体为一种打草机用高力学性能铝合金及其制造方法。
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，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入，目前铝合金是应用最多的合金，铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢，一些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，硬铝合金属AI—Cu—Mg系，一般含有少量的Mn，可热处理强化．其特点是硬度大，但塑性较差，超硬铝属Al一Cu—Mg—Zn系，可热处理强化，是室温下强度最高的铝合金，但耐腐蚀性差，高温软化快，锻铝合金主要是Al—Zn—Mg—Si系合金，虽然加入元素种类多，但是含量少，因而具有优良的热塑性，适宜锻造，故又称锻造铝合金，由于铝合金良好的性能，促使铝合金在人们的生活中被广泛应用，油漆对于许多农用器械打草机和耕地机等，其中打草机的切割叶片是采用铝合金材料制成。
目前打草机切割叶片所使用的铝合金材质力学性能较差，硬度较低，不能实现很好的抵抗较大的冲击力，无法满足打草机切割叶片的长期使用，不能避免打草机切割叶片在长期使用过程中叶片断裂和损坏的情况发生，大大缩短了打草机切割叶片的使用寿命，从而给人们正常使用打草机带来了极大的不便。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种打草机用高力学性能铝合金及其制造方法，解决了现有打草机切割叶片所使用的铝合金材质力学性能较差，硬度较低，不能实现很好的抵抗较大的冲击力，无法满足打草机切割叶片的长期使用，不能避免打草机切割叶片在长期使用过程中叶片断裂和损坏的情况发生，大大缩短了打草机切割叶片的使用寿命的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种打草机用高力学性能铝合金，其原料按重量份比包括：高纯Al50-60份、高纯Zn5-10份、高纯Mg0.16-0.21份、Cu3.5-3.8份、Zr0.2-0.5份、Fe1-2份、Si1-2份、Mn0.45-0.6份、Cr0.2-0.32份、Ti0.2-0.35份、Al-Cu中间合金0.3-0.8份，氟钛酸钾0.1-0.3份、Al-Fe中间合金1-3份、Al-Si中间合金3-5份和Al-Mn中间合金0.5-0.8份。
优选的，所述高纯Al留有余量。
优选的，所述Al-Cu中间合金，为Cu含量20％的中间合金，且Al-Fe中间合金，为Fe含量5％的中间合金。
优选的，所述Al-Si中间合金，为Si含量10％的中间合金，且Al-Mn中间合金，为Mn含量5％的中间合金。
本发明还公开了一种打草机用高力学性能铝合金的制造方法，具体包括以下步骤：
S1、首先选取高纯Al50-60份、高纯Zn5-10份、高纯Mg0.16-0.21份、Cu3.5-3.8份、Zr0.2-0.5份、Fe1-2份、Si1-2份、Mn0.45-0.6份、Cr0.2-0.32份、Ti0.2-0.35份、Al-Cu中间合金0.3-0.8份、氟钛酸钾0.1-0.3份、Al-Fe中间合金1-3份、Al-Si中间合金3-5份和Al-Mn中间合金0.5-0.8份；
S2、采用的雾化介质为氮气，雾化压力为0.6-0.8MPa，喷射沉积熔体温度为830-930°C，分别对S1选取的高纯Al50-60份、高纯Zn5-10份、高纯Mg0.16-0.21份、Cu3.5-3.8份、Zr0.2-0.5份、Fe1-2份、Si1-2份、Mn0.45-0.6份、Cr0.2-0.32份、Ti0.2-0.35份、Al-Cu中间合金0.3-0.8份，氟钛酸钾0.1-0.3份、Al-Fe中间合金1-3份、Al-Si中间合金3-5份和Al-Mn中间合金0.5-0.8份等金属材料和中间合金进行一次圆锭，圆锭完成后进行热挤压成直径为22mm圆形棒材，挤压比为22，之后再进行二次合金圆锭经机加工，加工完成后热挤压成直径为200mm锭坯，挤压比为6；
S3、采用温度为460°C 的盐浴，温度波动为2°C，保温60min，室温水淬，淬火转移时间不大于5s淬火后在时效炉中120°C，保温24 h后空冷，从而完成铝合金的固溶处理，即可制得高性能铝合金；
S4、之后对S2制得的高性能铝合金进行拉伸力学性能试验，在万能电子拉伸机上进行，拉伸速度2mm/min，从而实现检测制得的铝合金的拉伸性能；
