CN110453111A - 一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法，属于铝型材制备领域，一种高强高塑性中空铝型材，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：2.0～4.0，Cu：2.0～4.0，Si：0.4～0.8，Gu：0.4～1.0，As：0.8～1.0，Ti：0.2～0.6，Mn：0.4～1.0，Fe：1.0～3.0，Cr：0.4～0.6，Zn：0.4～0.6，Li：0.6～0.8，余量的铝及不可避免的杂质。通过控制铝合金成分中元素的含量，在铝合金中形成Al2Cu、Al2CuMg、Mg2Si、MgZn2等强化相，各强化相协同作用，起到脱氧、细化晶粒，对铝型材起到明显强化作用，有效的降低材料的开裂敏感性，提高铝型材的塑性、韧性、抗疲劳等力学性能，以及良好的加工性能，能满足交替运输用铝型材的性能要求。

Description

一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝型材制备技术领域，具体为一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法。
背景技术
随着交替运输、船舶、飞机等交通运输工具轻量化的发展，铝合金型材在交通运输工具上的应用日益扩大，目前交通运输工具用铝合金型材主要是大规格、中空、薄壁的铝合金型材，为了提高交通运输工具的承载能力、安全性和服役寿命，要求铝合金型材具有较高的综合性能。
目前市场上中空铝型材具有较高的强度但还普遍存在塑性不足和应力腐蚀敏感性较大的问题，尚不能完全满足交替运输用板材的性能要求。
发明内容
（一）解决的技术问题
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法，解决了目前市场上中空铝型材具有较高的强度但还普遍存在塑性不足和应力腐蚀敏感性较大的问题，尚不能完全满足交替运输用板材的性能要求的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强高塑性中空铝型材，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：2.0～4.0，Cu：2.0～4.0，Si：0.4～0.8，Gu：0.4～1.0，As：0.8～1.0，Ti：0.2～0.6，Mn：0.4～1.0，Fe：1.0～3.0，Cr：0.4～0.6，Zn：0.4～0.6，Li：0.6～0.8，余量的铝及不可避免的杂质。
优选的，一种高强高塑性中空铝型材，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：2.0，Cu：2.0，Si：0.4，Gu：0.4，As：0.8，Ti：0.2，Mn：0.4，Fe：1.0，Cr：0.4，Zn：0.4，Li：0.6，余量的铝及不可避免的杂质。
优选的，一种高强高塑性中空铝型材，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：3.0，Cu：3.0，Si：0.6，Gu：0.8，As：0.9，Ti：0.4，Mn：0.8，Fe：2.0，Cr：0.5，Zn：0.5，Li：0.7，余量的铝及不可避免的杂质。
优选的，一种高强高塑性中空铝型材的制备方法，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：4.0，Cu：4.0，Si：0.8，Gu：1.0，As：1.0，Ti：0.6，Mn：1.0，Fe：3.0，Cr：0.6，Zn：0.6，Li：0.8，余量的铝及不可避免的杂质。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份数比称取各个原料；
S2、将铝投入到熔炼炉中，在充满氮气的环境中加热到700～800℃，使铝熔化为铝熔体，接着用氮气气体载体将Mg、Cu、Si、Zn加入到铝熔体中，再通入占铝重量0.5～1%的精炼剂进行精炼、扒渣，保持恒温搅拌6～10min，制得混合熔体；
S3、将步骤S2中得到的混合熔体送入中频炉中，升温至950～1100℃，加入剩余元素，保持12～17min，然后将物料送入喷射成型设备中，调节合金液的温度为950～980℃，使合金液流入雾化器，用高压氩气雾化后沉积在基板上，得到铝锭；
