CN111074125A - 一种用于铝合金建筑模板的背楞及其制备方法 - Google Patents

一种用于铝合金建筑模板的背楞及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于铝合金建筑模板的背楞及其制备方法，属于建筑模板技术领域，包括以下原料：铜1.5‑1.8％、镁1‑1.2％、铝镧中间合金1.2‑1.5％、锌0.01‑0.02％、铁0.05‑0.08％、锶0.013‑0.015％、铬0‑0.012％，余量为铝锭，所述铝锭中的硫含量≤0.08％，所述铝镧中间合金中镧含量为10％，铝含量≥88％，本发明的目的提供一种用于铝合金建筑模板的背楞及其制备方法，制备的背楞具有更高的拉伸强度、抗弯曲能力，形变范围小，且背楞切割后其整体拉伸强度和抗弯曲能力几乎不变。

Description

一种用于铝合金建筑模板的背楞及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑模板技术领域，尤其涉及一种用于铝合金建筑模板的背楞及其制备方法。
背景技术
近几年来，随着高层建筑越来越多，传统的木模板逐渐被铝合金模板所取代，铝合金模板是指按模数制作设计，铝模板经专用设备挤压后制作而成，由铝面板，边框、固定件、通用配件组成，能组合拼装、切割成不同尺寸的外型尺寸复杂的整体模架，装配化、工业化施工的系统铝模板具有承载能力强、周转次数多等优点，解决了以往传统模板存在的缺陷，大大提高了施工效率。在浇筑墙体时，需要由多块铝合金模板相互连接以形成供混凝土浇筑的空腔，由于浇筑混凝土时混凝土会对铝合金模板有巨大的向外挤压力，所以需要固定件来固定，在多块铝合金模板的外表面固定背楞，背楞一般设置为横向，在通过对拉螺杆将背楞锁紧固定，可以有效防止在浇筑混凝土的过程中铝合金模板出现爆模的现象，因此在使用铝合金模板浇注墙体的过程中，背楞比铝合金模板要求更高，背楞需要更高的拉伸强度、抗弯曲能力，且允许形变的范围更小。
实际使用过程中，背楞安装时部分背楞与其它部件位置冲突，现场施工中需要割除背楞槽钢的翼缘、或者将背楞两端切除一部分、或者进行焊接以满足施工需求，若背楞的原料配比不当或者制备工艺不合理，导致采取了上述操作的背楞强度和抗弯曲能力降低，造成爆模，更严重的时候会造成建筑安全事故。目前，关于背楞的原料配比和制备方法报道较少，对切割后的背楞其强度能力变化的研究更少，因此，需要一种专用于铝合金模板的背楞，从工艺上解决背楞易形变、拉伸强度低、抗弯曲能力不高的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的提供一种用于铝合金建筑模板的背楞及其制备方法，制备的背楞具有更高的拉伸强度、抗弯曲能力，形变范围小，且背楞切割后其整体拉伸强度和抗弯曲能力几乎不变。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种用于铝合金建筑模板的背楞，背楞的包括以下原料：铜1.5-1.8％、镁1-1.2％、铝镧中间合金1.2-1.5％、锌0.01-0.02％、铁0.05-0.08％、锶0.013-0.015％、铬0-0.012％，余量为铝锭，所述铝锭中的硫含量≤0.08％，所述铝镧中间合金中镧含量为10％，铝含量≥88％。
进一步，包括以下原料：铜1.5％、镁1.2％、铝镧中间合金1.2％、锌0.01％、铁0.08％、锶0.013％、铬0.001％，余量为铝锭。
镁、锰的加入可以降低背楞的热裂倾向，增加背楞的抗拉伸强度，改善抗蚀性和焊接性能；锌可以与镁形成强化相，防止在制备背楞过程中腐蚀开裂；铬可以和铝形成金属间化合物，改善背楞的韧性和降低应力腐蚀开裂敏感度；锶可以提高背楞的加工性能，改善背楞的表面粗糙度，减少后期修正的工作；铝镧合金可以防止浇注液过热，降低金属烧损，同时改善晶核，细化晶粒，改善抗拉伸性能和抗弯曲能力，上述金属原料与铝协同作用，使制备的背楞具有更高的拉伸强度、抗弯曲能力，形变范围小。
