CN111519057B - 一种提高制备铝合金的模具寿命的方法 - Google Patents

一种提高制备铝合金的模具寿命的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高制备铝合金的模具寿命的方法，所述铝合金为含Zr铝合金，通过在熔炼以及铸造的过程中添加Zr元素；并结合在挤压前采用感应加热炉以80‑120℃/min的加温速率将含Zr的铝合金铸棒加热至500‑540℃，能形成稳定的晶体结构，有助于在保证挤压质量的前提下，降低挤压力，进而增加挤压产能并减少模具开裂，获得更大的经济效益。解决现有技术中制备含Zr铝合金的过程中，模具容易开裂的问题。

Description

一种提高制备铝合金的模具寿命的方法
技术领域
本发明涉及铝合金制备领域，具体涉及一种提高制备铝合金的模具寿命的方法。
背景技术
Al-Zn-Mg系铝合金由于具有优异的力学性能和焊接性能，是一种理想的结构材料，但是该合金存在较差的腐蚀性能一直没有得到广泛应用。而且此类合金在高于500℃的环境下时，晶体取向的控制能力急剧下降，使得材料的抗腐蚀性能变差。另外，由于该类合金在热加工温度范围存在具有较高的变形抗力，极易使模具桥位开裂，造成模具寿命低，生产成本高的情况。针对该情况，目前主要的应对方法：①优化模具设计，提升模具强度。②对模具钢材进行纯净化处理如减少S、P等杂质含量和优化热处理工艺，提高的模具的韧性。该两种方法对壁厚相对较厚结构较为简单型材的单模产量都有较好的效果，但是针对薄壁复杂结构的型材其效果也不特别理想。且后一种方法虽然模具寿命有所增加，但是其制造成本也相对较高。因此，需要提出一种铝合金制备方法，解决生产铝合金的模具出现裂桥以及成本高，生产效率低的问题。
如专利号为CN201510119205.6的专利公开了一种用Sc和Zr进行复合微合金化的铝合金；又如专利号为CN105039803B公开了一种Er/Sc/Zr复合微合金化的Al-6Mg-0.4Mn合金稳定化退火工艺,但上述专利的方案制备的铝合金虽然能提高铝合金的综合性能，但是对制备铝合金的模具的寿命以及制备成本并没有起到积极的作用。
综合上，在铝合金制备领域，其实际应用中的亟待处理的实际问题还有很多未提出具体的解决方案。
发明内容
本发明提出了一种提高制备铝合金的模具寿命的方法以解决现有技术中生产铝合金用的模具寿命低，成本高，导致生产效率低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高制备铝合金的模具寿命的方法，所述铝合金为含Zr铝合金，且所述含Zr铝合金的制备包括以下步骤：
S1:配料，根据生产需求，配备含Zr的铝合金的原材料；
S2:熔炼，将配料中的铝元素的原材料加入熔炼炉中，升高温度，在铝元素的原材料开始熔化后添加速溶Zr剂，铝元素的原材料熔化后依次加入其它的原材料，搅拌熔炼炉内的原材料并充分熔化后，得到均匀的熔体A；
S3:控制熔体A的温度在720-740℃，通过电磁搅拌的方式将Al-Zr中间合金压入熔炼炉底，并搅拌得到均匀的熔体B，检验所述熔体B合格后，在超声波频率为30-50kHz、超声波输出功率为400-500W的条件下，铸造得到含Zr的铝合金铸棒；
S4：将步骤S3中含Zr的铝合金铸棒以30-50℃/h的升温速率升温至300-470℃，并在300-470℃的温度下保温12-48h进行均匀化热处理，铸棒冷却方式为喷淋冷却；
S5:将步骤S4中均匀化处理的含Zr的铝合金铸棒在400-470℃的温度下进行保温，然后转移至感应加热炉中，并以80-120℃/min的加温速率将含Zr的铝合金铸棒加热至500-540℃；
S6:将步骤S5的含Zr的铝合金铸棒通过模具挤压出所需铝合金型材。
可选地，步骤S2中，所述升高温度至720-760℃。
可选地，步骤S2中，搅拌熔炼炉中的熔体时进行炉前成分检测，若成分不合格，需要补充对应的原料，直至检测到成分合格，才能进行下一步操作。