S4、将步骤S3中得到的铝锭，先于540℃保温5h，再于575℃保温5h，进行多级均匀化处理，多级均匀化处理后进行冷却，冷却方式为风冷加水冷，冷却却速率为150～300℃/h，得到铸棒；
S5、采用电磁感应炉，10分钟快速加热步骤S4得到的铸棒，挤压模具温度为480～500℃，铸棒温度为490～510℃，挤压速度1.5～3m/min，型材模具出口温度为500～520℃，得到挤压状态的型材；
S6、将步骤S5得到的挤压状态的型材进行冷却，型材在淬火转移距离的冷却速率为115℃/min，进入淬火装置的温度为470℃，在淬火冷却装置中的冷却速率为348℃/min，空冷至60℃，然后于165±3℃，时效处理8h，
S7、将步骤S6得到的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，然后依次进行脱脂、水洗、水洗、中和、水洗处理，得预处理铝型材；
S8、将步骤S6中得到的预处理后的铝型材置于硫酸氧化槽中进行电解氧化处理，水洗，将阳极氧化后的铝型材置于装有丙烯酸树脂电泳涂料的电泳槽中，在60～150V的直流电压下进行电泳涂装，电极极距为3～4cm、电泳时间为1～3min，得到不溶性漆膜，水洗、干燥、烘烤，冷却至室温，即得高强高塑性中空铝型材。
优选的，步骤S4所述多级均匀化处理具体步骤为：将第一级温度保持在350～420℃，当到达均匀化温度时开始计时，保温36h，然后以1℃/h慢速升温至第二级均匀化处理，温度保持在425～450℃，保温16h，再以1℃/h慢速升温至第三级均匀化处理，温度保持在455～480℃，保温12h。
优选的，步骤S6所述时效处理具体包括如下步骤：挤压后的制品停放3天后进行时效，分两阶段进行，第一阶段为在105±3℃条件下时效10h，第一阶段后进行第二阶段的时效，具体为150±3℃时效10h；每炉实体测温，测3个点，分别为炉膛头、中、尾中间的上部，为满足实体温度，可调整时效炉设定温度；开始计算保温时间，时效炉燃烧室翻板外侧的2个热电偶任1个点到温，设备自动开始保温。
优选的，步骤S3所述雾化器的雾化压力为0.2～0.4MPa，所述合金液流入雾化器过程合金液的流量为2～2.8kg/min。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法，具备以下有益效果：
（1）该高强高塑性中空铝型材及其制备方法，通过控制铝合金成分中元素的含量，在铝合金中形成Al2Cu、Al2CuMg、Mg2Si、MgZn2等强化相，各强化相协同作用，起到脱氧、细化晶粒，对铝型材起到明显强化作用，有效的降低材料的应力腐蚀敏感性，提高铝型材的塑性、韧性、抗疲劳等力学性能，使其抗拉强度/Mpa：≥300；规定非比例伸长强度/Mpa：≥260；硬度/HW：≥12；断后伸长率/%≥10，阳极氧化涂层/μm≥10，电泳凃漆/μm≥16。
（2）通过采用多级均匀化处理，控制升温速率，相固溶强化，防止升温过快导致β相过烧，提高其成分均匀化程度，再经压制和时效处理后，进一步改善铝型材的内部组织均匀性，避免非平衡凝固导致成分不均匀和粗大析出相等出现，提高铝型材的综合力学性能，制备的铝型材机械性能优异，具有良好的强度、塑性和耐腐蚀性，以及良好的加工性能，能满足交替运输用板材的性能要求。
（3）通过采用机械喷砂法对基材表面进行预处理，在高速砂流冲击作用清理和粗化型材表面，消除型材表面缺陷和挤压条纹，提高型材抗疲劳性，增加了它和阳极氧化/电泳涂层之间的附着力，延长了涂膜耐久性提高型材抗应力腐蚀性能。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，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。
实施例一：
一种高强高塑性中空铝型材，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：2.0，Cu：2.0，Si：0.4，Gu：0.4，As：0.8，Ti：0.2，Mn：0.4，Fe：1.0，Cr：0.4，Zn：0.4，Li：0.6，余量的铝及不可避免的杂质。
一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份数比称取各个原料；
S2、将铝投入到熔炼炉中，在充满氮气的环境中加热到700℃，使铝熔化为铝熔体，接着用氮气气体载体将Mg、Cu、Si、Zn加入到铝熔体中，再通入占铝重量0.5%的精炼剂进行精炼、扒渣，保持恒温搅拌6min，制得混合熔体；
