CN110952005A - 一种快速挤压高性能变形铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种快速挤压高性能变形铝合金及其制备方法，主要涉及合金技术领域。一种快速挤压高性能变形铝合金，由以下质量百分比的组分组成：Mg:0.5‑1.0％；Si:0.2‑0.6％；Ce:0.1‑0.5％；其余为铝和不可避免杂质。本发明采用工业工业纯Al、Mg、Si和Al‑Ce中间合金为原材料，通过熔炼获得铸锭；然后经均匀化热处理、机加工以及塑性变形热加工获铝合金材料。本发明的有益效果在于：本发明铝合金材料可进行不低于15m/min的高速挤压，并且所得材料力学性能优良，屈服强度和抗拉强度可分别达到280MPa和390MPa以上，断后延伸率在9％以上，从而进一步拓展铝合金应用范围。

Description

一种快速挤压高性能变形铝合金及其制备方法
技术领域
本发明主要涉及合金技术领域，具体是一种快速挤压高性能变形铝合金及其制备方法。
背景技术
变形铝合金通过变形可以生产无缝管材、板材和复杂断面的异型材，从而可以满足更多结构件的需求；而且在热加工变形过程中，铝合金可以发生动态再结晶得到均匀细小的晶粒，获得比铸造状态更高的强度、更好的延展性等优异的力学性能。
目前，应用较多的变形铝合金主要有2系、6系和7系等。6系中是最为常用的商用变形铝合金，牌号有6063和6082，但是此合金系中Mg含量直接影响合金挤压速度和后续力学性能。6063最大挤压速度可以达到20m/min，但此时再结晶晶粒粗大，力学性能较差。7系中的7050、7075等加工窗口较窄，挤压速度过快容易热裂。2系合金浇铸时凝固收缩大，热裂倾向高、合金强度低。因此，6063合金仍是目前最常用的商用变形铝合金。
也有文献和专利公开了一些高速挤压铝合金的成分和加工工艺，如专利CN104353689，名称为“一种实现6063铝合金低温快速挤压成型的方法”，其组成按质量百分比计为：Si0.44-0.46％、Mg0.48-0.52％，其余为铝及不可避免杂质。该铝合金的挤压速度可以达到15m/min，抗拉强度210-218MPa，延伸率9.31-9.68％。
专利CN100346892，名称为“7075铝合金型材快速挤压方法”，其组成按质量百分比计为：Zn5.1-6.1％，Cu 1.2-2.0％，该铝合金的挤压速度可以达到15m/min，但该专利未提及合金力学性能。
综上，目前变形铝合金的种类仍然偏少，并且挤压速度和力学性能难以同时兼顾，这大大限制了变形铝合金的广泛应用。因此，研发一种可快速挤压的高性能变形铝合金，对进一步扩展铝合金的应用具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种快速挤压高性能变形铝合金及其制备方法，本发明铝合金材料可进行不低于15m/min的高速挤压，并且所得材料力学性能优良，屈服强度和抗拉强度可分别达到280MPa和390MPa以上，断后延伸率在9％以上，从而进一步拓展铝合金应用范围。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种快速挤压高性能变形铝合金，由以下质量百分比的组分组成：Mg:0.5-1.0％；Si:0.2-0.6％；Ce:0.1-0.5％；其余为铝和不可避免杂质。
一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：合金熔炼：按照权利要求1所述质量分数称取原料，原料为工业纯Al、工业纯Mg、Si和Al-Ce中间合金；加入纯Al升温至700℃后保温，使纯Al全部熔化，然后加入在300℃下预热20-40min的纯Mg、Si和Al-Ce中间合金，升温至730℃后保温20-30min，待合金化元素完全熔解，搅拌均匀得到合金熔液；
S2：合金浇铸：将步骤S1得到的合金熔液静置保温20min后降温到690-700℃，在保护气体条件下浇铸成锭；
S3：均匀化处理：将S2步骤浇铸成型的合金铸锭保温后进行水淬处理；
S4：热挤压：将S3步骤均匀化处理后的铸锭去除氧化皮，机加工至合适尺寸为挤压胚料，挤压胚料在490-510℃下预热30~120min，选择挤压变形温度为520℃，挤压出口速度不小于15m/min快速挤压成型。
优选的，所述S3步骤均匀化处理的具体操作为将S2步骤得到的合金铸锭在520℃保温8h后进行水淬处理。
优选的，所述S4步骤中热挤压的具体操作为挤压胚料在500℃下预热30~120min，选择挤压变形温度为520℃，挤压出口速度不小于15m/min快速挤压成型。
优选的，所述挤压变形的挤压比为10-30。
优选的，一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法制备的铝合金，由以下质量百分比的组分组成：Mg:0.5-1.0％；Si:0.2-0.6％；Ce:0.1-0.5％；其余为铝和不可避免杂质。
对比现有技术，本发明的有益效果是：
本发明采用工业纯Al、Mg、Si和Al-Ce中间合金为原材料，通过熔炼获得铸锭；然后经均匀化热处理、机加工以及塑性变形热加工获得所述铝合金材料。本发明中主要合金化元素Mg、Si在铸态时以片层状高温稳定相Mg2Si形式存在，经热处理转变为微米级细小颗粒，可在挤压变形时起到钉扎位错和晶界作用，从而细化再结晶晶粒，也可起到弥散强化作用。
