CN110983125B - 一种6系铝合金模板及其生产工艺 - Google Patents

一种6系铝合金模板及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金生产工艺技术领域，涉及一种6系铝合金模板及其生产工艺，6系铝合金模板由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.50～0.55％，Fe：0.10～0.15％，Cu：0.05～0.10％，Mn：0.05～0.10％，Mg：0.55～0.60％，Cr≤0.05％，Zn≤0.05％，Ti≤0.05％，La≤0.25％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，通过合金成分和生产工艺的改进，使得最终制备的6系铝合金模板，抗拉强度达280Mpa，屈服强度达255Mpa，断后伸长率达12.5％，力学性能得到显著提高，能够满足客户的生产需求。

Description

一种6系铝合金模板及其生产工艺
技术领域
本发明属于铝合金生产工艺技术领域，涉及一种6系铝合金模板及其生产工艺。
背景技术
铝是地壳中含量较多的元素之一，其含量达8.8％，居四大金属元素之首，占整个金属元素质量的1/3。由于制铝技术的改进，铝工业以惊人的速度发展。到2004年，世界铝产量达2980万吨，其中我国为680万吨，居世界第三位，铝合金的品种已超过千种。由于铝材的发展，铝的加工技术也得到突飞猛进的进步。铝合金因其质量轻、比强度高、低温性能好、可塑性好易于加工及耐腐蚀等特点，在建筑、航空航天工业、车辆制造、压力容器及交通运输等领域得到了广泛的应用。
其中，铝合金模板由于其施工周期短、重复利用次数多、施工方便、高效、稳定性好、承载力高、应用广泛、砼表面质量好、施工现场整洁、建筑垃圾少、通用性强以及回收价值高等优点，已经在建筑行业中广泛应用。6005A铝合金模板在建筑领域应用广泛，但在挤压生产时由于突破压力较高、型材尺寸差、表面质量差、淬火敏感性相对较高等问题，使得使用6005A铝合金生产铝合金模板时，力学性能不能达到客户需求。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决采用现有生产工艺生产铝合金模板时，存在力学性能不达标、断后延伸率低以及耐腐蚀性能低，不能满足客户需求的问题，提供一种6系铝合金模板及其生产工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种6系铝合金模板，由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.50～0.55％，Fe：0.10～0.15％，Cu：0.05～0.10％，Mn：0.05～0.10％，Mg：0.55～0.60％，Cr≤0.05％，Zn≤0.05％，Ti≤0.05％，La≤0.25％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。
进一步，由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.50～0.55％，Fe：0.10～0.15％，Cu：0.05～0.10％，Mn：0.05～0.10％，Mg：0.55～0.60％，Cr：0.05％，Zn：0.05％，Ti：0.05％，La：0.25％，其余单个杂质含量≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。
一种6系铝合金模板的生产工艺，包括以下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，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，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒，其中铝合金熔炼温度为740～760℃，当炉内金属完全熔化后进行搅拌、精炼，精炼过程中加入0.25％的Al-5Ti-0.25C细化剂，通过电磁搅拌技术使熔液中的悬浮物、气泡快速上浮，有效减少铝合金铸棒气孔、夹杂问题，精炼后将铝液通入铸造平台进行铸造；
B、将步骤A制得的铝合金铸棒进行均匀化处理，均匀化处理的温度为500±10℃，保温时间为8～10h，均匀化处理后的铝合金铸棒先强风冷却至440±5℃，然后强风水雾冷却至室温；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸棒置于挤压机中进行挤压，挤压筒温度为420～440℃，挤压模具温度为400～500℃，铝合金铸锭加热温度为500±10℃，铝合金铸锭挤压速度控制在6～10m/min，得到所需要的铝合金型材；
D、将步骤C挤压后的铝合金型材在520～560℃进行淬火，淬火中的冷却方式为穿水冷却；
E、将步骤D淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量为0.5～1.2％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放2h后定尺锯切；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金型材进行双级时效，时效制度为175℃×3h+200℃×1h，得到综合性能优异的铝合金模板。