S3、将步骤S2中得到的混合熔体送入中频炉中，升温至950℃，加入剩余元素，保持12min，然后将物料送入喷射成型设备中，调节合金液的温度为950℃，使合金液流入雾化器，用高压氩气雾化后沉积在基板上，得到铝锭；
S4、将步骤S3中得到的铝锭，先于540℃保温5h，再于575℃保温5h，进行多级均匀化处理，多级均匀化处理后进行冷却，冷却方式为风冷加水冷，冷却却速率为150℃/h，得到铸棒；
S5、采用电磁感应炉，10分钟快速加热步骤S4得到的铸棒，挤压模具温度为480℃，铸棒温度为490℃，挤压速度1.5m/min，型材模具出口温度为500℃，得到挤压状态的型材；
S6、将步骤S5得到的挤压状态的型材进行冷却，型材在淬火转移距离的冷却速率为115℃/min，进入淬火装置的温度为470℃，在淬火冷却装置中的冷却速率为348℃/min，空冷至60℃，然后于165±3℃，时效处理8h，
S7、将步骤S6得到的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，然后依次进行脱脂、水洗、水洗、中和、水洗处理，得预处理铝型材；
S8、将步骤S6中得到的预处理后的铝型材置于硫酸氧化槽中进行电解氧化处理，水洗，将阳极氧化后的铝型材置于装有丙烯酸树脂电泳涂料的电泳槽中，在60V的直流电压下进行电泳涂装，电极极距为3cm、电泳时间为1min，得到不溶性漆膜，水洗、干燥、烘烤，冷却至室温，即得高强高塑性中空铝型材。
进一步的，步骤S4多级均匀化处理具体步骤为：将第一级温度保持在350℃，当到达均匀化温度时开始计时，保温36h，然后以1℃/h慢速升温至第二级均匀化处理，温度保持在425℃，保温16h，再以1℃/h慢速升温至第三级均匀化处理，温度保持在455℃，保温12h。
进一步的，步骤S6时效处理具体包括如下步骤：挤压后的制品停放3天后进行时效，分两阶段进行，第一阶段为在105±3℃条件下时效10h，第一阶段后进行第二阶段的时效，具体为150±3℃时效10h；每炉实体测温，测3个点，分别为炉膛头、中、尾中间的上部，为满足实体温度，可调整时效炉设定温度；开始计算保温时间，时效炉燃烧室翻板外侧的2个热电偶任1个点到温，设备自动开始保温。
进一步的，步骤S3雾化器的雾化压力为0.2MPa，合金液流入雾化器过程合金液的流量为2kg/min。
实施例二：
一种高强高塑性中空铝型材，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：3.0，Cu：3.0，Si：0.6，Gu：0.8，As：0.9，Ti：0.4，Mn：0.8，Fe：2.0，Cr：0.5，Zn：0.5，Li：0.7，余量的铝及不可避免的杂质。
一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份数比称取各个原料；
S2、将铝投入到熔炼炉中，在充满氮气的环境中加热到750℃，使铝熔化为铝熔体，接着用氮气气体载体将Mg、Cu、Si、Zn加入到铝熔体中，再通入占铝重量0.75%的精炼剂进行精炼、扒渣，保持恒温搅拌8min，制得混合熔体；
S3、将步骤S2中得到的混合熔体送入中频炉中，升温至1025℃，加入剩余元素，保持14.5min，然后将物料送入喷射成型设备中，调节合金液的温度为965℃，使合金液流入雾化器，用高压氩气雾化后沉积在基板上，得到铝锭；
S4、将步骤S3中得到的铝锭，先于540℃保温5h，再于575℃保温5h，进行多级均匀化处理，多级均匀化处理后进行冷却，冷却方式为风冷加水冷，冷却却速率为225℃/h，得到铸棒；
S5、采用电磁感应炉，10分钟快速加热步骤S4得到的铸棒，挤压模具温度为490℃，铸棒温度为500℃，挤压速度2.25m/min，型材模具出口温度为510℃，得到挤压状态的型材；
S6、将步骤S5得到的挤压状态的型材进行冷却，型材在淬火转移距离的冷却速率为115℃/min，进入淬火装置的温度为470℃，在淬火冷却装置中的冷却速率为348℃/min，空冷至60℃，然后于165±3℃，时效处理8h，
S7、将步骤S6得到的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，然后依次进行脱脂、水洗、水洗、中和、水洗处理，得预处理铝型材；
S8、将步骤S6中得到的预处理后的铝型材置于硫酸氧化槽中进行电解氧化处理，水洗，将阳极氧化后的铝型材置于装有丙烯酸树脂电泳涂料的电泳槽中，在60～150V的直流电压下进行电泳涂装，电极极距为3.5cm、电泳时间为2min，得到不溶性漆膜，水洗、干燥、烘烤，冷却至室温，即得高强高塑性中空铝型材。
