CN110952006B - 一种超厚铝合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金加工技术领域,涉及一种超厚铝合金板材的制备方法,原料成分为Si:0.15~0.7%、Cu:0.1~0.4%、Mg:0.7~1.2%、Zn:0.3~0.65%、Zr:0.02~0.07%、Sc:0.07~0.2%、La:0.01~0.03%、Pm:0.02~0.06%、Eu:0.025~0.055%、Gd:0.003~0.01%、单个杂质≤0.05%,合计≤0.15%,余量为Al,合金成分增加了Zr、Sc以及稀土元素La、Pm、Eu和Gd,并且熔铸的过程中采用超声振动系统振动分散,晶粒组织更加均匀,抗拉强度、屈服强度均得到了提高,同时抗腐蚀性也得到了提高。
Description
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域,涉及一种超厚铝合金板材的制备方法。
背景技术
铝合金具有密度小、比强度高、导电导热性能优良、可加工性好等优点,在航空航天工业、电力工业、汽车制造业、建筑业、食品工业、海洋船舶业等领域得到广泛的应用。然而2系铝合金虽然有超高的强度优势,但是其抗老化性差,高温软化快,并且在制备过程中由于板材的厚度比较厚,在铸锭的过程中,由于空间尺度效应、铸造环境、坯料组分结构、各种制造能场与成形界面的不均匀性与非连续性问题非常突出,导致大型铸锭内部应力超限,气孔过多,疏松缩孔较严重,凝固组织、成分在空间分布严重不均匀,而且对于高合金化的超大型铝合金铸锭制造尤其严重。
发明内容
有鉴于此,本发明为了解决2系超厚铝合金板材在制备过程中,容易出现组织不均匀以及抗老化性差影响铝合金板材使用的问题,提供一种超厚铝合金板材的制备方法。
为达到上述目的,本发明提供一种超厚铝合金板材的制备方法,包括以下步骤:
A、配料:将制备2系超厚铝合金板材的原料按照重量百分比进行配料,即Si:0.15~0.7%、Cu:0.1~0.4%、Mg:0.7~1.2%、Zn:0.3~0.65%、Zr:0.02~0.07%、Sc:0.07~0.2%、La:0.01~0.03%、Pm:0.02~0.06%、Eu:0.025~0.055%、Gd:0.003~0.01%、单个杂质≤0.05%,合计≤0.15%,余量为A1;
B、熔铸:将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金,经过搅拌、扒渣、除气除渣、细化工序后,将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭,其中铝液在热顶结晶器中进行凝固和引锭,引锭开始后,在热顶结晶器中施加1~7套超声振动系统,超声振动系统的辐射杆浸入熔体的深度为15~480mm,超声振动系统的振动频率为10~30kHz;当熔炼炉内铝液铸造长度剩余300~550mm时,将热顶结晶器内的超声振动系统移除,热顶结晶器继续进行引锭,得到2系铝合金圆锭;
C、均匀化:将铝合金圆锭在均质炉中进行均匀化热处理;
D、挤压:将均匀化后的铝合金圆锭置于挤压机进行挤压,模具温度为400~450℃,铝合金圆锭温度为420~460℃,挤压筒温度为420~450℃,挤压速度为0.2~1.2mm/s,挤压筒的挤压比为30~35;
E、固溶:将挤压后的铝合金板材进行固溶淬火处理;
F、预拉伸:将固溶后的铝合金板材置于拉伸矫直机进行拉伸矫直,拉伸变形率为3.5~4.5%;
G、双级时效:将拉伸后的铝合金板材进行双级时效热处理;
H、将双级时效后铝合金板材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验,对满足客户要求的产品进行包装。
进一步,步骤B铝合金原料搅拌过程中采用电磁搅拌,电磁搅拌的次数不低于2次,间隔时间为15~25min,每次搅拌的时间不低于5min,在除气过程中除气箱内通入的氩气纯度不低于99.999%,除气箱内压力为0.3~0.5MPa,转子转速为450~500r/min。
进一步,步骤B铝合金原料的熔炼温度为730~750℃,精炼温度为720~740℃,铸造温度为680~700℃。
进一步,步骤C将均匀化热处理后的铝合金圆锭切去头尾并铣去铝合金圆锭表面凝壳层,均匀化制度为465±5℃×10h。
进一步,步骤E淬火方式为穿水冷却,冷却速度为25~30℃/s。
进一步,步骤G双级时效中一级时效制度为180±5℃×(7~9)h,板材随炉加热,升温速率为200℃/h;二级时效制度为200±5℃×(3~5)h,时效后空冷至室温。
进一步,步骤G由一级时效到二级时效的升温时间不超过15min。
本发明的有益效果在于:
1、本发明所公开的超厚铝合金板材,在Al中添加Zr和Sc,Zr在合金冶炼中能发挥脱氧、除氮、去硫的作用,且Zr具有较好的延展性,与Sc配合作用,能够清除有害杂质的影响,提高合金的抑制再结晶能力。在Al中添加稀土元素La、Pm、Eu和Gd,由于La与Pm配合作用能够细化和净化晶粒,提高合金元素之间的相容性,均匀合金内的各组织成分,使腐蚀电位正移,进而提高抗老化性;Eu与Gd配合作用能够使析出的CuAl2强化相细化,使晶界无沉淀带宽度变窄,晶界析出相不连续分布,进而改善了合金的耐蚀性能。
2、本发明所公开的超厚铝合金板材的制备方法,熔铸工艺中在热顶结晶器中布置不同数量的超声波振动系统,通过超声外场的作用下对熔体的宏观温度场、流场、溶质场进行调控,可以有效解决目前大规格圆铸锭中心冷却缓慢导致组织粗大、结晶相富集的问题,使得最终制备的超厚铝合金板材组织均匀、抗老化性强。