本发明选用硫含量降低的铝锭，避免铝镧中间合金与大量硫结合形成的杂物导致出水口结瘤的问题，同时避免大量硫与锰结合形成偏析，造成背楞拉伸强度降低的问题。
进一步，所述铝锭中铁含量≤0.05％、铜含量≤0.1％，锰含量≤0.02％，铝含量≥99％，余量为杂质。
本发明还公开了一种用于铝合金建筑模板的背楞的制备方法，包括以下步骤：
(1)备料：分别称取铜、镁、铝镧中间合金、锌、铁、锶、铬、铝锭；
(2)混合液体制备：将铝锭、铁、锶、铬装入熔炼炉内，升温至500-520℃，熔炼4h，再加入铜、锌，搅拌10-15min，扒去表面的浮渣后，通入惰性气体，保温熔炼1h，得到混合液体；
(3)浇注液制备：将铝镧中间合金于惰性气体氛围的条件下加热至250-300℃，随后用铁质钟罩将铝镧中间合金压入混合液体中，于惰性气体氛围中升温至600-610℃，保温2-2.5h后升温至750-765℃，保温1.5-2h后加入镁，搅拌均匀，扒去表面浮渣，得到浇注液；
(4)背楞型材制作：将浇注液浇注成铝合金锭，冷却至室温，切割后将铝合金锭加热至500-520℃，送入挤压模具，加压成型后按照形变量1.2％拉伸矫正，得到背楞型材；
(5)热处理：将背楞型材一侧面四周边沿第一次加热至220-240℃，保温30-32min，采用-10℃-0℃的空气冷却至150-155℃，继续将该侧面四周边沿第二次加热至250-260℃，保温20-22min，用水雾冷却至170-175℃，再次将该侧面四周边沿第三次加热至265-270℃，保温10-12min后浸水，重复上述操作处理背楞型材的另一相对侧面，得到热处理后的背楞型材；
(6)成型加工：将热处理后的背楞型材于210-215℃时效处理12h，取出自然放置1-2个月后进行加工、打磨、打孔，得到背楞。
在惰性气体的氛围下制备混合液体、浇注液，可减少混合液体或浇注液中的含氧量，降低氧/硫量，防止铝镧中间合金、锰与氧、硫结合，形成杂质颗粒，并且防止锰和铝镧中间合金在硫周围团聚，造成金属混合不均匀，制备的背楞整体性能不均一，切割或剪裁后拉伸轻度和抗弯曲能力下降。
进一步，所述步骤(3)浇注液制备中，惰性气体的气体流速为9.5-10.5m/s。
进一步，所述步骤(4)中，挤压模具加热至495-500℃，挤压模具出口温度510-515℃，挤压速率为8-10m/min。
进一步，所述步骤(4)中，铝合金锭加压成型后，在90s内冷却至200℃进行拉伸矫正。
进行快速降温可以各种金属元素的原子保留在铝的基质中，形成相邻但未定向排列的晶粒此时易于加工矫正成型。
进一步，所述步骤(5)中，背楞型材第一次加热、第二次加热、第三次加热均以8-12℃/min的升温速率进行加热。
进一步，所述步骤(5)中，背楞型材一侧面的加热方式为在该侧面的四周放置有加热丝，所述加热丝的覆盖面积为该侧面总表面积的15-20％，优选的，进行加热的侧面为面积较大的面。
本发明的热处理步骤中，对背楞型材的侧面四周进行加热，随后通过金属的导热性将侧面四周的热传递至背楞型材的中间区域，最后整个背楞型材的温度大致相等，在该过程中，侧面四周区域经受高温的时间长于中间区域，此时，背楞型材中的晶粒逐渐开始定向排列，且形成次稳定相，经历三次逐渐加热过程，诱导晶粒逐渐向高温区排列，且排列稳定，而采用空气冷却、水雾冷却、浸水冷却是为了逐渐增加冷却时间，让背楞型材中各金属之间的晶粒致密排列，形成的背楞型材性能整体、均一，拥有更高的拉伸强度、抗弯曲能力，且无论切割或剪切背楞的哪一部分其整体拉伸强度和抗弯曲能力几乎不变，促使建筑施工更加安全，背楞更加耐用，但是需要进一步限定加热区域，防止中间区域和侧面四周的温度差太小，导致晶粒排列不稳定。
本发明的有益效果：
(1)本发明制备的背楞具有更高的拉伸强度、抗弯曲能力，且形变范围小。