本发明添加稀土元素Ce用于提高合金耐热性能，并且可以和Al形成Al2Ce高温稳定相，进一步细化合金变形组织。
本发明铝合金可进行不低于15m/min的高速挤压，并且所得材料力学性能优良，屈服强度和抗拉强度可分别达到280MPa和390MPa以上，断后延伸率在9％以上，极具工业化应用前景及实际应用之价值。
附图说明
附图1是本发明实施例3铸态铝合金铸造后显微组织；
附图2是本发明实施例3铝合金均匀化后显微组织；
附图3是本发明实施例3铝合金挤压后的显微组织。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
实施例1：
本实施例所述一种快速挤压高性能变形铝合金，由以下质量百分比的组分组成：Mg:0.5％；Si:0.2％；Ce:0.1％；其余为铝和不可避免杂质。
一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：合金熔炼：按照权利要求1所述质量分数称取原料，原料为工业纯Al、工业纯Mg、Si和Al-Ce中间合金；首先将铝合金熔炼炉加热至450℃，同时将工业纯Al、Mg、Si和Al-Ce中间合金在300℃下预热30min；然后向熔炼炉内的坩埚中加入纯Al升温至700℃后保温，使纯Al全部熔化，然后加入预热过的纯Mg、Si和Al-Ce中间合金，升温至730℃后保温30min，待合金化元素完全熔解，搅拌均匀得到合金熔液；
S2：合金浇铸：将步骤S1得到的合金熔液静置保温20min后降温到700℃，在保护气体条件下浇铸成锭；
S3：均匀化处理：将S2步骤浇铸成型的合金铸锭在540℃下热处理8h后进行水淬处理；
S4：热挤压：将S3步骤均匀化处理后的铸锭去除氧化皮，机加工至合适尺寸为挤压胚料，挤压胚料在500℃下预热50min，选择挤压变形温度为520℃，挤压比为16，挤压出口速度15m/min快速挤压成型，空气中冷却至室温。
实施例2
本实施例所述一种快速挤压高性能变形铝合金，由以下质量百分比的组分组成：Mg为0.8％；Si为0.5％；Ce为0.2％；其余为铝和不可避免杂质。
一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：合金熔炼：按照权利要求1所述质量分数称取原料，原料为工业纯Al、工业纯Mg、Si和Al-Ce中间合金；首先将铝合金熔炼炉加热至450℃，同时将工业纯Al、Mg、Si和Al-Ce中间合金在300℃下预热30min；然后向熔炼炉内的坩埚中加入纯Al升温至700℃后保温，使纯Al全部熔化，然后加入预热过的纯Mg、Si和Al-Ce中间合金，升温至730℃后保温30min，待合金化元素完全熔解，搅拌均匀得到合金熔液；
S2：合金浇铸：将步骤S1得到的合金熔液静置保温20min后降温到695℃，在保护气体条件下浇铸成锭；
S3：均匀化处理：将S2步骤浇铸成型的合金铸锭在540℃下热处理8h后进行水淬处理；
S4：热挤压：将S3步骤均匀化处理后的铸锭去除氧化皮，机加工至合适尺寸为挤压胚料，挤压胚料在500℃下预热70min，选择挤压变形温度为520℃，挤压比为16，挤压出口速度15m/min快速挤压成型，空气中冷却至室温。
实施例3
本实施例所述一种快速挤压高性能变形铝合金，由以下质量百分比的组分组成：Mg为1.0％；Si为0.5％；Ce为0.5％；其余为铝和不可避免杂质。
一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：合金熔炼：按照权利要求1所述质量分数称取原料，原料为工业纯Al、工业纯Mg、Si和Al-Ce中间合金；首先将铝合金熔炼炉加热至450℃，同时将工业纯Al、Mg、Si和Al-Ce中间合金在300℃下预热30min；然后向熔炼炉内的坩埚中加入纯Al升温至700℃后保温，使纯Al全部熔化，然后加入预热过的纯Mg、Si和Al-Ce中间合金，升温至730℃后保温30min，待合金化元素完全熔解，搅拌均匀得到合金熔液；
S2：合金浇铸：将步骤S1得到的合金熔液静置保温20min后降温到690℃，在保护气体条件下浇铸成锭；
S3：均匀化处理：将S2步骤浇铸成型的合金铸锭在540℃下热处理8h后进行水淬处理；
S4：热挤压：将S3步骤均匀化处理后的铸锭去除氧化皮，机加工至合适尺寸为挤压胚料，挤压胚料在500℃下预热90min，选择挤压变形温度为520℃，挤压比为16，挤压出口速度15m/min快速挤压成型，空气中冷却至室温。
下表为实测生产环节中，各实施例的铝合金生产技术参数。
表1本发明铝合金材料主要挤压参数
合金 坯料温度/℃ 模具温度/℃ 挤压速度/m•min<sup>-1</sup> 挤压比
参数范围 490-510℃ 470-490℃ 15-20 10-30
实施例1 495 472 15 16
实施例2 492 478 15 16
实施例3 498 476 15 16
本发明实施例1-3挤压态和热处理态下的室温力学性能如表2所示。
表2本发明所述铝合金材料的室温力学性能
合金 抗拉强度 屈服强度 延伸率
实施例1 391 285 9.8
实施例2 402 307 9.2
实施例3 415 308 9.3
6063 205 170 7
可见，三种合金常温屈服强度均在285MPa以上，抗拉强度高于390MPa，常温力学性能优于6063铝合金。
综上，本发明铝合金是一种可快速挤压且力学性能优良的变形铝合金。