进一步的，步骤S4多级均匀化处理具体步骤为：将第一级温度保持在385℃，当到达均匀化温度时开始计时，保温36h，然后以1℃/h慢速升温至第二级均匀化处理，温度保持在437.5℃，保温16h，再以1℃/h慢速升温至第三级均匀化处理，温度保持在467.5℃，保温12h。
进一步的，步骤S6时效处理具体包括如下步骤：挤压后的制品停放3天后进行时效，分两阶段进行，第一阶段为在105±3℃条件下时效10h，第一阶段后进行第二阶段的时效，具体为150±3℃时效10h；每炉实体测温，测3个点，分别为炉膛头、中、尾中间的上部，为满足实体温度，可调整时效炉设定温度；开始计算保温时间，时效炉燃烧室翻板外侧的2个热电偶任1个点到温，设备自动开始保温。
进一步的，步骤S3雾化器的雾化压力为0.3MPa，合金液流入雾化器过程合金液的流量为2.4kg/min。
实施例三：
一种高强高塑性中空铝型材的制备方法，包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：4.0，Cu：4.0，Si：0.8，Gu：1.0，As：1.0，Ti：0.6，Mn：1.0，Fe：3.0，Cr：0.6，Zn：0.6，Li：0.8，余量的铝及不可避免的杂质。
一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份数比称取各个原料；
S2、将铝投入到熔炼炉中，在充满氮气的环境中加热到800℃，使铝熔化为铝熔体，接着用氮气气体载体将Mg、Cu、Si、Zn加入到铝熔体中，再通入占铝重量1%的精炼剂进行精炼、扒渣，保持恒温搅拌10min，制得混合熔体；
S3、将步骤S2中得到的混合熔体送入中频炉中，升温至1100℃，加入剩余元素，保持17min，然后将物料送入喷射成型设备中，调节合金液的温度为980℃，使合金液流入雾化器，用高压氩气雾化后沉积在基板上，得到铝锭；
S4、将步骤S3中得到的铝锭，先于540℃保温5h，再于575℃保温5h，进行多级均匀化处理，多级均匀化处理后进行冷却，冷却方式为风冷加水冷，冷却却速率为300℃/h，得到铸棒；
S5、采用电磁感应炉，10分钟快速加热步骤S4得到的铸棒，挤压模具温度为500℃，铸棒温度为510℃，挤压速度3m/min，型材模具出口温度为520℃，得到挤压状态的型材；
S6、将步骤S5得到的挤压状态的型材进行冷却，型材在淬火转移距离的冷却速率为115℃/min，进入淬火装置的温度为470℃，在淬火冷却装置中的冷却速率为348℃/min，空冷至60℃，然后于165±3℃，时效处理8h，
S7、将步骤S6得到的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，然后依次进行脱脂、水洗、水洗、中和、水洗处理，得预处理铝型材；
S8、将步骤S6中得到的预处理后的铝型材置于硫酸氧化槽中进行电解氧化处理，水洗，将阳极氧化后的铝型材置于装有丙烯酸树脂电泳涂料的电泳槽中，在150V的直流电压下进行电泳涂装，电极极距为4cm、电泳时间为3min，得到不溶性漆膜，水洗、干燥、烘烤，冷却至室温，即得高强高塑性中空铝型材。
进一步的，步骤S4多级均匀化处理具体步骤为：将第一级温度保持在420℃，当到达均匀化温度时开始计时，保温36h，然后以1℃/h慢速升温至第二级均匀化处理，温度保持在450℃，保温16h，再以1℃/h慢速升温至第三级均匀化处理，温度保持在480℃，保温12h。
进一步的，步骤S6时效处理具体包括如下步骤：挤压后的制品停放3天后进行时效，分两阶段进行，第一阶段为在105±3℃条件下时效10h，第一阶段后进行第二阶段的时效，具体为150±3℃时效10h；每炉实体测温，测3个点，分别为炉膛头、中、尾中间的上部，为满足实体温度，可调整时效炉设定温度；开始计算保温时间，时效炉燃烧室翻板外侧的2个热电偶任1个点到温，设备自动开始保温。
进一步的，步骤S3雾化器的雾化压力为0.4MPa，合金液流入雾化器过程合金液的流量为2.8kg/min。