CN111676398A - 一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法 - Google Patents

一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，具体公开了熔铸→挤压→退火→抽管→矫直→安定化的高强度耐腐蚀铝合金生产工艺流程；铝合金经过安定化处理和冷加工变形量处理后,具有优良的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。铝合金中Mg元素高达到4.70‑5.00％,再配以Cu、Mn、Cr、Be等元素，大大提高了合金的抗应力腐蚀性能和力学性能，同时耐高温性能，以及强度和塑韧性也相应提高；本发明的铝合金可以广泛应用于光学相机镜筒、电缆护套等领域；社会效益和经济效益好。

Description

一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，特别地是一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法。
背景技术
5000系铝合金是镁为主要合金元素，属不可热处理强化铝合金。该铝合金密度小，强度比1000和3000系合金要高，疲劳性能和焊接性能良好，耐海洋大气腐蚀性好。5056是1936年开始广泛使用的5000合金，添加少量的铬、锰、钛等，其主要应用于光学相机镜筒、电缆护套等领域。为了避免5056铝合金产生应力腐蚀，对最终冷加工产品要进行稳定化处理，或控制最终冷加工变形量，并且限制使用温度(＜65℃)；需要提供一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性好，高强度，疲劳性能和焊接性能良好的铝合金的生产方法。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，包括以下步骤：
步骤(1)，熔铸工序；
配料：按照化学成分质量分数为：Si 0.07-0.10％；Fe 0.15％，Cu 0.08％，Mn0.07-0.10％，Mg 4.70-5.00％，Cr 0.10-0.18％，Zn 0.05％，Ti 0.01-0.03％，Be 0.0003-0.001％，其他元素每种少于0.05％，总计不超过0.15％；余量为AI；
投料：先在熔铸炉炉底铺一层废料；接着在废料上铺设铝锭和中间合金；采用铜板为载体将铝锭和中间合金加入熔铸炉；铝锭与废料的投料比例不低于4：6；
熔炼：将废料及铝锭加入熔铸炉后，控制熔炼温度在750℃以下，待熔铸炉出现铝水后即开启电磁搅拌器对铝水进行搅拌；
合金化：将镁锭、铁剂、电解铜、锰剂放进专用的合金化加料框，将合金化加料框沉浸在熔铸炉的液面以下进行合金化，期间电磁搅拌器持续不停搅拌；
取样：分别在熔铸炉的炉门两边距离炉墙2米处，取样勺口垂直朝下，深入炉膛二分之一位置再翻转，在熔体中部的铝汤各取1个样品；
精炼：合金化完成后，取样品分析成分，若样品成分合格则进行第一次精炼；精炼温度为730-750℃；氩气流量0.15-0.18，通过氩气吹送40kg 4AB精炼剂进入熔炼炉精炼20min，精炼完成后再取样品成分分析；若样品成分合格，则添加锑锭再进行精炼15min后起铸；若样品成分分析不合格，则补充合金辅料和锑锭再度精炼20min后起铸；
铸造：设定除气箱转速390±5r/min，氩气压力0.28-0.32MPa，流量2.8-3.5标准立方，过滤板为派罗特克40ppi+80ppi，铸造前对与铝水接触的流槽、工具等喷上涂料并进行充分烘烤，至少提前1个小时进行，直到起铸；将精炼后的铝合金铸造成铸棒；铸造出口温度为730-740℃；除气箱熔池铝液温为720-730℃；模盘尾端温度为695-705℃；起铸速度为50-60mm/min；铸造速度为105-115mm/min；对铸棒取样检测；铸棒头尾取样送检成分、低倍组织和金相组织；在对铸棒进行均质处理，保温温度500℃，保温时间8h；
步骤(2)，挤压工序；
短棒锯切：根据ERP系统BOM表配方将铸棒锯切下上机短棒；
挤压：设置挤压模具，外模φ67.15±0.05mm、内模φ55±0.03mm，设置棒温490±10℃、挤压主缸速度1.0-1.5mm/s、吹风冷却，对短棒进行挤压，挤压完成后挤压素材尺寸为：外径66±0.30mm、壁厚5.8±0.20mm、同轴度≤0.41mm、真圆度＜0.30mm；
步骤(3)，抽管工序，对挤压素材进行抽管处理，抽管变形量13.6％，使用φ63.1锥度外模，φ52.4直芯头抽制；
步骤(4)，矫直工序；抽管后的挤压素材经辊式矫直机矫直，矫直后样品的直线度为0.5mm/1000mm；