S5、对典型状态样品进行了金相和SEM扫描电镜分析，在2800和2000扫描电镜上进行合金微观组织和拉伸断口形貌观察，各指标合格后，即可实现高性能铝合金的生产加工。
优选的，所述步骤S2中的氮气纯度大于99.5%。
优选的，所述步骤S3固溶处理过程中是采用电位差计测量炉温。
（三）有益效果
本发明提供了一种打草机用高力学性能铝合金及其制造方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该打草机用高力学性能铝合金及其制造方法，通过在其原料按重量份比包括：高纯Al50-60份、高纯Zn5-10份、高纯Mg0.16-0.21份、Cu3.5-3.8份、Zr0.2-0.5份、Fe1-2份、Si1-2份、Mn0.45-0.6份、Cr0.2-0.32份、Ti0.2-0.35份、Al-Cu中间合金0.3-0.8份，氟钛酸钾0.1-0.3份、Al-Fe中间合金1-3份、Al-Si中间合金3-5份和Al-Mn中间合金0.5-0.8份，可实现通过将铝合金材料内的高纯Mg和Cu的含量分别控制在高纯Mg0.16-0.21份和Cu3.5-3.8份，从而确定了铝合金内部的Mg和Cu的最佳含量比，同时使用0.1-0.3份的氟钛酸钾来代替铝钛中间合金，可一定程度的增强铝合金的强度和塑性，这样可大大提高打草机切割叶片所使用铝合金材质的力学性能，从而增强切割叶片的硬度，实现了很好的抵抗较大的冲击力，满足了打草机切割叶片的长期使用，很好的避免了打草机切割叶片在长期使用过程中叶片断裂和损坏的情况发生，大大延长了打草机切割叶片的使用寿命，从而保证了人们能够正常使用打草机进行打草工作。
具体实施方式
下面将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。
本发明实施例提供四种技术方案：一种打草机用高力学性能铝合金，其原料按重量份比包括：高纯Al50-60份、高纯Zn5-10份、高纯Mg0.16-0.21份、Cu3.5-3.8份、Zr0.2-0.5份、Fe1-2份、Si1-2份、Mn0.45-0.6份、Cr0.2-0.32份、Ti0.2-0.35份、Al-Cu中间合金0.3-0.8份，氟钛酸钾0.1-0.3份、Al-Fe中间合金1-3份、Al-Si中间合金3-5份和Al-Mn中间合金0.5-0.8份。
本发明中，高纯Al留有余量。
本发明中，Al-Cu中间合金，为Cu含量20％的中间合金，且Al-Fe中间合金，为Fe含量5％的中间合金。
本发明中，Al-Si中间合金，为Si含量10％的中间合金，且Al-Mn中间合金，为Mn含量5％的中间合金。
实施例1
S1、首先选取高纯Al55份、高纯Zn7.5份、高纯Mg0.19份、Cu3.65份、Zr0.3份、Fe1.5份、Si1.5份、Mn0.5份、Cr0.28份、Ti0.28份、Al-Cu中间合金0.5份、氟钛酸钾0.2份、Al-Fe中间合金2份、Al-Si中间合金4份和Al-Mn中间合金0.65份；
S2、采用的雾化介质为氮气，雾化压力为0.7MPa，喷射沉积熔体温度为880°C，分别对S1选取的高纯Al55份、高纯Zn7.5份、高纯Mg0.19份、Cu3.65份、Zr0.3份、Fe1.5份、Si1.5份、Mn0.5份、Cr0.28份、Ti0.28份、Al-Cu中间合金0.5份、氟钛酸钾0.2份、Al-Fe中间合金2份、Al-Si中间合金4份和Al-Mn中间合金0.65份等金属材料和中间合金进行一次圆锭，圆锭完成后进行热挤压成直径为22mm圆形棒材，挤压比为22，之后再进行二次合金圆锭经机加工，加工完成后热挤压成直径为200mm锭坯，挤压比为6，氮气纯度大于99.5%；
S3、采用温度为460°C 的盐浴，温度波动为2°C，保温60min，室温水淬，淬火转移时间不大于5s淬火后在时效炉中120°C，保温24 h后空冷，采用电位差计测量炉温，从而完成铝合金的固溶处理，即可制得高性能铝合金；
S4、之后对S2制得的高性能铝合金进行拉伸力学性能试验，在万能电子拉伸机上进行，拉伸速度2mm/min，从而实现检测制得的铝合金的拉伸性能；
S5、对典型状态样品进行了金相和SEM扫描电镜分析，在2800和2000扫描电镜上进行合金微观组织和拉伸断口形貌观察，各指标合格后，即可实现高性能铝合金的生产加工。
实施例2
S1、首先选取高纯Al50份、高纯Zn5份、高纯Mg0.16份、Cu3.5份、Zr0.2份、Fe1份、Si1份、Mn0.45份、Cr0.2份、Ti0.2份、Al-Cu中间合金0.3份、氟钛酸钾0.1份、Al-Fe中间合金1份、Al-Si中间合金3份和Al-Mn中间合金0.5份；
