CN109852823A - 一种高机械强度铝型材的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金材料深加工技术领域，具体涉及一种高机械强度铝型材的制备工艺。该高机械强度铝型材的制备工艺包括：步骤一，步骤一，称取以下按重量百分比计的金属原料单质；步骤二，一次熔融混合；步骤三，二次熔融混合；步骤四，超声处理；步骤五，一次水冷；步骤六，铸造和二次水冷；步骤七，挤压和时效处理。由于加入了机械强度较好的锆、钴、钛和镧，并协同铝、硅、铁和镁，使铝型材具有高机械强度性能。另，通过一次水冷和二次水冷步骤，利用冷却水能快速稳定物质的物理结构，提高所制得铸锭的致密性，进一步提高铝型材的机械强度性能。另，由于通过超声处理以细化晶粒结构，进一步提高铝型材的致密性，进而提高铝型材的机械强度性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料深加工技术领域，具体涉及一种高机械强度铝型材的制备工艺。
背景技术
铝型材是由铝和其它合金元素制造的制品。通常是先加工成铸造品、锻造品以及箔、板、带、管、棒、型材等后，再经冷弯、锯切、钻孔、拼装、上色等工序而制成。主要金属元素是铝，在加上一些合金元素，可以大大提高铝型材的性能。
随着铝制品加工工业的不断发展，铝型材的应用越来越广泛，对铝型材的性能要求也越来越高，尤其对铝型材的机械强度要求越来越高。然而，现有技术中的铝型材，其制备工艺的不同，会对所制得的铝型材的性能有影响，因此，需要通过改进制备工艺以获得优异性能的铝型材。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高机械强度铝型材的制备工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
提供一种高机械强度铝型材的制备工艺，它包括以下步骤：
步骤一，称取以下按重量百分比计的金属原料单质备用：硅0.5％～1.0％、铁0.3％～0.8％、镁0.3％～0.8％、锆0.1％～0.3％、钴0.2％～0.5％、钛0.1％～0.4％、镧0.05％～0.15％；其余为铝；
步骤二，一次熔融混合：将步骤一称取的铝、硅、铁和镁先投入到熔炼炉中，然后对熔炼炉进行升温，使得上述金属单质全部熔化，得到第一合金熔液；
步骤三，二次熔融混合：将步骤一称取的锆、钴、钛和镧投入到步骤二得到的第一合金熔液中，继续升温使得上述金属单质全部熔化，得到第二合金熔液；
步骤四，超声处理：对步骤三得到的第二合金熔液进行超声处理以细化晶粒结构，得到晶粒细化熔液；
步骤五，一次水冷：对步骤四得到的晶粒细化熔液进行水冷至一定温度，得到待浇注的合金熔液；
步骤六，铸造和二次水冷：将步骤五得到的待浇注的合金熔液浇注至模具中，以形成合金铸锭模型，然后进行二次水冷，得到铸锭；
步骤七，挤压和时效处理：对步骤六得到的铸锭进行挤压，挤压后再进行时效处理，得到高机械强度铝型材；
其中，所述步骤五的一次水冷和所述步骤六的二次水冷所使用的冷却水的温度设置为1℃～8℃。
上述技术方案中，所述高机械强度铝型材由以下重量百分比的金属原料单质制成：硅0.5％～0.9％、铁0.4％～0.8％、镁0.3％～0.7％、锆0.1％～0.2％、钴0.2％～0.4％、钛0.1％～0.3％、镧0.08％～0.15％；其余为铝。
上述技术方案中，所述高机械强度铝型材由以下重量百分比的金属原料单质制成：硅0.7％、铁0.6％、镁0.5％、锆0.15％、钴0.3％、钛0.2％、镧0.1％；其余为铝。
上述技术方案中，所述步骤五的一次水冷和所述步骤六的二次水冷所使用的冷却水的温度设置为5℃。
上述技术方案中，所述步骤二中，所述升温的速率设置为10℃/min～15℃/min。
上述技术方案中，所述步骤三中，所述升温的速率设置为15℃/min～20℃/min。
上述技术方案中，所述步骤四中，所述超声处理的超声频率为500kHz～1500kHz，所述超声处理的时间为10min～30min。
