CN109280816A - 一种铝螺管接头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种接头，具体涉及一种铝螺管接头，属于铝合金材料领域。铝螺管接头由铝合金材料制得，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mn：1.0‑2.0％，Si：1.2‑1.8％，Fe：0.2‑0.5％，Cu：0.1‑0.5％，Y：0.12‑0.24％，Sm：0.35‑0.48％，γ‑Fe2O3：0.12‑0.20％，余量为Al。本发明采用上述成分的铝合金材料，γ‑Fe2O3能在铝合金材料中生成石墨、α‑Fe、Fe3C晶体相，大大增加铝合金的机械性能。

Description

一种铝螺管接头
发明领域
本发明涉及一种接头，具体涉及一种铝螺管接头，属于铝合金材料领域。
背景技术
螺纹式管接头是指带螺纹的管道连接件，是工业和生活中最常见的一种管件，螺纹式管接头使管道的连接变得更简单，拆卸更换也更容易，大大节省了管道连接的成本。
目前，生活上用的螺纹式管接头一般由PC\PVC\PE\PPR等材料制造，而工业上的螺纹管接头一般由碳钢、不锈钢、合金钢、黄铜等金属材料制造，耐压较高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种强度高、机械性能优异的铝螺管接头。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种铝螺管接头，所述铝螺管接头由铝合金材料制得，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mn：1.0-2.0％，Si：1.2-1.8％，Fe：0.2-0.5％，Cu：0.1-0.5％，Y：0.12-0.24％，Sm：0.35-0.48％，γ-Fe2O3：0.12-0.20％，余量为Al。
本发明采用上述成分的铝合金材料，其中Mn在铝合金中主要以Al6Mn的形式存在，同时Fe原子能固溶于其中并形成Al6(Mn，Fe)相，Si元素能在热处理后形成α-Al(Mn，Fe)Si相，Sm则能形成Al10Cu7Sm2，而γ-Fe2O3能在铝合金材料中生成石墨、α-Fe、Fe3C晶体相，大大增加铝合金的机械性能。
在本发明铝螺管接头中，加入了Fe、Cu、Mn等金属元素。铝元素熔点很高，熔解速度很慢，加入这些金属能与铝制成中间合金，再以中间合金的形式把元素引入到铝熔体，这样就避免了为加快熔解速度而增加温度带来的能源浪费，同时可以避免由于某些元素氧化而带入杂质，并能使其在较低的熔炼温度下实现高的吸收率和稳定性，有利于提高铝合金铸锭的质量同时降低能耗和成本。本发明中添加的金属元素纯度为99％及以上，可将杂质的带入量降至最低。
在本发明铝螺管接头中，组成中还添加了Y元素。Y是一种金属元素，也是稀土元素之一。Y元素能与Al和Cu形成Al6Cu6Y金属间化合物，并沿晶界分布。这些金属间化合物可以有效阻碍高温时基体的变形和晶界的移动，提高合金高温强度。但同时，随着Y元素的增加，含Y化合物聚集长大成块，合金室温及高温力学性能降低。因此，本发明中限制了Y元素的含量，能使Y元素发挥其作用的同时，不产生负面作用。
另外，Sm元素的添加，能够在铝合金体系中以化合物的形式存在，在铝合金中的析出相以α-Al(Mn，Fe)Si相为主，同时还有少量的含Sm相，Sm元素的添加能细化α-Al(Mn，Fe)Si析出相；当Sm含量很低时，Sm主要固溶于铝基体，含Sm相质点少，组织细化不明显，随着Sm含量明显增加，含Sm相颗粒增多，形核率提高，但Sm含量超过一定量，含Sm颗粒数目增加不明显，但尺寸增大颗粒聚集，晶界变粗，细化效果减弱。
再者，在本发明铝螺管接头中，还加入了γ-Fe2O3，γ-Fe2O3在制备过程中能在铝合金材料中生成石墨、α-Fe、Fe3C晶体相，这些晶体相的形成能在铝合金中起到细化晶粒的作用，并且，晶体相的形成，能够快速吸附在较软的金属材料表面，形成连续的颗粒层，在低载下，C-C结合面发生断裂而形成滑移面，原来的金属一金属的直接摩擦转变为Fe3C分子层之间的相对滑移，从而显著降低磨损，磨损由严重向轻微转变，再者，连续的石墨颗粒和α-Fe层具备保护作用，能够大大增加铝合金的机械性能。同时，γ-Fe2O3的加入能在铝合金材料表面形成同时具有良好润滑性和优异承载能力的双层摩擦层，能有效地阻止金属间相互接触，对基体起到保护作用，使得铝合金的磨损量显著下降。
在上述一种铝螺管接头中，所述γ-Fe2O3表面吸附有CuCr。本发明在γ-Fe2O3表面吸附CuCr，CuCr是由面心立方结构的铜和体心立方结构的铬组成，Cr能够以单晶孤立、均匀的分布在Cu的基体上。CuCr具有极为优异的硬度和强度，本发明将CuCr吸附于γ-Fe2O3上，能够在铝合金制备过程中利用CuCr析出的纳米Cr粒子作为催化剂，与基体内部的Cu形成界面复合作用，从而将CuCr的晶格导入，对铝合金基体的机械性能有着一定的增强作用。