S2、采用的雾化介质为氮气，雾化压力为0.6MPa，喷射沉积熔体温度为830°C，分别对S1选取的高纯Al50份、高纯Zn5份、高纯Mg0.16份、Cu3.5份、Zr0.2份、Fe1份、Si1份、Mn0.45份、Cr0.2份、Ti0.2份、Al-Cu中间合金0.3份、氟钛酸钾0.1份、Al-Fe中间合金1份、Al-Si中间合金3份和Al-Mn中间合金0.5份等金属材料和中间合金进行一次圆锭，圆锭完成后进行热挤压成直径为22mm圆形棒材，挤压比为22，之后再进行二次合金圆锭经机加工，加工完成后热挤压成直径为200mm锭坯，挤压比为6，氮气纯度大于99.5%；
S3、采用温度为460°C 的盐浴，温度波动为2°C，保温60min，室温水淬，淬火转移时间不大于5s淬火后在时效炉中120°C，保温24 h后空冷，采用电位差计测量炉温，从而完成铝合金的固溶处理，即可制得高性能铝合金；
S4、之后对S2制得的高性能铝合金进行拉伸力学性能试验，在万能电子拉伸机上进行，拉伸速度2mm/min，从而实现检测制得的铝合金的拉伸性能；
S5、对典型状态样品进行了金相和SEM扫描电镜分析，在2800和2000扫描电镜上进行合金微观组织和拉伸断口形貌观察，各指标合格后，即可实现高性能铝合金的生产加工。
实施例3
S1、首先选取高纯Al60份、高纯Zn10份、高纯Mg0.21份、Cu3.8份、Zr0.5份、Fe2份、Si2份、Mn0.6份、Cr0.32份、Ti0.35份、Al-Cu中间合金0.8份、氟钛酸钾0.3份、Al-Fe中间合金3份、Al-Si中间合金5份和Al-Mn中间合金0.8份；
S2、采用的雾化介质为氮气，雾化压力为0.8MPa，喷射沉积熔体温度为930°C，分别对S1选取的高纯Al60份、高纯Zn10份、高纯Mg0.21份、Cu3.8份、Zr0.5份、Fe2份、Si2份、Mn0.6份、Cr0.32份、Ti0.35份、Al-Cu中间合金0.8份、氟钛酸钾0.3份、Al-Fe中间合金3份、Al-Si中间合金5份和Al-Mn中间合金0.8份等金属材料和中间合金进行一次圆锭，圆锭完成后进行热挤压成直径为22mm圆形棒材，挤压比为22，之后再进行二次合金圆锭经机加工，加工完成后热挤压成直径为200mm锭坯，挤压比为6，氮气纯度大于99.5%；
S3、采用温度为460°C 的盐浴，温度波动为2°C，保温60min，室温水淬，淬火转移时间不大于5s淬火后在时效炉中120°C，保温24 h后空冷，采用电位差计测量炉温，从而完成铝合金的固溶处理，即可制得高性能铝合金；
S4、之后对S2制得的高性能铝合金进行拉伸力学性能试验，在万能电子拉伸机上进行，拉伸速度2mm/min，从而实现检测制得的铝合金的拉伸性能；
S5、对典型状态样品进行了金相和SEM扫描电镜分析，在2800和2000扫描电镜上进行合金微观组织和拉伸断口形貌观察，各指标合格后，即可实现高性能铝合金的生产加工。
实施例4
S1、首先选取高纯Al52份、高纯Zn6份、高纯Mg0.2份、Cu3.7份、Zr0.3份、Fe1.2份、Si1.2份、Mn0.5份、Cr0.23份、Ti0.23份、Al-Cu中间合金0.4份、氟钛酸钾0.2份、Al-Fe中间合金1.5份、Al-Si中间合金3.5份和Al-Mn中间合金0.6份；
S2、采用的雾化介质为氮气，雾化压力为0.65MPa，喷射沉积熔体温度为850°C，分别对S1选取的高纯Al52份、高纯Zn6份、高纯Mg0.2份、Cu3.7份、Zr0.3份、Fe1.2份、Si1.2份、Mn0.5份、Cr0.23份、Ti0.23份、Al-Cu中间合金0.4份、氟钛酸钾0.2份、Al-Fe中间合金1.5份、Al-Si中间合金3.5份和Al-Mn中间合金0.6份等金属材料和中间合金进行一次圆锭，圆锭完成后进行热挤压成直径为22mm圆形棒材，挤压比为22，之后再进行二次合金圆锭经机加工，加工完成后热挤压成直径为200mm锭坯，挤压比为6，氮气纯度大于99.5%；
S3、采用温度为460°C 的盐浴，温度波动为2°C，保温60min，室温水淬，淬火转移时间不大于5s淬火后在时效炉中120°C，保温24 h后空冷，采用电位差计测量炉温，从而完成铝合金的固溶处理，即可制得高性能铝合金；
S4、之后对S2制得的高性能铝合金进行拉伸力学性能试验，在万能电子拉伸机上进行，拉伸速度2mm/min，从而实现检测制得的铝合金的拉伸性能；