可选地，步骤S3中，所述铸造的温度为700-740℃，所述铸造的速度为40-80mm/min，冷却水进口温度低于30℃，冷却水流量为200±10m3/h。
可选地，步骤S4中，所述均匀化热处理保温温度不超过470℃，且出炉后采取冷却速度为200-300℃/h的喷淋冷却方式。
可选地，步骤S5中，所述500-540℃温度范围的保温时间为0.2-1h。
可选地，所述速溶Zr剂的添加量占Zr元素总添加量的1/2。
可选地，所述Al-Zr中间合金的添加量占Zr元素总添加量的1/2。
可选地，所述感应加热炉中设置有温度传感器以及计时装置，用于实时监控含Zr的铝合金铸棒挤压前的温度以及控制挤压前保温时间。
可选地，所述含Zr铝合金包括以下的质量百分比的元素组分：Fe＜0.35％、Si＜0.30％、Cu＜0.30％、Mn＜0.35％、Mg0.50-1.6％、Cr＜0.35％、Zn 5.0-7.6％、Ti＜0.1％、Zr 0.05-0.25％，余量为铝和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量＜0.05％，总量＜0.15％。
与现有技术相比，本发明所取得的有益技术效果是：
1.本发明的制备含Zr铝合金的过程中，通过严格控制挤压前的温度为500-540℃，并控制铸棒在此温度下的总时间小于1h，能有效地提高挤压产能，增加工作效率，并能降低对模具的损耗，增加模具的寿命。
2.本发明在熔炼过程中加入速溶Zr剂，使其在α-Al中脱溶可形成Al3Zr纳米级高温弥散相，并在铸造前加入Al-Zr中间合金，起到协同增效作用，使得形成Al3Zr纳米级高温弥散相与铝基体形成共格关系，并在挤压条件下，能有效控制晶体取向，降低含Zr铝合金的高温变形抗力，从而间接有效地提高模具的寿命。
3.本发明的含Zr铝合金解决了铝基体与其它元素的析出问题，并结合特定含量的Fe、Si、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、Zr多种元素的联合作用，均衡了各种性能，形成了稳定的晶体结构，从而得到了综合性能优异的铝合金材料，进一步起到提高铝合金模具的使用寿命的作用。
4.本发明通过在感应加热炉内设置温度传感器以及计时装置，能实时监控含Zr的铝合金铸棒挤压前的温度以及控制挤压前保温时间，有助于在保证挤压质量的前提下，降低挤压力，进而增加挤压产能并减少模具开裂，获得更大的经济效益。
5.本发明通过改变含Zr铝合金的制备方法，在保证含Zr铝合金的生产的同时，不增加额外设备的条件下，能显著提高模具的使用寿命，且该方法具有简单，可操作性强的优点。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。
图1是本发明实施例之一中的含Zr铝合金的组织示意图；
图2是本发明对比例之一中的含Zr铝合金的组织示意图；
图3是本发明对比例之一中的制备含Zr铝合金的模具的开裂示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明制备厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明为一种提高制备铝合金的模具寿命的方法，根据图1-3所示讲述以下实施例：
实施例1：
第一方面，本实施例提供一种提高制备铝合金的模具寿命的方法，所述铝合金为含Zr铝合金，且所述含Zr铝合金的制备包括以下步骤：
S1:配料，根据生产需求，配备含Zr的铝合金的原材料；
S2:熔炼，将配料中的铝元素的原材料加入熔炼炉中，升高温度，在铝元素的原材料开始熔化后添加速溶Zr剂，铝元素的原材料熔化后依次加入其它的原材料，搅拌熔炼炉内的原材料并充分熔化后，得到均匀的熔体A，且搅拌熔炼炉中的熔体时进行炉前成分检测，若成分不合格，需要补充对应的原料，直至检测到成分合格，才能进行下一步操作；其中，所述升高温度至720-760℃；