进一步，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
进一步，步骤D中铝合金型材的淬火冷却速度为50～80℃/min，铝合金型材淬火后的温度为20～30℃。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的6系铝合金模板，合金成分中加入0.25％La，稀土元素La会减少Mg、Si等元素在基体中的固溶，容易和这些元素组成二元或多元化合物。La加入到铝合金中会和合金元素发生复杂的作用，这对合金元素的分布和第二相的组成等都要产生较大的影响。稀土La除了固溶在基体Al中和偏聚在相界、晶界和枝晶界外，也有一部分以AlSiMgFeLa复杂多元化合物形式存在，这些化合物可以起到弥散强化的作用。同时，La能在晶粒与合金液之间形成一层表面活性膜，该膜起到阻止晶粒的继续长大的作用，提高了6系铝合金模板的力学性能。
2、本发明所公开6系铝合金模板的生产工艺，熔铸过程中采用0.25％的Al-5Ti-0.25C细化剂，该细化剂具有优异的细化α-Al晶粒的性能。同时对后续的挤压过程带来了一定的有益效果，铝合金经过Al-5Ti-0.25C细化晶粒后，其挤压过程中所需的挤压力减小，形变热效应减弱，得到的棒材再结晶晶粒尺寸减小，对位错的滑移变形起阻碍作用，晶粒尺寸越小，阻碍作用越显著此外，晶粒尺寸越小，其变形更加均匀，每个晶粒内产生的位错塞积相对较少，使得材料能够承受更大的变形量；添加Al-5Ti-0.25C细化剂细化处理后，动态再结晶的程度明显减弱，其挤压流线组织也一定程度上被保留下来，这也是该合金力学性能有较大提升的原因。因此，对于变形铝合金，添加Al-5Ti-0.25C中间合金细化其铸锭的晶粒尺寸，对于改善其挤压过程及材料的力学性能均有很大作用。
3、本发明所公开6系铝合金模板的生产工艺，均匀化处理后先强风冷却至440℃±5℃，然后进行强风水雾冷却。随着冷却速率的提高，组织中晶内及晶界上的Mg2Si析出相数量逐渐减少，尤其是冷却工艺为先强风冷却至440℃±5℃，然后强风水雾冷却，均热冷却过程中基本抑制了Mg2Si的析出。
4、本发明所公开6系铝合金模板的生产工艺，采用双级时效能够提高材料的力学性能，其原因是在低温时效时，合金的过饱度增加，从而增加了沉淀相的析出动力，有更多细小的GP区在晶内析出。之后在高温时效阶段，GP区可以成为亚稳β″相的形核核心，过饱和基体中析出原子，GP区长大成β″相，析出相数量增加尺寸减小。因为强度增量跟析出相的密度成正比，与析出相的尺寸成反比，所以双级时效的强化效果好，材料强度上升。另外，从能耗角度考虑，双级时效一共用时4h比单级时效(175℃×8h)缩短4h，时间缩短意味着能耗降低，效率提高。最终制备的6系铝合金模板抗拉强度达280Mpa，屈服强度达255Mpa，断后伸长率达12.5％，能够完全满足客户的需求。
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6系铝合金模板的生产工艺，包括以下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，6系铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti La 杂质 Al
含量 0.50 0.10 0.05 0.05 0.55 0.05 0.05 0.05 0.25 0.05 余量
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，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒，其中铝合金熔炼温度为740～760℃，当炉内金属完全熔化后进行搅拌、精炼，精炼过程中加入0.25％的Al-5Ti-0.25C细化剂，通过电磁搅拌技术使熔液中的悬浮物、气泡快速上浮，有效减少铝合金铸棒气孔、夹杂问题，精炼后将铝液通入铸造平台进行铸造；
B、将步骤A制得的铝合金铸棒进行均匀化处理，均匀化处理的温度为500℃，保温时间为8h，均匀化处理后的铝合金铸棒先强风冷却至440℃，然后进行强风水雾冷却至室温；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸棒置于挤压机中进行挤压，挤压筒温度为420～440℃，挤压模具温度为400～500℃，铝合金铸锭加热温度为500±10℃，铝合金铸锭挤压速度控制在6～10m/min，得到所需要的铝合金型材；
D、将步骤C挤压后的铝合金型材在520～560℃进行淬火，冷却方式为穿水冷却；
E、将步骤D淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量为0.8％，将拉伸矫直后的铝合金型材停放2h后定尺锯切；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金型材进行双级时效，时效制度为175℃×3h+200℃×1h，得到综合性能优异的铝合金模板。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中6系铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti La 杂质 Al