作为优选，所述CuCr的含量为铝合金材料质量的0.025-0.036％。在本发明中，如果CuCr的含量过少，则在铝合金材料体系中不能析出足够的Cr原子；如果CuCr的含量过多，则在铝合金材料中Cu元素含量过多，不利于制得的铝合金材料的耐腐蚀性。
作为优选，所述CuCr通过磁性吸附剂吸附于γ-Fe2O3表面，所述磁性吸附剂为粉煤灰空心微珠。粉煤灰空心微珠是火力发电厂的副产品，是一种非金属的空心微米级颗粒，其主要成分是复合无机氧化物(如SiO2、Al2O3等)，具有较高的热稳定性。由于具有独特的中空结构、良好的力学性能，常常作为载体来使用。
作为优选，所述磁性吸附剂的质量为CuCr量的2.8-3.4％。
本发明的另一个目的在于提供一种上述铝螺管接头的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：
熔融：称取除γ-Fe2O3的铝合金材料组分，熔融得铝液；
喷注：将γ-Fe2O3粉末通过氩气流注入铝液中；
冷却铸造：将加入γ-Fe2O3粉末的铝液浇入内结晶器，并通冷水铸造得铸锭；
后处理：对铸锭进行后处理得铝螺管接头成品。
在本发明中，将γ-Fe2O3粉末通过氩气流注入铝液中，是因为在一般铸造工艺中，通常将原料一起熔融后进行浇注，但由于颗粒增强体和基体间的润湿角一般都很大，所以使得颗粒和基体不能很好地结合。因为通过传统的铸造方法，得到的复合材料内部因为颗粒增强体的大量团聚，复合材料反而不如基体材料的力学性能。另外，增强体颗粒一般都很小，尤其纳米陶瓷颗粒，其非常高的表面能进一步促进了纳米颗粒的团聚，达不到阻碍位错在基体内部滑移的效果，也会导致颗粒物和基体间的结合失败，进而弱化复合材料的力学性能。因此本发明将γ-Fe2O3通过氩气流通入铝液中，达到时间和空间的异同性，实现纳米级微粒的弥散分布，解决其在合金中的团聚问题。
作为优选，所述喷注的时间为1.5-2h。在喷注过程中，γ-Fe2O3在可以形成形核质点，随着喷注时间的增长，γ-Fe2O3的晶粒不断细化，组织中的点状颗粒物不断增多，能够被均匀分散到铝液中。而时间越长，铝合金材料中的的晶粒尺寸不断减小，铝合金材料的硬度及拉伸性能均得到改善。
在上述一种铝螺管接头的制备方法中，在喷注的同时还对铝液进行机械搅拌。本发明在喷注的同时还进行搅拌，能够使γ-Fe2O3在铝合金基体中分布均匀。
在上述一种铝螺管接头的制备方法中，所述后处理包括热处理、车削处理和反向挤压处理。其中，所述热处理为回归热处理，所述回归热处理具体包括四个阶段：第一阶段：温度为450-460℃，时间为1-1.5h；第二阶段：温度为100-110℃，时间为13-13.5h；第三阶段：温度为180-185℃，时间为10-12min；第四阶段：温度为100-110℃，时间为13-13.5h。本发明在较高温度短时回归阶段晶界粗大不连续相的形成，在大角度及小角度晶界上均趋于光滑，进而提高了合金的强韧性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明中的Mn在铝合金中主要以Al6Mn的形式存在，同时Fe原子能固溶于其中并形成Al6(Mn，Fe)相，Si元素能在热处理后形成α-Al(Mn，Fe)Si相，Sm则能形成Al10Cu7Sm2，而γ-Fe2O3能在铝合金材料中生成石墨、α-Fe、Fe3C晶体相，大大增加铝合金的机械性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
熔融：按所述称取除γ-Fe2O3的铝合金材料组分，熔融得铝液，其中，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mn：1.0％，Si：1.2％，Fe：0.2％，Cu：0.1％，Y：0.12％，Sm：0.35％，γ-Fe2O3：0.12％，余量为Al；所述γ-Fe2O3表面吸附有CuCr，所述CuCr的含量为铝合金材料质量的0.025％，所述CuCr通过磁性吸附剂吸附于γ-Fe2O3表面，所述磁性吸附剂为粉煤灰空心微珠，所述磁性吸附剂的质量为CuCr量的2.8％；
喷注：将γ-Fe2O3粉末通过氩气流注入铝液中；所述喷注的时间为1.5h；在喷注的同时还对铝液进行机械搅拌；
冷却铸造：将加入γ-Fe2O3粉末的铝液浇入内结晶器，并通冷水铸造得铸锭；
后处理：对铸锭进行后处理得铝螺管接头成品，所述后处理包括热处理、车削处理和反向挤压处理，所述热处理为回归热处理，所述回归热处理具体包括四个阶段：第一阶段：温度为450℃，时间为1h；第二阶段：温度为100℃，时间为13h；第三阶段：温度为180℃，时间为10min；第四阶段：温度为100℃，时间为13h。
实施例2