步骤(5)，脱脂工序：先对样品进行碱洗→样品再经清水槽清洗→再用铝脱脂剂对样品清洗→最后用清水洗涤样品→烘干样品；
步骤(6)，安定化工序：对样品进行安定化处理，保温温度270℃、保温5h。
进一步地，在所述步骤(1)中，除气箱熔池铝液温度的高低通过调节加热棒温度来实现。
进一步地，在所述步骤(1)中,过滤箱加热温度主要是控制铸盘温度来调节，若铸盘铝液温度偏高，将加热温度调整至730℃，若铝液温度偏低，加热温度可调整至900℃。
进一步地，在所述步骤(1)中，铸棒的铸造长度为200mm之前需要打捞和过滤掉流槽表面浮渣，铸棒铸造平稳后，严禁破坏过滤箱后铝液表面的氧化膜；打捞和过滤掉流槽表面浮渣后横盘面上盖上盖子做好保温措施；铸造稳定时，在除气箱后，过滤盆前取样测试氢含量。
进一步地，所述步骤(1)中，所述中间合金包括硅；硅加入熔铸炉微调时将铝液温度控制在745-755℃。
进一步地，在所述步骤(1)中，所述铝锭采用Al99.7％的铝材料。
进一步地，在所述步骤(1)中，所述废料为5056系列铝合金的料头料尾及棒头棒尾。
进一步地，在所述步骤(1)中，取试样前必须将取样勺在炉膛内反复热清洗干净后再取，取样勺在室温下人工清理干净后涂上滑石粉或氮化硼；防止取样勺带入及其他炉次的铝合金成份。
本发明的有益效果：
本发明的铝合金经过安定化处理和冷加工变形量处理后,具有优良的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。铝合金中Mg元素高达到4.70-5.00％,再配以Cu、Mn、Cr、Be等元素，大大提高了合金的抗应力腐蚀性能和力学性能，同时耐高温性能，以及强度和塑韧性也相应提高；本发明的铝合金可以广泛应用于光学相机镜筒、电缆护套等领域；社会效益和经济效益好。
附图说明
图1为本发明实施例的铸棒取样检测的低倍组织成像图；
图2为本发明实施例的铸棒取样检测的金相组织成像图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，包括以下步骤：
步骤(1)，熔铸工序；
配料：按照化学成分质量分数为：Si 0.07-0.10％；Fe 0.15％，Cu 0.08％，Mn0.07-0.10％，Mg 4.70-5.00％，Cr 0.10-0.18％，Zn 0.05％，Ti 0.01-0.03％，Be 0.0003-0.001％，其他元素每种少于0.05％，总计不超过0.15％；余量为AI；
根据5056成分设定炉前配料值为：
Figure BDA0002553122050000051
投料：先在熔铸炉炉底铺一层废料；接着在废料上铺设铝锭和中间合金；采用铜板为载体将铝锭和中间合金加入熔铸炉；铝锭与废料的投料比例不低于4：6；需要说明的是，原则上以控制烧损、减少能耗为目的，将小块废料铺设于炉底，大块废料及中间合金铺设于熔铸炉的顶层；使用的铝锭、中间合金、纯金属、废料配料均须清洁，无水、无油污、无腐蚀。
熔炼：将废料及铝锭加入熔铸炉后，控制熔炼温度在750℃以下，待熔铸炉出现铝水后即开启电磁搅拌器对铝水进行搅拌；
合金化：将镁锭、铁剂、电解铜、锰剂放进专用的合金化加料框，将合金化加料框沉浸在熔铸炉的液面以下进行合金化，期间电磁搅拌器持续不停搅拌；
取样：分别在熔铸炉的炉门两边距离炉墙2米处，取样勺口垂直朝下，深入炉膛二分之一位置再翻转，在熔体中部的铝汤各取1个样品；
精炼：合金化完成后，取样品分析成分，若样品成分合格则进行第一次精炼；精炼温度为730-750℃；氩气流量0.15-0.18，通过氩气吹送40kg 4AB精炼剂进入熔炼炉精炼20min，精炼完成后再取样品成分分析；若样品成分合格，则添加锑锭再进行精炼15min后起铸；若样品成分分析不合格，则补充合金辅料和锑锭再度精炼20min后起铸；
铸造：设定除气箱转速390±5r/min，氩气压力0.28-0.32MPa，流量2.8-3.5标准立方，过滤板为派罗特克40ppi+80ppi，铸造前对与铝水接触的流槽、工具等喷上涂料并进行充分烘烤，至少提前1个小时进行，直到起铸；将精炼后的铝合金铸造成铸棒；铸造出口温度为730-740℃；除气箱熔池铝液温为720-730℃；模盘尾端温度为695-705℃；起铸速度为50-60mm/min；铸造速度为105-115mm/min；对铸棒取样检测；铸棒头尾取样送检成分、低倍组织和金相组织；在对铸棒进行均质处理，保温温度500℃，保温时间8h；需要说明的是，铸造过程中需要检查水帘喷水是否均匀，水孔是否有堵塞，确保水冷均匀。铸造过程中，流槽与过滤、除气箱做好保温措施。铸造过程中，除气箱、过滤箱温度需指定人时刻监控温度。
铸造工艺参数如下：
Figure BDA0002553122050000071