3、本发明所公开的超厚铝合金板材的制备方法,通过添加少量Zr、Sc、La、Pm、Eu和Gd等多种合金元素来细化晶粒,改变再结晶状态,提高合金的高温强度以及耐疲劳、耐磨、抗冲击等性能,同时改进熔炼、铸造及挤压等工艺获得良好的综合性能。本发明制得的铝合金板材具有优异的强度、耐磨性、抗冲击性、耐疲劳以及耐高温等性能,可以广泛用于汽车车身、车轮、油箱、汽缸体等各种零部件,经久耐用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种超厚铝合金板材的制备方法,包括以下步骤:
A、配料:将制备2系超厚铝合金板材的原料按照重量百分比进行配料:
元素 | Si | Cu | Mg | Zn | Zr | Sc | La | Pm | Eu | Gd | 杂质 | A1 |
含量 | 0.15 | 0.1 | 0.7 | 0.3 | 0.02 | 0.07 | 0.01 | 0.02 | 0.025 | 0.003 | 0.1 | 余量 |
B、熔铸:将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金,经过搅拌、扒渣、除气除渣、细化工序后,将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭,其中铝液在热顶结晶器中进行凝固和引锭,引锭开始后,在热顶结晶器中施加7套超声振动系统,超声振动系统的辐射杆浸入熔体的深度为200mm,超声振动系统的振动频率为10kHz;当熔炼炉内铝液铸造长度剩余300~550mm时,将热顶结晶器内的超声振动系统移除,热顶结晶器继续进行引锭;铝合金原料搅拌过程中采用电磁搅拌,电磁搅拌的次数不低于2次,间隔时间为15~25min,每次搅拌的时间不低于5min,在除气过程中除气箱内通入的氩气纯度不低于99.999%,除气箱内压力为0.3~0.5MPa,转子转速为450~500r/min;铝合金原料的熔炼温度为730℃,精炼温度为720℃,铸造温度为680℃,得到2系铝合金圆锭;
C、均匀化:将铝合金圆锭在均质炉中进行均匀化热处理,将均匀化热处理后的铝合金圆锭切去头尾并铣去铝合金圆锭表面凝壳层,均匀化制度为465±5℃×10h;
D、挤压:将均匀化后的铝合金圆锭置于挤压机进行挤压,模具温度为400~450℃,铝合金圆锭温度为420~460℃,挤压筒温度为420~450℃,挤压速度为0.2~1.2mm/s,挤压筒的挤压比为30~35;
E、固溶:将挤压后的铝合金板材进行固溶淬火处理,淬火方式为穿水冷却,冷却速度为25~30℃/s;
F、预拉伸:将固溶后的铝合金板材置于拉伸矫直机进行拉伸矫直,拉伸变形率为3.5~4.5%;
G、双级时效:将拉伸后的铝合金板材进行双级时效热处理,双级时效中一级时效制度为180±5℃×(7~9h),板材随炉加热,升温速率为200℃/h;二级时效制度为200±5℃×(3~5h),时效后空冷至室温,由一级时效到二级时效的升温时间不超过15min;
H、将双级时效后铝合金板材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验,对满足客户要求的产品进行包装。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于,步骤A将制备2系超厚铝合金板材的原料按照重量百分比进行配料:
元素 | Si | Cu | Mg | Zn | Zr | Sc | La | Pm | Eu | Gd | 杂质 | A1 |
含量 | 0.7 | 0.4 | 1.2 | 0.65 | 0.07 | 0.2 | 0.03 | 0.06 | 0.055 | 0.01 | 0.1 | 余量 |
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于,步骤B在热顶结晶器中施加2套超声振动系统,超声振动系统的辐射杆浸入熔体的深度为15mm,超声振动系统的振动频率为30kHz。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于,步骤A将制备2系超厚铝合金板材的原料按照重量百分比进行配料:
元素 | Si | Cu | Mg | Zn | 杂质 | A1 |
含量 | 0.7 | 0.4 | 1.2 | 0.65 | 0.1 | 余量 |
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于,熔铸过程没有引入超声振动系统,步骤B为将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金,经过搅拌、扒渣、除气除渣、细化工序后,将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭,其中铝合金原料搅拌过程中采用电磁搅拌,电磁搅拌的次数不低于2次,间隔时间为15~25min,每次搅拌的时间不低于5min,在除气过程中除气箱内通入的氩气纯度不低于99.999%,除气箱内压力为0.3~0.5MPa,转子转速为450~500r/min;铝合金原料的熔炼温度为730℃,精炼温度为720℃,铸造温度为670℃,得到2系铝合金圆锭。
对比例3