熔融：按所述称取除γ-Fe2O3的铝合金材料组分，熔融得铝液，其中，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mn：1.2％，Si：1.3％，Fe：0.25％，Cu：0.2％，Y：0.14％，Sm：0.38％，γ-Fe2O3：0.14％，余量为Al；所述γ-Fe2O3表面吸附有CuCr，所述CuCr的含量为铝合金材料质量的0.027％，所述CuCr通过磁性吸附剂吸附于γ-Fe2O3表面，所述磁性吸附剂为粉煤灰空心微珠，所述磁性吸附剂的质量为CuCr量的2.9％；
喷注：将γ-Fe2O3粉末通过氩气流注入铝液中；所述喷注的时间为1.6h；在喷注的同时还对铝液进行机械搅拌；
冷却铸造：将加入γ-Fe2O3粉末的铝液浇入内结晶器，并通冷水铸造得铸锭；
后处理：对铸锭进行后处理得铝螺管接头成品，所述后处理包括热处理、车削处理和反向挤压处理，所述热处理为回归热处理，所述回归热处理具体包括四个阶段：第一阶段：温度为452℃，时间为1.1h；第二阶段：温度为102℃，时间为13.1h；第三阶段：温度为181℃，时间为10.5min；第四阶段：温度为102℃，时间为13.1h。
实施例3
熔融：按所述称取除γ-Fe2O3的铝合金材料组分，熔融得铝液，其中，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mn：1.5％，Si：1.5％，Fe：0.35％，Cu：0.3％，Y：0.18％，Sm：0.4％，γ-Fe2O3：0.16％，余量为Al；所述γ-Fe2O3表面吸附有CuCr，所述CuCr的含量为铝合金材料质量的0.03％，所述CuCr通过磁性吸附剂吸附于γ-Fe2O3表面，所述磁性吸附剂为粉煤灰空心微珠，所述磁性吸附剂的质量为CuCr量的3.1％；
喷注：将γ-Fe2O3粉末通过氩气流注入铝液中；所述喷注的时间为1.75h；在喷注的同时还对铝液进行机械搅拌；
冷却铸造：将加入γ-Fe2O3粉末的铝液浇入内结晶器，并通冷水铸造得铸锭；
后处理：对铸锭进行后处理得铝螺管接头成品，所述后处理包括热处理、车削处理和反向挤压处理，所述热处理为回归热处理，所述回归热处理具体包括四个阶段：第一阶段：温度为455℃，时间为1.25h；第二阶段：温度为105℃，时间为13.3h；第三阶段：温度为182℃，时间为11min；第四阶段：温度为105℃，时间为13.2h。
实施例4
熔融：按所述称取除γ-Fe2O3的铝合金材料组分，熔融得铝液，其中，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mn：1.8％，Si：1.7％，Fe：0.4％，Cu：0.4％，Y：0.2％，Sm：0.45％，γ-Fe2O3：0.18％，余量为Al；所述γ-Fe2O3表面吸附有CuCr，所述CuCr的含量为铝合金材料质量的0.032％，所述CuCr通过磁性吸附剂吸附于γ-Fe2O3表面，所述磁性吸附剂为粉煤灰空心微珠，所述磁性吸附剂的质量为CuCr量的3.2％；
喷注：将γ-Fe2O3粉末通过氩气流注入铝液中；所述喷注的时间为1.8h；在喷注的同时还对铝液进行机械搅拌；
冷却铸造：将加入γ-Fe2O3粉末的铝液浇入内结晶器，并通冷水铸造得铸锭；
后处理：对铸锭进行后处理得铝螺管接头成品，所述后处理包括热处理、车削处理和反向挤压处理，所述热处理为回归热处理，所述回归热处理具体包括四个阶段：第一阶段：温度为458℃，时间为1.4h；第二阶段：温度为108℃，时间为13.4h；第三阶段：温度为184℃，时间为11.5min；第四阶段：温度为108℃，时间为13.4h。
实施例5
熔融：按所述称取除γ-Fe2O3的铝合金材料组分，熔融得铝液，其中，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mn：2.0％，Si：1.8％，Fe：0.5％，Cu：0.5％，Y：0.24％，Sm：0.48％，γ-Fe2O3：0.2％，余量为Al；所述γ-Fe2O3表面吸附有CuCr，所述CuCr的含量为铝合金材料质量的0.036％，所述CuCr通过磁性吸附剂吸附于γ-Fe2O3表面，所述磁性吸附剂为粉煤灰空心微珠，所述磁性吸附剂的质量为CuCr量的3.4％；
喷注：将γ-Fe2O3粉末通过氩气流注入铝液中；所述喷注的时间为2h；在喷注的同时还对铝液进行机械搅拌；
冷却铸造：将加入γ-Fe2O3粉末的铝液浇入内结晶器，并通冷水铸造得铸锭；
后处理：对铸锭进行后处理得铝螺管接头成品，所述后处理包括热处理、车削处理和反向挤压处理，所述热处理为回归热处理，所述回归热处理具体包括四个阶段：第一阶段：温度为460℃，时间为1.5h；第二阶段：温度为110℃，时间为13.5h；第三阶段：温度为185℃，时间为12min；第四阶段：温度为110℃，时间为13.5h。