(2)本发明制备的背楞切割后其整体拉伸强度和抗弯曲能力几乎不变，仍然能承受较大抗弯曲能力，防止爆模情况的出现，使建筑施工更加安全，背楞更加耐用。
(3)本发明制备的背楞抗拉强度大于300Mpa，屈服强度大于280Mpa。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1：背楞的制备一
(1)备料：分别称取0.16kg铜、0.08kg镁、0.13kg铝镧中间合金、0.001kg锌、0.006kg铁、0.0014kg锶、0.0012kg铬、9.6218kg铝锭，本实施例使用的铝锭中铁含量约为0.04％、铜含量约为0.1％，锰含量约为0.01％，硫含量约为0.07％，铝含量约为99.7％，余量为杂质，铝镧中间合金中镧含量为10％，铝含量为88％，余量为杂质；
(2)混合液体制备：将称量好的铝锭、铁、锶、铬装入熔炼炉内，以50℃/min升温至510℃，熔炼4h，再加入铜、锌，搅拌12min，扒去表面的浮渣后，通入气体流速为10.5m/s的氮气气体，保温熔炼1h，得到混合液体；
(3)浇注液制备：将铝镧中间合金于氮气的条件下以20℃/min的速率加热至270℃，随后用铁质钟罩将铝镧中间合金压入混合液体中，于流速为10m/s的氮气惰性气体氛围中升温至605℃，保温2h后升温至760℃，保温1.5h后加入镁，搅拌均匀，扒去表面浮渣，得到浇注液；
(4)背楞型材制作：将浇注液浇注成铝合金锭，冷却至室温，切割后将铝合金锭加热至510℃，送入加热至500℃的挤压模具，挤压模具出口温度515℃，挤压速率为8m/min，加压成型后，在90s内冷却至200℃后按照形变量1.2％拉伸矫正，得到背楞型材，其厚度为3cm，宽度为18cm，长度为11cm；
(5)热处理：对背楞型材面积最大的一侧面进行加热，在该侧面的四周放置加热丝，加热丝覆盖面积约为该侧面总表面积的18％，以10℃/min的速率将该侧面四周边沿第一次加热至230℃，保温30min，采用0℃的空气冷却至155℃，继续将背楞型材该侧面以10℃/min的速率将该侧面四周边沿第二次加热至260℃，保温22min，用水雾冷却至175℃，再次将背楞型材该侧面以10℃/min的速率将该侧面四周边沿第三次加热至270℃，保温10min后浸水，重复上述操作处理背楞型材的另一相对侧面，得到热处理后的背楞型材；
(6)背楞：将热处理后的背楞型材自然冷却，以50℃/min的速率加热至215℃时效处理12h，取出自然放置2个月后进行加工、打磨、打孔制备成背楞。
实施例2：背楞的制备二
(1)备料：分别称取0.15kg铜、0.12kg镁、0.12kg铝镧中间合金、0.001kg锌、0.008kg铁、0.0013kg锶、0.001kg铬、9.5987kg铝锭，本实施例使用的铝锭中铁含量约为0.04％、铜含量约为0.1％，锰含量约为0.01％，硫含量约为0.07％，铝含量约为99.7％，余量为杂质，铝镧中间合金中镧含量为10％，铝含量为88％，余量为杂质；
(2)混合液体制备：将称量好的铝锭、铁、锶、铬装入熔炼炉内，以50℃/min升温至500℃，熔炼4h，再加入铜、锌，搅拌10min，扒去表面的浮渣后，通入气体流速为9.5m/s的氮气气体，保温熔炼1h，得到混合液体；
(3)浇注液制备：将铝镧中间合金于氮气的条件下以20℃/min的速率加热至250℃，随后用铁质钟罩将铝镧中间合金压入混合液体中，于流速为9.5m/s的氮气惰性气体氛围中升温至600℃，保温2.5h后升温至750℃，保温2h后加入镁，搅拌均匀，扒去表面浮渣，得到浇注液；
(4)背楞型材制作：将浇注液浇注成铝合金锭，冷却至室温，切割后将铝合金锭加热至500℃，送入加热至495℃的挤压模具，挤压模具出口温度510℃，挤压速率为9m/min，加压成型后，在90s内冷却至200℃后按照形变量1.2％拉伸矫正，得到背楞型材，其厚度为3cm，宽度为18cm，长度为11cm；