S3:控制熔体A的温度在720-740℃，通过电磁搅拌的方式将Al-Zr中间合金压入熔炼炉底，并搅拌得到均匀的熔体B，检验所述熔体B合格后，在超声波频率为30-50kHz、超声波输出功率为400-500W的条件下，铸造得到含Zr的铝合金铸棒，且所述铸造的温度为700-740℃，所述铸造的速度为40-80mm/min，冷却水进口温度低于30℃，冷却水流量为200±10m3/h；
S4:将步骤S3中含Zr的铝合金铸棒以30-50℃/h的升温速率升温至300-470℃，并在300-470℃的温度下保温12-48h进行均匀化热处理，铸棒冷却方式为冷却速度为200-300℃/h的喷淋冷却；
S5:将步骤S4中均匀化处理的含Zr的铝合金铸棒在400-470℃的温度下进行保温，然后转移至感应加热炉中，并以80-120℃/min的加温速率将含Zr的铝合金铸棒加热至500-540℃，保温时间为0.2-1h；具体地，所述温度传感器能实时获取感应加热炉内的温度，并将获取的实时温度输入到设定的温度-时间曲线：A＝(Kn-Kn-1)/(Tn-1-Tn)，其中在本实施例中，所述A为固定值25，Kn代表后一温度值，Kn-1代表前一温度值，Tn-1代表前一时间值，Tn代表后一时间值，并由式中可知，本实施例中的挤压前的温度与时间成反比，根据温度-时间曲线，能获得对应的保温时间，进而能对应的调节计时装置，在本申请中，对温度传感器以及计时装置不做详细的赘述，其能在市场购买，并按照说明书进行安装。
S6:将步骤S5的含Zr的铝合金铸棒通过模具挤压出所需铝合金型材；
第二方面，本发明的实施例中提供一种含Zr铝合金，通过配料，其具有显著的硬度与韧性，同时兼具良好成型性和力学性能，用以解决现有技术中制备含Zr铝合金过程中，所使用的模具容易开裂的问题，所述配料的过程中，包括以下质量百分比的铝合金组分：Fe＜0.35％、Si＜0.30％、Cu＜0.30％、Mn＜0.35％、Mg0.50-1.6％、Cr＜0.35％、Zn 5.0-7.6％、Ti＜0.1％、Zr 0.05-0.25％，余量为铝和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量＜0.05％，总量＜0.15％。
第三方面，本实施例中提供了由被实施例第一方面以及第二方面共同作用下的而制作的铝合金成型件，也就是含Zr铝合金。
本发明还提供了优选的实施例2-5，并设计了对比例1-3，且实施例2-5以及对比例1-3的铝合金成分如下表1：
表1
Figure GDA0003264469360000061
Figure GDA0003264469360000071
需要说明的是，为了对比，上述实施例2-5以及对比例1-3的制备方法与实施例1相同，实施例2-5的组分及组分的质量百分比均在本发明的范围内，但对比例1-3无添加Zr元素，且对比例1中的制备方法与实施例1相同，对比例2中的铝合金的制备方法中，通过常规的挤压工序制备得到，对比例3均匀化处理后直接在500-540℃温度下进行挤压。
另外，还提供了对比例4-7，并随机抽取实施例3作为对比，具体如下。
对比例4：
与实施例3的区别仅在于挤压前铝合金铸棒未在感应加热炉中迅速加热至500-540℃。
对比例5：
与实施例3的区别仅在于采用挤压条件为：挤压温度为480℃，燃气炉保温2h。
对比例6：
与实施例3的区别仅在于采用挤压条件为：挤压温度为520℃，燃气炉保温2h。
对比例7：
与实施例3的区别仅在于采用均匀化处理条件为：挤压温度为520℃，保温时间24h。
将上述实施例2-5以及对比例1-8制备的铝合金的过程中，对制备的铝合金进行相关检测，并观察制备铝合金的过程中模具的开裂情况，结果如下表2。
表2
Figure GDA0003264469360000081