实施例6
与实施例3的区别仅在于，该实施例γ-Fe2O3表面没有吸附CuCr，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例3的区别仅在于，该实施例CuCr的含量为铝合金材料质量的0.023％，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例8
与实施例3的区别仅在于，该实施例CuCr的含量为铝合金材料质量的0.038％，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例9
与实施例3的区别仅在于，该实施例中没有磁性吸附剂，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例10
与实施例3的区别仅在于，该实施例中的磁性吸附剂为普通市售磁性吸附剂，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例11
与实施例3的区别仅在于，该实施例中的γ-Fe2O3粉末直接熔融入铝液中，没有经过喷注，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例12
与实施例3的区别仅在于，该实施例中的热处理为普通热处理，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例13
与实施例3的区别仅在于，该实施例中采用普通浇铸工艺，而不是冷却铸造，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，该对比例中的铝合金材料为普通市售铝合金，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，该对比例中的铝合金材料中没有γ-Fe2O3，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，该对比例中的铝合金材料中没有Sm元素，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
将上述实施例1-13及对比例1-3得到的铝螺管接头进行性能检测，检测结果如表1所示：
表1：实施例1-13及对比例1-3铝螺管接头性能检测结果
从上述结果可以看出，本发明将γ-Fe2O3粉末通过氩气流注入铝液中，达到时间和空间的异同性，实现纳米级微粒的弥散分布，解决其在合金中的团聚问题。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种铝螺管接头，其特征在于，所述铝螺管接头由铝合金材料制得，所述铝合金材料由以下质量百分比的成分组成：Mn：1.0-2.0％，Si：1.2-1.8％，Fe：0.2-0.5％，Cu：0.1-0.5％，Y：0.12-0.24％，Sm：0.35-0.48％，γ-Fe2O3：0.12-0.20％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种铝螺管接头，其特征在于，所述γ-Fe2O3表面吸附有CuCr。
3.根据权利要求2所述的一种铝螺管接头，其特征在于，所述CuCr的含量为铝合金材料质量的0.025-0.036％。
4.根据权利要求2所述的一种铝螺管接头，其特征在于，所述CuCr通过磁性吸附剂吸附于γ-Fe2O3表面，所述磁性吸附剂为粉煤灰空心微珠。
5.根据权利要求4所述的一种铝螺管接头，其特征在于，所述磁性吸附剂的质量为CuCr量的2.8-3.4％。
6.一种如权利要求1所述的铝螺管接头的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
熔融：按权利要求1所述称取除γ-Fe2O3的铝合金材料组分，熔融得铝液；
喷注：将γ-Fe2O3粉末通过氩气流注入铝液中；
冷却铸造：将加入γ-Fe2O3粉末的铝液浇入内结晶器，并通冷水铸造得铸锭；
后处理：对铸锭进行后处理得铝螺管接头成品。
7.根据权利要求6所述的一种铝螺管接头的制备方法，其特征在于，所述喷注的时间为1.5-2h。
8.根据权利要求6所述的一种铝螺管接头的制备方法，其特征在于，所述后处理包括热处理、车削处理和反向挤压处理。
9.根据权利要求6所述的一种铝螺管接头的制备方法，其特征在于，所述热处理为回归热处理，所述回归热处理具体包括四个阶段：第一阶段：温度为450-460℃，时间为1-1.5h；第二阶段：温度为100-110℃，时间为13-13.5h；第三阶段：温度为180-185℃，时间为10-12min；第四阶段：温度为100-110℃，时间为13-13.5h。
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