CN111020303A

CN111020303A - 4xxx系铝合金及其制备方法

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Publication number: CN111020303A
Application number: CN201911181688.7A
Authority: CN
Inventors: 浦俭英; 李其荣; 刘志鹏
Original assignee: ASIA-PACIFIC LIGHT ALLOY (NANTONG) TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: ASIA-PACIFIC LIGHT ALLOY (NANTONG) TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2020-04-17

Abstract

本发明涉及一种4XXX系铝合金及其制备方法，该4XXX系铝合金包括以下重量百分比的成分：11％‑13％的硅；3％‑4％的铜；0.1％‑0.3％的锰；0.7％‑12％的镁；1.8％‑2.5％的镍；0.02％‑0.15％的钛；以及余量的铝。该制备方法包括以下步骤：按照上述4XXX系铝合金称取原料；以及将原料依次进行熔炼、变质处理、铸造成铸锭、均匀化、铸锭挤压前预热、挤压成型、固溶及时效热处理。本发明的4XXX系铝合金通过重新设计硅元素的质量分数，能降低熔点而不会使最终合金产生脆性；通过重新设计铜、镁元素的质量分数和比例，目的在于通过热处理提高强度；通过重新设计镍元素的质量分数，改善了高温强度；通过重新设计锰元素的质量分数，消除了含铁的针状金属间化合物的不利影响。

Description

4XXX系铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金，特别是涉及一种4XXX系铝合金及其制备方法。

背景技术

4XXX系铝合金具有良好的耐磨性和低的线膨胀系数，耐高温强度。广泛应用于航空、内燃机、汽车、电子等工业中。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术的4XXX系铝合金抗拉强度较低，无法满足现有技术的需求，因此，急需一种4XXX系铝合金及其制备方法，以制备出抗拉强度较高的铝合金。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供了一种4XXX系铝合金及其制备方法。具体的技术方案如下：

第一方面，提供一种4XXX系铝合金，其中4XXX系铝合金包括以下重量百分比的成分：

11％-13％的硅；

3％-4％的铜；

0.1％-0.3％的锰；

0.7％-12％的镁；

1.8％-2.5％的镍；

0.02％-0.15％的钛；以及

余量的铝。

在第一方面的第一种可能实现方式中，4XXX系铝合金还包括重量百分比小于或等于0.5％的铁。

在第一方面的第二种可能实现方式中，4XXX系铝合金还包括重量百分比小于或等于0.25％的锌。

在第一方面的第三种可能实现方式中，4XXX系铝合金还包括其在制造条件下产生的杂质，且各种杂质的重量百分比小于或等于0.05％。

在第一方面的第四种可能实现方式中，硅的重量百分比为11.5％-12.5％。

在第一方面的第五种可能实现方式中，铜的重量百分比为3.4％-3.8％。

在第一方面的第六种可能实现方式中，锰的重量百分比为0.15％-0.25％。

在第一方面的第七种可能实现方式中，镁的重量百分比为1.05％-1.2％。

在第一方面的第八种可能实现方式中，镍的重量百分比为2.0％-2.5％。

第二方面，提供一种4XXX系铝合金的制备方法，其中包括以下步骤：

按照上述第一方面中任一项的4XXX系铝合金称取原料；以及

将原料依次进行熔炼、变质处理、铸造成铸锭、均匀化、铸锭挤压前预热、挤压成型、固溶及时效热处理。

本发明与现有技术相比具有的优点有：

本发明的4XXX系铝合金通过重新设计硅元素的质量分数，能降低熔点而不会使最终合金产生脆性；通过重新设计铜、镁元素的质量分数和比例，目的在于通过热处理提高强度；通过重新设计镍元素的质量分数，改善了高温强度；通过重新设计锰元素的质量分数，消除了含铁的针状金属间化合物的不利影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一、二、三实施例的4XXX铝合金的制备方法的步骤流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明的一实施例中，按4XXX铝合金质量百分比的成分称取原料，该原料的成分为12.5％的硅(Si)、3.8％的铜(Cu)、0.25％的锰(Mn)、1.2％的镁(Mg)、2.5％的镍(Ni)、0.15％的钛(Ti)、小于或等于0.5％的铁(Fe)，小于或等于0.25％的锌，其余杂质元素单个含量≤0.05％，其余杂质元素含量总和≤0.15％，余量为铝。