对比例3与对比例1的区别在于,熔铸过程没有引入超声振动系统,步骤B为将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金,经过搅拌、扒渣、除气除渣、细化工序后,将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭,其中铝合金原料搅拌过程中采用电磁搅拌,电磁搅拌的次数不低于2次,间隔时间为15~25min,每次搅拌的时间不低于5min,在除气过程中除气箱内通入的氩气纯度不低于99.999%,除气箱内压力为0.3~0.5MPa,转子转速为450~500r/min;铝合金原料的熔炼温度为730℃,精炼温度为720℃,铸造温度为670℃,得到2系铝合金圆锭。
实施例1~3与对比例1~3所制备2系超厚铝合金板材的屈服强度、抗拉强度、延伸率、最大腐蚀深度以及抗腐蚀性能提升率的测试结果见表1。
表1
屈服强度/MPa | 抗拉强度/MPa | 延伸率/% | 最大腐蚀深度/μm | |
实施例1 | 420 | 485 | 12 | 0.053 |
实施例2 | 412 | 480 | 11.5 | 0.058 |
实施例3 | 410 | 477 | 10 | 0.061 |
对比例1 | 407 | 470 | 10 | 0.079 |
对比例2 | 403 | 465 | 13 | 0.084 |
对比例3 | 398 | 460 | 10 | 0.093 |
由表1可以看到,采用本发明所公开的2系超厚铝合金板材相对于对比例,合金成分增加了Zr、Sc以及稀土元素La、Pm、Eu和Gd,并且熔铸的过程中采用超声振动系统振动分散,晶粒组织更加均匀,抗拉强度、屈服强度均得到了提高,同时抗腐蚀性也得到了提高,晶间腐蚀由严重晶间腐蚀转变为轻微点蚀。对比例中腐蚀形貌为表层晶粒之间脱离,部分晶粒从表面脱落,实施例中腐蚀深度变浅,耐蚀性较强。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,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,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种超厚铝合金板材的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、配料:将制备2系超厚铝合金板材的原料按照重量百分比进行配料,即Si:0.15~0.7%、Cu:0.1~0.4%、Mg:0.7~1.2%、Zn:0.3~0.65%、Zr:0.02~0.07%、Sc:0.07~0.2%、La:0.01~0.03%、Pm:0.02~0.06%、Eu:0.025~0.055%、Gd:0.003~0.01%、单个杂质≤0.05%,合计≤0.15%,余量为Al;
B、熔铸:将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金,经过搅拌、扒渣、除气除渣、细化工序后,将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭,其中铝液在热顶结晶器中进行凝固和引锭,引锭开始后,在热顶结晶器中施加1~7套超声振动系统,超声振动系统的辐射杆浸入熔体的深度为15~480mm,超声振动系统的振动频率为10~30kHz;当熔炼炉内铝液铸造长度剩余300~550mm时,将热顶结晶器内的超声振动系统移除,热顶结晶器继续进行引锭,得到2系铝合金圆锭;
C、均匀化:将铝合金圆锭在均质炉中进行均匀化热处理,将均匀化热处理后的铝合金圆锭切去头尾并铣去铝合金圆锭表面凝壳层,均匀化制度为465±5℃×10h;
D、挤压:将均匀化后的铝合金圆锭置于挤压机进行挤压,模具温度为400~450℃,铝合金圆锭温度为420~460℃,挤压筒温度为420~450℃,挤压速度为0.2~1.2mm/s,挤压筒的挤压比为30~35;
E、固溶:将挤压后的铝合金板材进行固溶淬火处理,淬火方式为穿水冷却,冷却速度为25~30℃/s;
F、预拉伸:将固溶后的铝合金板材置于拉伸矫直机进行拉伸矫直,拉伸变形率为3.5~4.5%;
G、双级时效:将拉伸后的铝合金板材进行双级时效热处理,双级时效中一级时效制度为180±5℃×(7~9)h,板材随炉加热,升温速率为200℃/h;二级时效制度为200±5℃×(3~5)h,时效后空冷至室温,由一级时效到二级时效的升温时间不超过15min;
H、将双级时效后铝合金板材进行表面质量,尺寸低倍、高倍组织,力学性能检验,对满足客户要求的产品进行包装。
2.如权利要求1所述超厚铝合金板材的制备方法,其特征在于,步骤B铝合金原料搅拌过程中采用电磁搅拌,电磁搅拌的次数不低于2次,间隔时间为15~25min,每次搅拌的时间不低于5min,在除气过程中除气箱内通入的氩气纯度不低于99.999%,除气箱内压力为0.3~0.5MPa,转子转速为450~500r/min。
3.如权利要求1所述超厚铝合金板材的制备方法,其特征在于,步骤B铝合金原料的熔炼温度为730~750℃,精炼温度为720~740℃,铸造温度为680~700℃。
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GR01 | Patent grant | ||
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