含量 0.55 0.15 0.08 0.08 0.55 0.05 0.05 0.05 0.25 0.05 余量
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤A中6系铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.55 0.15 0.08 0.08 0.55 0.05 0.05 0.05 0.05 余量
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于，步骤A铝液精炼过程中加入0.25％的Al-5Ti-B细化剂。
对比例3
对比例3与对比例1的区别在于，步骤B将步骤A制得的铝合金铸棒进行均匀化处理，均匀化处理的温度为500℃，保温时间为8h。
对比例4
对比例4与对比例1的区别在于，步骤F中拉伸矫直后的铝合金型材进行单级时效，时效制度为175℃×8h。
根据《GB-T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法》对铝合金型材进行拉伸试验，测得屈服强度、抗拉强度和延伸率，硬度的测试是通过韦氏硬度仪器测试得到。实施例1～2与对比例1～4力学性能的对比见表一：
表一：
实施例1 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
屈服强度(Mpa) 255 260 228 225 227 228
抗拉强度(Mpa) 280 282 264 264 261 262
延伸率(％) 12.5 12.8 10.5 9.4 11.5 11.6
硬度(HW) 15.5 15.3 15.6 15.8 15.0 14.9
由表一可以看到，采用本发明所公开生产工艺制备的6系铝合金模板，抗拉强度达280Mpa，屈服强度达255Mpa，断后伸长率达12.5％，6系铝合金模板的力学性能得到显著提高，能够满足客户的生产需求。
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 (4)

1.一种6系铝合金模板的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，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，将液态铝合金熔铸为铝合金铸棒，其中铝合金熔炼温度为740~760℃，当炉内金属完全熔化后进行搅拌、精炼，精炼过程中加入0.25%的Al-5Ti-0.25C细化剂，通过电磁搅拌技术使熔液中的悬浮物、气泡快速上浮，有效减少铝合金铸棒气孔、夹杂问题，精炼后将铝液通入铸造平台进行铸造，其中铝合金原料由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.50~0.55％，Fe：0.10~0.15％，Cu：0.05~0.10％，Mn：0.05~0.10％，Mg：0.55~0.60％，Cr≤0.05%，Zn≤0.05%，Ti≤0.05%，La≤0.25%，其余单个杂质含量≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al；
B、将步骤A制得的铝合金铸棒进行均匀化处理，均匀化处理的温度为500±10℃，保温时间为8~10h，均匀化处理后的铝合金铸棒先强风冷却至440±5℃，然后强风水雾冷却至室温；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸棒置于挤压机中进行挤压，挤压筒温度为420~440℃，挤压模具温度为400~500℃，铝合金铸锭加热温度为500±10℃，铝合金铸锭挤压速度控制在6~10m/min，得到所需要的铝合金型材；
D、将步骤C挤压后的铝合金型材在520~560℃进行淬火，淬火中的冷却方式为穿水冷却；
E、将步骤D淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量为0.5~1.2%，将拉伸矫直后的铝合金型材停放2h后定尺锯切；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金型材进行双级时效，时效制度为175℃×3h+200℃×1h，得到综合性能优异的铝合金模板。
2.如权利要求1所述6系铝合金模板的生产工艺，其特征在于，步骤A中铝合金原料由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.50~0.55％，Fe：0.10~0.15％，Cu：0.05~0.10％，Mn：0.05~0.10％，Mg：0.55~0.60％，Cr：0.05%，Zn：0.05%， Ti：0.05%，La：0.25%，其余单个杂质含量≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。
3.如权利要求1所述6系铝合金模板的生产工艺，其特征在于，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
4.如权利要求1所述6系铝合金模板的生产工艺，其特征在于，步骤D中铝合金型材的淬火冷却速度为50~80℃/min，铝合金型材淬火后的温度为20~30℃。
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