请参考图1，其示出了本发明一实施例的4XXX铝合金的制备方法1的步骤流程示意图。按照上述称取的原料制备4XXX铝合金，4XXX铝合金的制备方法1包括以下步骤101-108，其中：

步骤101，熔炼。将原料加入熔炼炉中，熔炼至全部熔化，形成铝液，至于熔炼温度的设置参照本领域技术人员的常规设置即可，例如可以设置为710-770℃，具体的可以设置为710℃、730℃、750℃或770℃，但并不以此为限。

步骤102，变质处理。向铝液中加入一些细小的形核剂(又称为孕育剂或变质剂)，使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。

步骤103，浇铸。将铝液浇铸到模具内，待其冷却固化后，形成铸锭，至于铸造速度及冷却水流量的设置参照本领域技术人员的常规设置即可，例如铸造速度可以设置为120-140mm/min，具体的可以设置为120mm/min、130mm/min或140mm/min，冷却水流量可以设置为6200-6800L/min，具体的可以设置为6200L/min、6400L/min、6600L/min或6800L/min，但并不以此为限。

步骤104，均匀化。对铸锭进行均匀化处理，以提高铸锭的冶金质量及挤压性能，至于均匀化处理的加热温度的设置参照本领域技术人员的常规设置即可，例如可以设置为590-610℃，具体的可以设置为590℃、600℃或610℃，但并不以此为限。

步骤105，预热。在铸锭挤压前，对其进行加热，以对铸锭进行预热，降低后续挤压过程的能耗，并提高挤压效率及挤压产品的质量。

步骤106，挤压成型。将预热后的铸锭放置于挤压机内，将其挤压成型，形成铝合金型材，至于对于挤压机的选择在本实施例中可以没有特殊要求，参照本领域技术人员的常规选择即可。

步骤107，固溶。对上述制备的铝合金型材进行固溶处理，以改善铝合金型材的塑性和韧性，至于固溶处理的具体步骤为本领域技术人员的常规技术手段，在本实施例中不在进行赘述。

步骤108，时效热处理。上述固溶后的铝合金型材进行时效热处理，在时效热处理时，热处理的温度可以设置为525±5℃，时间为3小时，还可以设置为170±5℃，时间为12小时，但并不以此为限。

本发明的二实施例中，按4XXX铝合金质量百分比的成分称取原料，该原料的成分为11.5％的硅(Si)、3.4％的铜(Cu)、0.15％的锰(Mn)、1.05％的镁(Mg)、2.0％的镍(Ni)、0.02％的钛(Ti)、小于或等于0.5％的铁(Fe)，小于或等于0.25％的锌，其余杂质元素单个含量≤0.05％，其余杂质元素含量总和≤0.15％，余量为铝。

请参考图1，其示出了本发明二实施例的4XXX铝合金的制备方法1的步骤流程示意图。按照上述称取的原料制备4XXX铝合金，4XXX铝合金的制备方法1包括以下步骤101-108，其中：

本发明的三实施例中，按4XXX铝合金质量百分比的成分称取原料，该原料的成分为12％的硅(Si)、3.6％的铜(Cu)、0.2％的锰(Mn)、1.13％的镁(Mg)、2.2％的镍(Ni)、0.02％的钛(Ti)、小于或等于0.5％的铁(Fe)，小于或等于0.25％的锌，其余杂质元素单个含量≤0.08％，其余杂质元素含量总和≤0.15％，余量为铝。

请参考图1，其示出了本发明三实施例的4XXX铝合金的制备方法1的步骤流程示意图。按照上述称取的原料制备4XXX铝合金，4XXX铝合金的制备方法1包括以下步骤101-108，其中：

对照例

选取一种现有技术的符合国标且常用4系铝合金，本实施例选取的是4032铝合金，按4032铝合金质量百分比的成分称取原料，该原料的成分为11.7％的硅(Si)、0.75％的铜(Cu)、0.03％的锰(Mn)、1.1％的镁(Mg)、0.62％的镍(Ni)、0.02％的钛(Ti)、小于或等于0.5％的铁(Fe)，小于或等于0.25％的锌，其余杂质元素单个含量≤0.08％，其余杂质元素含量总和≤0.15％，余量为铝。