对铸棒取样检测；铸棒头尾取样送检成分、低倍组织和金相组织；
成分：
Figure BDA0002553122050000072
低倍组织：参考图1。
金相组织：参考图2。
步骤(2)，挤压工序；
短棒锯切：根据ERP系统BOM表配方将铸棒锯切下上机短棒；
挤压：设置挤压模具，外模φ67.15±0.05mm、内模φ55±0.03mm，设置棒温490±10℃、挤压主缸速度1.0-1.5mm/s、吹风冷却，对短棒进行挤压，挤压完成后挤压素材尺寸为：外径66±0.30mm、壁厚5.8±0.20mm、同轴度≤0.41mm、真圆度＜0.30mm；
步骤(3)，抽管工序，对挤压素材进行抽管处理，抽管变形量13.6％，使用φ63.1锥度外模，φ52.4直芯头抽制；
步骤(4)，矫直工序；抽管后的挤压素材经辊式矫直机矫直，矫直后样品的直线度为0.5mm/1000mm；
步骤(5)，脱脂工序：先对样品进行碱洗→样品再经清水槽清洗→再用铝脱脂剂对样品清洗→最后用清水洗涤样品→烘干样品；
步骤(6)，安定化工序：对样品进行安定化处理，保温温度270℃、保温5h。
具体的，本实施例方案中，在所述步骤(1)中，除气箱熔池铝液温度的高低通过调节加热棒温度来实现。
具体的，本实施例方案中，在所述步骤(1)中,过滤箱加热温度主要是控制铸盘温度来调节，若铸盘铝液温度偏高，将加热温度调整至730℃，若铝液温度偏低，加热温度可调整至900℃。
具体的，本实施例方案中，在所述步骤(1)中，铸棒的铸造长度为200mm之前需要打捞和过滤掉流槽表面浮渣，铸棒铸造平稳后，严禁破坏过滤箱后铝液表面的氧化膜；打捞和过滤掉流槽表面浮渣后横盘面上盖上盖子做好保温措施；铸造稳定时，在除气箱后，过滤盆前取样测试氢含量。
测试样品尺寸和力学性能
尺寸测量：
Mm 外径 内径 同轴度 圆度 直线度
标准 φ63(+0.2，-0) φ52.5(+0，-0.2) ≤0.36 ＜0.15 0.5/1000
实际平均值 63.17 24.75 0.28 0.09 0.3
力学性能测试：
抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 断后伸长率(％)
329 —— ——
具体的，本实施例方案中，所述步骤(1)中，所述中间合金包括硅；硅加入熔铸炉微调时将铝液温度控制在745-755℃。需要说明的是，合金元素和杂质元素在5056中的作用：
镁(Mg)
镁是5056里面的主要合金元素。随着镁含量的增加，合金的力学性能也相应提高。当镁含量超过5％时候，抗应力腐蚀性能变坏；镁含量超过7％时，合金塑性降低，焊接性能恶化。
锰(Mn)
加入锰不但有利于合金的抗蚀性，而且还能使合金强度提高。
铬(Cr)
铬和锰有相似的作用，可以提高基体金属和焊缝的强度，减少焊接热裂纹倾向，提高耐应力腐蚀性能，但使塑性略有降低。某些合金中可以用个代替锰。就强化效果来说，铬不如锰，若两元素同时加入，其效果比单一加入要好。
铁(Fe)&铜(Cu)
铁、铜及锌等杂质能使合金的抗蚀性能及工艺性能恶化，应严格控制。
钠(Na)
微量杂质钠能够损害合金的热变形性能，出现“钠脆性”，在5056合金中较为突出。消除钠脆性的办法是使富集于晶界的游离钠变成化合物，可以采用氯化方法使之产生NaCl并且随炉渣排出，也可以采用微量添加锑的方法。
具体的，本实施例方案中，在所述步骤(1)中，所述铝锭采用Al99.7％的铝材料。
具体的，本实施例方案中，在所述步骤(1)中，所述废料为5056系列铝合金的料头料尾及棒头棒尾。
具体的，本实施例方案中，在所述步骤(1)中，取试样前必须将取样勺在炉膛内反复热清洗干净后再取，取样勺在室温下人工清理干净后涂上滑石粉或氮化硼；防止取样勺带入及其他炉次的铝合金成份。
本发明的铝合金经过安定化处理和冷加工变形量处理后,具有优良的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。铝合金中Mg元素高达到4.70-5.00％,再配以Cu、Mn、Cr、Be等元素，大大提高了合金的抗应力腐蚀性能和力学性能，同时耐高温性能，以及强度和塑韧性也相应提高；本发明的铝合金可以广泛应用于光学相机镜筒、电缆护套等领域；社会效益和经济效益好。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，熔铸工序；
配料：按照化学成分质量分数为：Si 0.07-0.10％；Fe 0.15％，Cu 0.08％，Mn 0.07-0.10％，Mg 4.70-5.00％，Cr 0.10-0.18％，Zn 0.05％，Ti 0.01-0.03％，Be 0.0003-0.001％，其他元素每种少于0.05％，总计不超过0.15％；余量为AI；