Claims (6)

1.一种快速挤压高性能变形铝合金，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Mg:0.5-1.0％；Si:0.2-0.6％；Ce:0.1-0.5％；其余为铝和不可避免杂质。
2.一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：合金熔炼：按照权利要求1所述质量分数称取原料，原料为工业纯Al、工业纯Mg、Si和Al-Ce中间合金；加入纯Al升温至700℃后保温，使纯Al全部熔化，然后加入在300℃下预热20-40min的纯Mg、Si和Al-Ce中间合金，升温至730℃后保温20-30min，待合金化元素完全熔解，搅拌均匀得到合金熔液；
S2：合金浇铸：将步骤S1得到的合金熔液静置保温20min后降温到690-700℃，在保护气体条件下浇铸成锭；
S3：均匀化处理：将S2步骤浇铸成型的合金铸锭保温后进行水淬处理；
S4：热挤压：将S3步骤均匀化处理后的铸锭去除氧化皮，机加工至合适尺寸为挤压胚料，挤压胚料在490-510℃下预热30~120min，选择挤压变形温度为520℃，挤压出口速度不小于15m/min快速挤压成型。
3.根据权利要求2所述的一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法，其特征在于：所述S3步骤均匀化处理的具体操作为将S2步骤得到的合金铸锭在520℃保温8h后进行水淬处理。
4.根据权利要求2所述的一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法，其特征在于：所述S4步骤中热挤压的具体操作为挤压胚料在500℃下预热30~120min，选择挤压变形温度为520℃，挤压出口速度不小于15m/min快速挤压成型。
5.根据权利要求4所述的一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法，其特征在于：所述挤压变形的挤压比为10-30。
6.根据权利要求2-5任一权利要求所述的一种快速挤压高性能变形铝合金的制备方法制备的铝合金，其特征在于由以下质量百分比的组分组成：Mg:0.5-1.0％；Si:0.2-0.6％；Ce:0.1-0.5％；其余为铝和不可避免杂质。
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Denomination of invention: The invention relates to a rapid extrusion high-performance deformed aluminum alloy and a preparation method thereof

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