(5)热处理：对背楞型材面积最大的一侧面进行加热，在该侧面的四周放置加热丝，加热丝覆盖面积约为该侧面总表面积的15％，以8℃/min的速率将该侧面四周边沿第一次加热至220℃，保温32min，采用-10℃的空气冷却至150℃，继续将背楞型材该侧面以8℃/min的速率将该侧面四周边沿第二次加热至250℃，保温22min，用水雾冷却至170℃，再次将背楞型材该侧面以8℃/min的速率将该侧面四周边沿第三次加热至265℃，保温12min后浸水，重复上述操作处理背楞型材另一相对侧面，得到热处理后的背楞型材；
(6)背楞：将热处理后的背楞型材自然冷却，以50℃/min的速率加热至210℃时效处理12h，取出自然放置2个月后进行加工、打磨、打孔制备成背楞。
实施例3：背楞的制备三
(1)备料：分别称取0.18kg铜、0.1kg镁、0.15kg铝镧中间合金、0.002kg锌、0.005kg铁、0.0015kg锶、0kg铬、9.5615kg铝锭，本实施例使用的铝锭中铁含量约为0.04％、铜含量约为0.1％，锰含量约为0.01％，硫含量约为0.07％，铝含量约为99.7％，余量为杂质，铝镧中间合金中镧含量为10％，铝含量为88％，余量为杂质；
(2)混合液体制备：将称量好的铝锭、铁、锶、铬装入熔炼炉内，以50℃/min升温至520℃，熔炼4h，再加入铜、锌，搅拌15min，扒去表面的浮渣后，通入气体流速为10m/s的氮气气体，保温熔炼1h，得到混合液体；
(3)浇注液制备：将铝镧中间合金于氮气的条件下以20℃/min的速率加热至300℃，随后用铁质钟罩将铝镧中间合金压入混合液体中，于流速为12m/s的氮气惰性气体氛围中升温至610℃，保温2.5h后升温至765℃，保温2h后加入镁，搅拌均匀，扒去表面浮渣，得到浇注液；
(4)背楞型材制作：将浇注液浇注成铝合金锭，冷却至室温，切割后将铝合金锭加热至520℃，送入加热至500℃的挤压模具，挤压模具出口温度510℃，挤压速率10m/min，加压成型后，在90s内冷却至200℃后按照形变量1.2％拉伸矫正，得到背楞型材，其厚度为3cm，宽度为18cm，长度为11cm；
(5)热处理：对背楞型材面积最大的一侧面进行加热，在该侧面的四周放置加热丝，加热丝覆盖面积约为该侧面总表面积的20％，以12℃/min的速率将该侧面四周边沿第一次加热至240℃，保温30min，采用-5℃的空气冷却至155℃，继续将背楞型材该侧面以12℃/min的速率将该侧面四周边沿第二次加热至255℃，保温22min，用水雾冷却至170℃，再次将背楞型材该侧面以12℃/min的速率将该侧面四周边沿第三次加热至270℃，保温12min后浸水，重复上述操作处理背楞型材另一相对侧面，得到热处理后的背楞型材；
(6)背楞：将热处理后的背楞型材自然冷却，以50℃/min的速率加热至215℃时效处理12h，取出自然放置2个月后进行加工、打磨、打孔制备成背楞。
实施例1-3得到背楞进行拉伸性能测试，上述背楞厚度为3cm，宽度为10cm，翼缘高度为4cm，底面横截面积为110cm2，测试结果如表1所示：
表1
实施例 最大力Fm(kN) 抗拉强度Rm(Mpa) 屈服强度Rp0.2(Mpa)
实施例1 25.72 320.37 290.12
实施例2 25.65 319.98 289.17
实施例3 26.01 322.42 291.01
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，而不脱离本发明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。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种用于铝合金建筑模板的背楞，其特征在于，包括以下原料：铜1.5-1.8％、镁1-1.2％、铝镧中间合金1.2-1.5％、锌0.01-0.02％、铁0.05-0.08％、锶0.013-0.015％、铬0-0.012％，余量为铝锭，所述铝锭中的硫含量≤0.08％，所述铝镧中间合金中镧含量为10％，铝含量≥88％。