投料：先在熔铸炉炉底铺一层废料；接着在废料上铺设铝锭和中间合金；采用铜板为载体将铝锭和中间合金加入熔铸炉；铝锭与废料的投料比例不低于4：6；
熔炼：将废料及铝锭加入熔铸炉后，控制熔炼温度在750℃以下，待熔铸炉出现铝水后即开启电磁搅拌器对铝水进行搅拌；
合金化：将镁锭、铁剂、电解铜、锰剂放进专用的合金化加料框，将合金化加料框沉浸在熔铸炉的液面以下进行合金化，期间电磁搅拌器持续不停搅拌；
取样：分别在熔铸炉的炉门两边距离炉墙2米处，取样勺口垂直朝下，深入炉膛二分之一位置再翻转，在熔体中部的铝汤各取1个样品；
精炼：合金化完成后，取样品分析成分，若样品成分合格则进行第一次精炼；精炼温度为730-750℃；氩气流量0.15-0.18，通过氩气吹送40kg 4AB精炼剂进入熔炼炉精炼20min，精炼完成后再取样品成分分析；若样品成分合格，则添加锑锭再进行精炼15min后起铸；若样品成分分析不合格，则补充合金辅料和锑锭再度精炼20min后起铸；
铸造：设定除气箱转速390±5r/min，氩气压力0.28-0.32MPa，流量2.8-3.5标准立方，过滤板为派罗特克40ppi+80ppi，铸造前对与铝水接触的流槽、工具等喷上涂料并进行充分烘烤，至少提前1个小时进行，直到起铸；将精炼后的铝合金铸造成铸棒；铸造出口温度为730-740℃；除气箱熔池铝液温为720-730℃；模盘尾端温度为695-705℃；起铸速度为50-60mm/min；铸造速度为105-115mm/min；对铸棒取样检测；铸棒头尾取样送检成分、低倍组织和金相组织；在对铸棒进行均质处理，保温温度500℃，保温时间8h；
步骤(2)，挤压工序；
短棒锯切：根据ERP系统BOM表配方将铸棒锯切下上机短棒；
挤压：设置挤压模具，外模φ67.15±0.05mm、内模φ55±0.03mm，设置棒温490±10℃、挤压主缸速度1.0-1.5mm/s、吹风冷却，对短棒进行挤压，挤压完成后挤压素材尺寸为：外径66±0.30mm、壁厚5.8±0.20mm、同轴度≤0.41mm、真圆度＜0.30mm；
步骤(3)，抽管工序，对挤压素材进行抽管处理，抽管变形量13.6％，使用φ63.1锥度外模，φ52.4直芯头抽制；
步骤(4)，矫直工序；抽管后的挤压素材经辊式矫直机矫直，矫直后样品的直线度为0.5mm/1000mm；
步骤(5)，脱脂工序：先对样品进行碱洗→样品再经清水槽清洗→再用铝脱脂剂对样品清洗→最后用清水洗涤样品→烘干样品；
步骤(6)，安定化工序：对样品进行安定化处理，保温温度270℃、保温5h。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，除气箱熔池铝液温度的高低通过调节加热棒温度来实现。
3.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，其特征在于：在所述步骤(1)中,过滤箱加热温度主要是控制铸盘温度来调节，若铸盘铝液温度偏高，将加热温度调整至730℃，若铝液温度偏低，加热温度可调整至900℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，铸棒的铸造长度为200mm之前需要打捞和过滤掉流槽表面浮渣，铸棒铸造平稳后，严禁破坏过滤箱后铝液表面的氧化膜；打捞和过滤掉流槽表面浮渣后横盘面上盖上盖子做好保温措施；铸造稳定时，在除气箱后，过滤盆前取样测试氢含量。
5.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述中间合金包括硅；硅加入熔铸炉微调时将铝液温度控制在745-755℃。
6.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述铝锭采用Al99.7％的铝材料。
7.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，所述废料为5056系列铝合金的料头料尾及棒头棒尾。
8.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铝合金的生产方法，其特征在于：在所述步骤(1)中，取试样前必须将取样勺在炉膛内反复热清洗干净后再取，取样勺在室温下人工清理干净后涂上滑石粉或氮化硼；防止取样勺带入及其他炉次的铝合金成份。
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CN112680617A (zh) * 2020-12-24 2021-04-20 淮安和通汽车零部件有限公司 一种基于erp系统的熔铸材料智能分配方法与系统

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