上述技术方案中，所述步骤五中，对步骤四得到的晶粒细化熔液进行水冷至700℃～750℃，得到待浇注的合金熔液。
上述技术方案中，所述步骤七中，所述挤压的温度设置为420℃～460℃。
本发明与现有技术相比较，有益效果在于：
(1)本发明提供的一种高机械强度铝型材的制备工艺，由于加入了机械强度较好的锆、钴、钛和镧，并协同铝、硅、铁和镁，使得所制得的铝型材具有机械强度性能优异的优点。另外，由于通过一次水冷得到待浇注的合金熔液，通过二次水冷得到铸锭，并限定了一次水冷和二次水冷所使用的冷却水的温度设置为1℃～8℃，利用冷却水能快速稳定物质的物理结构，提高所制得铸锭的致密性，进而进一步提高所制得的铝型材的机械强度性能。另外，由于通过超声处理以细化晶粒结构，进一步提高铝型材的致密性，进而进一步提高铝型材的机械强度性能。其中，本发明所制得的铝型材的抗拉强度达到250MPa～280MPa，抗弯强度达到230MPa～250MPa，抗冲击强度达到280MPa～300MPa，说明了本发明制得的铝型材具有优异的机械强度性能。
(2)本发明提供的一种高机械强度铝型材的制备工艺，具有工艺简单，生产成本低，并能够适用于大规模生产的特点。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1。
一种高机械强度铝型材的制备工艺，它包括以下步骤：
步骤一，称取以下按重量百分比计的金属原料单质备用：硅0.7％、铁0.6％、镁0.5％、锆0.15％、钴0.3％、钛0.2％、镧0.1％；其余为铝；
步骤二，一次熔融混合：将步骤一称取的铝、硅、铁和镁先投入到熔炼炉中，然后对熔炼炉进行升温，使得上述金属单质全部熔化，得到第一合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为13℃/min；
步骤三，二次熔融混合：将步骤一称取的锆、钴、钛和镧投入到步骤二得到的第一合金熔液中，继续升温使得上述金属单质全部熔化，得到第二合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为18℃/min；
步骤四，超声处理：对步骤三得到的第二合金熔液进行超声处理以细化晶粒结构，得到晶粒细化熔液；本实施例中，超声处理的超声频率为1000kHz，所述超声处理的时间为20min；
步骤五，一次水冷：对步骤四得到的晶粒细化熔液进行水冷至725℃，得到待浇注的合金熔液；
步骤六，铸造和二次水冷：将步骤五得到的待浇注的合金熔液浇注至模具中，以形成合金铸锭模型，然后进行二次水冷，得到铸锭；
步骤七，挤压和时效处理：对步骤六得到的铸锭进行挤压，挤压后再进行时效处理，得到高机械强度铝型材；本实施例中，挤压的温度设置为440℃；
本实施例中，步骤五的一次水冷和步骤六的二次水冷所使用的冷却水的温度设置为5℃。
实施例2。
一种高机械强度铝型材的制备工艺，它包括以下步骤：
步骤一，称取以下按重量百分比计的金属原料单质备用：硅0.5％、铁0.3％、镁0.3％、锆0.1％、钴0.2％、钛0.1％、镧0.05％；其余为铝；
步骤二，一次熔融混合：将步骤一称取的铝、硅、铁和镁先投入到熔炼炉中，然后对熔炼炉进行升温，使得上述金属单质全部熔化，得到第一合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为10℃/min；
步骤三，二次熔融混合：将步骤一称取的锆、钴、钛和镧投入到步骤二得到的第一合金熔液中，继续升温使得上述金属单质全部熔化，得到第二合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为15℃/min；
步骤四，超声处理：对步骤三得到的第二合金熔液进行超声处理以细化晶粒结构，得到晶粒细化熔液；本实施例中，超声处理的超声频率为500kHz，所述超声处理的时间为30min；
步骤五，一次水冷：对步骤四得到的晶粒细化熔液进行水冷至700℃，得到待浇注的合金熔液；