S5、对典型状态样品进行了金相和SEM扫描电镜分析，在2800和2000扫描电镜上进行合金微观组织和拉伸断口形貌观察，各指标合格后，即可实现高性能铝合金的生产加工。
性能测试：
将本发明所选用的材料分别按照实施例1-4中的材料配比方法做成打草机切割叶片进行拉伸性能测试。
将实施例1-4的打草机切割叶片与市场上使用的常见打草机切割叶片同时进行拉伸测试，根据国家标准GB/T231－1984金属材料中的GB/T231的要求和规定制取试件：将试件切割叶片平放在金属硬度试验机上，调节切割叶片与试验机水平，然后使试验机的金属电子探头向下挤压切割叶片的表面，即可通过显示器读取切割叶片表面的硬度数值，测试结果如下表所示。
由上表可知，本发明制成打草机切割叶片的硬度优于市场上使用的常见打草机切割叶片，同时实施例1制成的打草机切割叶片硬度最大，抗冲击性能最好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种打草机用高力学性能铝合金，其特征在于：其原料按重量份比包括：高纯Al50-60份、高纯Zn5-10份、高纯Mg0.16-0.21份、Cu3.5-3.8份、Zr0.2-0.5份、Fe1-2份、Si1-2份、Mn0.45-0.6份、Cr0.2-0.32份、Ti0.2-0.35份、Al-Cu中间合金0.3-0.8份，氟钛酸钾0.1-0.3份、Al-Fe中间合金1-3份、Al-Si中间合金3-5份和Al-Mn中间合金0.5-0.8份。
2.根据权利要求1所述的一种打草机用高力学性能铝合金，其特征在于：所述高纯Al留有余量。
3.根据权利要求1所述的一种打草机用高力学性能铝合金，其特征在于：所述Al-Cu中间合金，为Cu含量20％的中间合金，且Al-Fe中间合金，为Fe含量5％的中间合金。
4.根据权利要求1所述的一种打草机用高力学性能铝合金，其特征在于：所述Al-Si中间合金，为Si含量10％的中间合金，且Al-Mn中间合金，为Mn含量5％的中间合金。
5.根据权利要求1所述的一种打草机用高力学性能铝合金的制造方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、首先选取高纯Al50-60份、高纯Zn5-10份、高纯Mg0.16-0.21份、Cu3.5-3.8份、Zr0.2-0.5份、Fe1-2份、Si1-2份、Mn0.45-0.6份、Cr0.2-0.32份、Ti0.2-0.35份、Al-Cu中间合金0.3-0.8份、氟钛酸钾0.1-0.3份、Al-Fe中间合金1-3份、Al-Si中间合金3-5份和Al-Mn中间合金0.5-0.8份；
S2、采用的雾化介质为氮气，雾化压力为0.6-0.8MPa，喷射沉积熔体温度为830-930°C，分别对S1选取的高纯Al50-60份、高纯Zn5-10份、高纯Mg0.16-0.21份、Cu3.5-3.8份、Zr0.2-0.5份、Fe1-2份、Si1-2份、Mn0.45-0.6份、Cr0.2-0.32份、Ti0.2-0.35份、Al-Cu中间合金0.3-0.8份，氟钛酸钾0.1-0.3份、Al-Fe中间合金1-3份、Al-Si中间合金3-5份和Al-Mn中间合金0.5-0.8份等金属材料和中间合金进行一次圆锭，圆锭完成后进行热挤压成直径为22mm圆形棒材，挤压比为22，之后再进行二次合金圆锭经机加工，加工完成后热挤压成直径为200mm锭坯，挤压比为6；
S3、采用温度为460°C 的盐浴，温度波动为2°C，保温60min，室温水淬，淬火转移时间不大于5s淬火后在时效炉中120°C，保温24 h后空冷，从而完成铝合金的固溶处理，即可制得高性能铝合金；
S4、之后对S2制得的高性能铝合金进行拉伸力学性能试验，在万能电子拉伸机上进行，拉伸速度2mm/min，从而实现检测制得的铝合金的拉伸性能；
S5、对典型状态样品进行了金相和SEM扫描电镜分析，在2800和2000扫描电镜上进行合金微观组织和拉伸断口形貌观察，各指标合格后，即可实现高性能铝合金的生产加工。
6.根据权利要求5所述的一种打草机用高力学性能铝合金的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中的氮气纯度大于99.5%。
7.根据权利要求5所述的一种打草机用高力学性能铝合金的制造方法，其特征在于：所述步骤S3固溶处理过程中是采用电位差计测量炉温。
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