按照上述一至三实施例中所示的4XXX铝合金的制备方法1，将上述称取的原料依次进行熔炼、变质处理、铸造成铸锭、均匀化、铸锭挤压前预热、挤压成型、固溶及时效热处理，制备4032铝合金型材。

以下将结合上述一至三实施例中所制备的铝合金型材和对照例中所制备的4032铝合金型材进一步说明本发明4XXX系铝合金及其制备方法的有益效果。

将上述一至三实施例中所制备的铝合金型材和对照例中所制备的4032铝合金型材分为四组进行测试，各组测试项目包含抗拉强度、屈服强度和延伸率(GB/T228.1-2010-《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》)。

第一组：测试对象为一实施例中所制备的铝合金型材，测试结果如下：

抗拉强度 425-430MPa

屈服强度 395-400MPa

延伸率 5％以上

第二组：测试对象为二实施例中所制备的铝合金型材，测试结果如下：

抗拉强度 405-410MPa

屈服强度 375-380MPa

延伸率 5％以上

第三组：测试对象为三实施例中所制备的铝合金型材，测试结果如下：

抗拉强度 415-420MPa

屈服强度 385-390MPa

延伸率 5％以上

第四组：测试对象为对照例中所制备的4032铝合金型材，测试结果如下：

抗拉强度 385-390MPa

屈服强度 355-360MPa

延伸率 4％以上

如上述第一至四组测试数据所示，本实施例的4XXX铝合金及其制备方法所制备的铝合金型材的抗拉强度可以达到405MPa以上，屈服强度可以达到375MPa以上，延伸率可以达到5％以上，现有技术的4032铝合金本型材的抗拉强度可以达到385-390MPa，屈服强度可以达到355-360MPa，延伸率可以达到4％以上。

因此，本实施例通过重新设计了的4XXX铝合金中的硅、铜、镁、镍及锰的质量百分比，其中，重新设计硅元素的质量分数，降低熔点而不会使最终合金产生脆性；通过重新设计铜、镁元素的质量分数和比例，目的在于通过热处理提高强度；通过重新设计镍元素的质量分数，改善了高温强度；通过重新设计锰元素的质量分数，消除了含铁的针状金属间化合物的不利影响。并且根据本实施例所重新设计了的4XXX铝合金中的硅、铜、镁、镍及锰的质量百分比制备铝合金型材，相较于现有技术的4XXX铝合金所制备的铝合金型材的抗拉强度、屈服强度和延伸率均有所提升。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种4XXX系铝合金，其特征在于，所述4XXX系铝合金包括以下重量百分比的成分：

11％-13％的硅；

3％-4％的铜；

0.1％-0.3％的锰；

0.7％-12％的镁；

1.8％-2.5％的镍；

0.02％-0.15％的钛；以及

余量的铝。

2.根据权利要求1所述的4XXX系铝合金，其特征在于，所述4XXX系铝合金还包括重量百分比小于或等于0.5％的铁。

3.根据权利要求1所述的4XXX系铝合金，其特征在于，所述4XXX系铝合金还包括重量百分比小于或等于0.25％的锌。

4.根据权利要求1所述的4XXX系铝合金，其特征在于，所述4XXX系铝合金还包括其在制造条件下产生的杂质，且各种杂质的重量百分比小于或等于0.05％。

5.根据权利要求1所述的4XXX系铝合金，其特征在于，所述硅的重量百分比为11.5％-12.5％。

6.根据权利要求1所述的4XXX系铝合金，其特征在于，所述铜的重量百分比为3.4％-3.8％。

7.根据权利要求1所述的4XXX系铝合金，其特征在于，所述锰的重量百分比为0.15％-0.25％。

8.根据权利要求1所述的4XXX系铝合金，其特征在于，所述镁的重量百分比为1.05％-1.2％。

9.根据权利要求1所述的4XXX系铝合金，其特征在于，所述镍的重量百分比为2.0％-2.5％。

10.一种4XXX系铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照上述权利要求1-9中任一项所述的4XXX系铝合金称取原料；以及

将所述原料依次进行熔炼、变质处理、铸造成铸锭、均匀化、铸锭挤压前预热、挤压成型、固溶及时效热处理。