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高强高塑性中空铝型材，其特征在于：包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：2.0～4.0，Cu：2.0～4.0，Si：0.4～0.8，Gu：0.4～1.0，As：0.8～1.0，Ti：0.2～0.6，Mn：0.4～1.0，Fe：1.0～3.0，Cr：0.4～0.6，Zn：0.4～0.6，Li：0.6～0.8，余量的铝及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强高塑性中空铝型材，其特征在于：包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：2.0，Cu：2.0，Si：0.4，Gu：0.4，As：0.8，Ti：0.2，Mn：0.4，Fe：1.0，Cr：0.4，Zn：0.4，Li：0.6，余量的铝及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种高强高塑性中空铝型材，其特征在于：包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：3.0，Cu：3.0，Si：0.6，Gu：0.8，As：0.9，Ti：0.4，Mn：0.8，Fe：2.0，Cr：0.5，Zn：0.5，Li：0.7，余量的铝及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种高强高塑性中空铝型材的制备方法，其特征在于：包括以下重量份数配比的原料（wt%）：Mg：4.0，Cu：4.0，Si：0.8，Gu：1.0，As：1.0，Ti：0.6，Mn：1.0，Fe：3.0，Cr：0.6，Zn：0.6，Li：0.8，余量的铝及不可避免的杂质。
5.一种高强高塑性中空铝型材及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照重量份数比称取各个原料；
S2、将铝投入到熔炼炉中，在充满氮气的环境中加热到700～800℃，使铝熔化为铝熔体，接着用氮气气体载体将Mg、Cu、Si、Zn加入到铝熔体中，再通入占铝重量0.5～1%的精炼剂进行精炼、扒渣，保持恒温搅拌6～10min，制得混合熔体；
S3、将步骤S2中得到的混合熔体送入中频炉中，升温至950～1100℃，加入剩余元素，保持12～17min，然后将物料送入喷射成型设备中，调节合金液的温度为950～980℃，使合金液流入雾化器，用高压氩气雾化后沉积在基板上，得到铝锭；
S4、将步骤S3中得到的铝锭，先于540℃保温5h，再于575℃保温5h，进行多级均匀化处理，多级均匀化处理后进行冷却，冷却方式为风冷加水冷，冷却却速率为150～300℃/h，得到铸棒；
S5、采用电磁感应炉，10分钟快速加热步骤S4得到的铸棒，挤压模具温度为480～500℃，铸棒温度为490～510℃，挤压速度1.5～3m/min，型材模具出口温度为500～520℃，得到挤压状态的型材；
S6、将步骤S5得到的挤压状态的型材进行冷却，型材在淬火转移距离的冷却速率为115℃/min，进入淬火装置的温度为470℃，在淬火冷却装置中的冷却速率为348℃/min，空冷至60℃，然后于165±3℃，时效处理8h，
S7、将步骤S6得到的铝合金基材采用机械喷砂法，用高速砂流冲击，进行表面喷砂处理，然后依次进行脱脂、水洗、水洗、中和、水洗处理，得预处理铝型材；
S8、将步骤S6中得到的预处理后的铝型材置于硫酸氧化槽中进行电解氧化处理，水洗，将阳极氧化后的铝型材置于装有丙烯酸树脂电泳涂料的电泳槽中，在60～150V的直流电压下进行电泳涂装，电极极距为3～4cm、电泳时间为1～3min，得到不溶性漆膜，水洗、干燥、烘烤，冷却至室温，即得高强高塑性中空铝型材。
6.根据权利要求5所述的一种高强高塑性中空铝型材的制备方法，其特征在于：步骤S4所述多级均匀化处理具体步骤为：将第一级温度保持在350～420℃，当到达均匀化温度时开始计时，保温36h，然后以1℃/h慢速升温至第二级均匀化处理，温度保持在425～450℃，保温16h，再以1℃/h慢速升温至第三级均匀化处理，温度保持在455～480℃，保温12h。
7.根据权利要求5所述的一种高强高塑性中空铝型材的制备方法，其特征在于：步骤S6所述时效处理具体包括如下步骤：挤压后的制品停放3天后进行时效，分两阶段进行，第一阶段为在105±3℃条件下时效10h，第一阶段后进行第二阶段的时效，具体为150±3℃时效10h；每炉实体测温，测3个点，分别为炉膛头、中、尾中间的上部，为满足实体温度，可调整时效炉设定温度；开始计算保温时间，时效炉燃烧室翻板外侧的2个热电偶任1个点到温，设备自动开始保温。
8.根据权利要求5所述的一种高强高塑性中空铝型材的制备方法，其特征在于：步骤S3所述雾化器的雾化压力为0.2～0.4MPa，所述合金液流入雾化器过程合金液的流量为2～2.8kg/min。
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