步骤六，铸造和二次水冷：将步骤五得到的待浇注的合金熔液浇注至模具中，以形成合金铸锭模型，然后进行二次水冷，得到铸锭；
步骤七，挤压和时效处理：对步骤六得到的铸锭进行挤压，挤压后再进行时效处理，得到高机械强度铝型材；本实施例中，挤压的温度设置为420℃；
本实施例中，步骤五的一次水冷和步骤六的二次水冷所使用的冷却水的温度设置为1℃。
实施例3。
一种高机械强度铝型材的制备工艺，它包括以下步骤：
步骤一，称取以下按重量百分比计的金属原料单质备用：硅1.0％、铁0.8％、镁0.8％、锆0.3％、钴0.5％、钛0.4％、镧0.15％；其余为铝；
步骤二，一次熔融混合：将步骤一称取的铝、硅、铁和镁先投入到熔炼炉中，然后对熔炼炉进行升温，使得上述金属单质全部熔化，得到第一合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为15℃/min；
步骤三，二次熔融混合：将步骤一称取的锆、钴、钛和镧投入到步骤二得到的第一合金熔液中，继续升温使得上述金属单质全部熔化，得到第二合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为20℃/min；
步骤四，超声处理：对步骤三得到的第二合金熔液进行超声处理以细化晶粒结构，得到晶粒细化熔液；本实施例中，超声处理的超声频率为1500kHz，所述超声处理的时间为10min；
步骤五，一次水冷：对步骤四得到的晶粒细化熔液进行水冷至750℃，得到待浇注的合金熔液；
步骤六，铸造和二次水冷：将步骤五得到的待浇注的合金熔液浇注至模具中，以形成合金铸锭模型，然后进行二次水冷，得到铸锭；
步骤七，挤压和时效处理：对步骤六得到的铸锭进行挤压，挤压后再进行时效处理，得到高机械强度铝型材；本实施例中，挤压的温度设置为460℃；
本实施例中，步骤五的一次水冷和步骤六的二次水冷所使用的冷却水的温度设置为8℃。
实施例4。
一种高机械强度铝型材的制备工艺，它包括以下步骤：
步骤一，称取以下按重量百分比计的金属原料单质备用：硅0.6％、铁0.4％、镁0.4％、锆0.2％、钴0.3％、钛0.2％、镧0.08％；其余为铝；
步骤二，一次熔融混合：将步骤一称取的铝、硅、铁和镁先投入到熔炼炉中，然后对熔炼炉进行升温，使得上述金属单质全部熔化，得到第一合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为11℃/min；
步骤三，二次熔融混合：将步骤一称取的锆、钴、钛和镧投入到步骤二得到的第一合金熔液中，继续升温使得上述金属单质全部熔化，得到第二合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为16℃/min；
步骤四，超声处理：对步骤三得到的第二合金熔液进行超声处理以细化晶粒结构，得到晶粒细化熔液；本实施例中，超声处理的超声频率为800kHz，所述超声处理的时间为25min；
步骤五，一次水冷：对步骤四得到的晶粒细化熔液进行水冷至710℃，得到待浇注的合金熔液；
步骤六，铸造和二次水冷：将步骤五得到的待浇注的合金熔液浇注至模具中，以形成合金铸锭模型，然后进行二次水冷，得到铸锭；
步骤七，挤压和时效处理：对步骤六得到的铸锭进行挤压，挤压后再进行时效处理，得到高机械强度铝型材；本实施例中，挤压的温度设置为430℃；
本实施例中，步骤五的一次水冷和步骤六的二次水冷所使用的冷却水的温度设置为3℃。
实施例5。
一种高机械强度铝型材的制备工艺，它包括以下步骤：
步骤一，称取以下按重量百分比计的金属原料单质备用：硅0.9％、铁0.7％、镁0.7％、锆0.25％、钴0.4％、钛0.3％、镧0.12％；其余为铝；
步骤二，一次熔融混合：将步骤一称取的铝、硅、铁和镁先投入到熔炼炉中，然后对熔炼炉进行升温，使得上述金属单质全部熔化，得到第一合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为14℃/min；