2.根据权利要求2所述的一种用于铝合金建筑模板的背楞，其特征在于，包括以下原料：铜1.5％、镁1.2％、铝镧中间合金1.2％、锌0.01％、铁0.08％、锶0.013％、铬0.001％，余量为铝锭。
3.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种用于铝合金建筑模板的背楞，其特征在于，所述铝锭中铁含量≤0.05％、铜含量≤0.1％，锰含量≤0.02％，铝含量≥99％，余量为杂质。
4.根据权利要求3所述的一种用于铝合金建筑模板的背楞的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)备料：分别称取铜、镁、铝镧中间合金、锌、铁、锶、铬、铝锭；
(2)混合液体制备：将铝锭、铁、锶、铬装入熔炼炉内，升温至500-520℃，熔炼4h，再加入铜、锌，搅拌10-15min，扒去表面的浮渣后，通入惰性气体，保温熔炼1h，得到混合液体；
(3)浇注液制备：将铝镧中间合金于惰性气体氛围的条件下加热至250-300℃，随后用铁质钟罩将铝镧中间合金压入混合液体中，于惰性气体氛围中升温至600-610℃，保温2-2.5h后升温至750-765℃，保温1.5-2h后加入镁，搅拌均匀，扒去表面浮渣，得到浇注液；
(4)背楞型材制作：将浇注液浇注成铝合金锭，冷却至室温，切割后将铝合金锭加热至500-520℃，送入挤压模具，加压成型后按照形变量1.2％拉伸矫正，得到背楞型材；
(5)热处理：将背楞型材一侧面四周边沿第一次加热至220-240℃，保温30-32min，采用-10℃-0℃的空气冷却至150-155℃，继续将该侧面四周边沿第二次加热至250-260℃，保温20-22min，用水雾冷却至170-175℃，再次将该侧面四周边沿第三次加热至265-270℃，保温10-12min后浸水，重复上述操作处理背楞型材的另一相对侧面，得到热处理后的背楞型材；
(6)成型加工：将热处理后的背楞型材于210-215℃时效处理12h，取出自然放置1-2个月后进行加工、打磨、打孔，得到背楞。
5.根据权利要求4所述的一种用于铝合金建筑模板的背楞的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)浇注液制备中，惰性气体的气体流速为9.5-10.5m/s。
6.根据权利要求5所述的一种用于铝合金建筑模板的背楞的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，挤压模具加热至495-500℃，挤压模具出口温度510-515℃，挤压速率为8-10m/min。
7.根据权利要求6所述的一种用于铝合金建筑模板的背楞的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，铝合金锭加压成型后，在90s内冷却至200℃进行拉伸矫正。
8.根据权利要求7所述的一种用于铝合金建筑模板的背楞的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，背楞型材第一次加热、第二次加热、第三次加热均以8-12℃/min的升温速率进行加热。
9.根据权利要求8权利要求所述的一种用于铝合金建筑模板的背楞的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，背楞型材一侧面的加热方式为在该侧面的四周放置有加热丝，所述加热丝的覆盖面积为该侧面总面积的15-20％。
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