注:本实施例和对比例的力学性能都是采用120℃保温24h的人工时效工艺获得。并由表2数据的分析可知本发明制备含Zr铝合金的过程中，制备的铝合金具有优异的使用性能，同时兼具显著的晶粒组织和力学性能，具体为：拉伸强度在360MPa以上，其屈服强度在330MPa以上，其延伸率在13.0％以上，且都为细晶组织，与对比例相比，具有显著的优异性；另外，在制备铝合金的过程中形成Al3Zr纳米级高温弥散相与铝基体形成共格关系，并在挤压条件下，能有效控制晶体取向，降低含Zr铝合金的高温变形抗力，在保证挤压质量的前提下，降低挤压力，进而增加挤压产能并减少模具开裂。另外，在实际生产中，在低的挤压力下，实施例中的挤压速度能达到8-10m/mim，相对于对比例的1-3m/min以及常规现有技术中的1-3m/min，具有明显的增加挤压产能的效果，有助于提高经济效益。
综合上，本发明的在制备含Zr铝合金的过程中，通过改变其制备工艺，使得具有较细的晶体组织，形成稳定的晶体结构，获得综合性能优异的铝合金材料，在保证生产质量，不额外增加设备的前提下，有助于提高在制备铝合金过程中模具的使用寿命。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种提高制备铝合金的模具寿命的方法，其特征在于，所述铝合金为含Zr铝合金，且所述含Zr铝合金的制备包括以下步骤：
S1:配料，根据生产需求，配备含Zr的铝合金的原材料；
S2:熔炼，将配料中的铝元素的原材料加入熔炼炉中，升高温度，在铝元素的原材料开始熔化后添加速溶Zr剂，铝元素的原材料熔化后依次加入其它的原材料，搅拌熔炼炉内的原材料并充分熔化后，得到均匀的熔体A；
S3:控制熔体A的温度在720-740℃，通过电磁搅拌的方式将Al-Zr中间合金压入熔炼炉底，并搅拌得到均匀的熔体B，检验所述熔体B合格后，在超声波频率为30-50kHz、超声波输出功率为400-500W的条件下，铸造得到含Zr的铝合金铸棒,其中，所述铸造的温度为700-740℃，所述铸造的速度为40-80mm/min，冷却水进口温度低于30℃，冷却水流量为200±10m3/h；
S4：将步骤S3中含Zr的铝合金铸棒以30-50℃/h的升温速率升温至300-470℃，并在300-470℃的温度下保温12-48h进行均匀化热处理，铸棒冷却方式为喷淋冷却，出炉后采取冷却速度为200-300℃/h的喷淋冷却方式；
S5:将步骤S4中均匀化处理的含Zr的铝合金铸棒在400-470℃的温度下进行保温，然后转移至感应加热炉中，并以80-120℃/min的加温速率将含Zr的铝合金铸棒加热至500-540℃，并在500-540℃温度范围的保温时间为0.2-1h；
S6:将步骤S5的含Zr的铝合金铸棒通过模具挤压出所需铝合金型材；
其中，所述感应加热炉中设置有温度传感器以及计时装置，用于实时监控含Zr的铝合金铸棒挤压前的温度以及控制挤压前的保温时间；
所述含Zr铝合金包括以下的质量百分比的元素组分：Fe＜0.35％、Si＜0.30％、Cu＜0.30％、Mn＜0.35％、Mg0.50-1.6％、Cr＜0.35％、Zn 5.0-7.6％、Ti＜0.1％、Zr 0.05-0.25％，余量为铝和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量＜0.05％，总量＜0.15％。
2.根据权利要求1所述的提高制备铝合金的模具寿命的方法，其特征在于，步骤S2中，所述升高温度至720-760℃。
3.根据权利要求1所述的提高制备铝合金的模具寿命的方法，其特征在于，步骤S2中，搅拌熔炼炉中的熔体时进行炉前成分检测，若成分不合格，需要补充对应的原料，直至检测到成分合格，才能进行下一步操作。
4.根据权利要求1所述的提高制备铝合金的模具寿命的方法，其特征在于，所述速溶Zr剂的添加量占Zr元素总添加量的1/2。
5.根据权利要求1所述的提高制备铝合金的模具寿命的方法，其特征在于，所述Al-Zr中间合金的添加量占Zr元素总添加量的1/2。
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