步骤三，二次熔融混合：将步骤一称取的锆、钴、钛和镧投入到步骤二得到的第一合金熔液中，继续升温使得上述金属单质全部熔化，得到第二合金熔液；本实施例中，升温的速率设置为19℃/min；
步骤四，超声处理：对步骤三得到的第二合金熔液进行超声处理以细化晶粒结构，得到晶粒细化熔液；本实施例中，超声处理的超声频率为1200kHz，所述超声处理的时间为15min；
步骤五，一次水冷：对步骤四得到的晶粒细化熔液进行水冷至740℃，得到待浇注的合金熔液；
步骤六，铸造和二次水冷：将步骤五得到的待浇注的合金熔液浇注至模具中，以形成合金铸锭模型，然后进行二次水冷，得到铸锭；
步骤七，挤压和时效处理：对步骤六得到的铸锭进行挤压，挤压后再进行时效处理，得到高机械强度铝型材；本实施例中，挤压的温度设置为450℃；
本实施例中，步骤五的一次水冷和步骤六的二次水冷所使用的冷却水的温度设置为7℃。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种高机械强度铝型材的制备工艺，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一，称取以下按重量百分比计的金属原料单质备用：硅0.5％～1.0％、铁0.3％～0.8％、镁0.3％～0.8％、锆0.1％～0.3％、钴0.2％～0.5％、钛0.1％～0.4％、镧0.05％～0.15％；其余为铝；
步骤二，一次熔融混合：将步骤一称取的铝、硅、铁和镁先投入到熔炼炉中，然后对熔炼炉进行升温，使得上述金属单质全部熔化，得到第一合金熔液；
步骤三，二次熔融混合：将步骤一称取的锆、钴、钛和镧投入到步骤二得到的第一合金熔液中，继续升温使得上述金属单质全部熔化，得到第二合金熔液；
步骤四，超声处理：对步骤三得到的第二合金熔液进行超声处理以细化晶粒结构，得到晶粒细化熔液；
步骤五，一次水冷：对步骤四得到的晶粒细化熔液进行水冷至一定温度，得到待浇注的合金熔液；
步骤六，铸造和二次水冷：将步骤五得到的待浇注的合金熔液浇注至模具中，以形成合金铸锭模型，然后进行二次水冷，得到铸锭；
步骤七，挤压和时效处理：对步骤六得到的铸锭进行挤压，挤压后再进行时效处理，得到高机械强度铝型材；
其中，所述步骤五的一次水冷和所述步骤六的二次水冷所使用的冷却水的温度设置为1℃～8℃。
2.根据权利要求1所述的一种高机械强度铝型材的制备工艺，其特征在于：所述高机械强度铝型材由以下重量百分比的金属原料单质制成：硅0.5％～0.9％、铁0.4％～0.8％、镁0.3％～0.7％、锆0.1％～0.2％、钴0.2％～0.4％、钛0.1％～0.3％、镧0.08％～0.15％；其余为铝。
3.根据权利要求1所述的一种高机械强度铝型材的制备工艺，其特征在于：所述高机械强度铝型材由以下重量百分比的金属原料单质制成：硅0.7％、铁0.6％、镁0.5％、锆0.15％、钴0.3％、钛0.2％、镧0.1％；其余为铝。
4.根据权利要求1所述的一种高机械强度铝型材的制备工艺，其特征在于：所述步骤五的一次水冷和所述步骤六的二次水冷所使用的冷却水的温度设置为5℃。
5.根据权利要求1所述的一种高机械强度铝型材的制备工艺，其特征在于：所述步骤二中，所述升温的速率设置为10℃/min～15℃/min。
6.根据权利要求1所述的一种高机械强度铝型材的制备工艺，其特征在于：所述步骤三中，所述升温的速率设置为15℃/min～20℃/min。
7.根据权利要求1所述的一种高机械强度铝型材的制备工艺，其特征在于：所述步骤四中，所述超声处理的超声频率为500kHz～1500kHz，所述超声处理的时间为10min～30min。
8.根据权利要求1所述的一种高机械强度铝型材的制备工艺，其特征在于：所述步骤五中，对步骤四得到的晶粒细化熔液进行水冷至700℃～750℃，得到待浇注的合金熔液。
9.根据权利要求1所述的一种高机械强度铝型材的制备工艺，其特征在于：所述步骤七中，所述挤压的温度设置为420℃～460℃。
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