CN112077613A - 一种铝合金管材的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝合金管材的制备方法，并将制备的铝合金管材应用在轮椅的制备中，所述制备方法包括热挤压处理；在线淬火处理；自然停放；预处理；冷成型；车削加工以及表面处理后得到铝合金管材。本发明能有效减少淬火后自然停放过程中析出的弥散纳米级析出相的数量，减弱自然时效的效应，使制备的铝合金管材在应用到轮椅制备的过程中，其弯折性能佳，能有效消除铝合金管材淬火停放不同时间其力学性能水平不一致，解决弯折处理容易开裂的问题，提高产品的成品率，进而促进生产效益。

Description

一种铝合金管材的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及铝合金管材的制备领域，具体涉及一种铝合金管材的制备方法及其应用。
背景技术
轮椅属康复医疗类产品，多由行动不便类人群使用，因此对产品的安全性及轻量化有较高的需求。目前轮椅受力构件采用的金属种类及连接方法主要有：①铁管，采用焊接或螺杆连接。缺点：整体重量较重，不利于行动不便人员对产品的搬运转移；易生锈，使用寿命较短。②铝管，采用焊接或螺杆连接。现有技术中有采用7系铝合金合金作为轮椅的管材材料，但是7003、7005或7020等不含Cu的7系铝合金具有高的自然时效效应。固然淬火态管材在焊接处理后仍然可以保持较高的过饱和固溶度，同时在随后的室温放置过程中可通过自然时效强化提高焊接及附近区域的强度。但轮椅所需的管材在使用过程中往往需要进行折弯等冷成型处理，由于7系铝合金具有较高的自然时效效应，铝合金管材在在线挤压淬火后3-5天的停放就会使其力学性能水平上升到很高的水平，铝合金管材在此状态进行折弯处理往往发生开裂，会严重影响制备轮椅的质量，甚至存在较大的安全隐患，因此，需要对轮椅管材的制备方法进行创造性改进，使其符合使用要求。
如专利申请号为CN201611104401的专利公开了一种7系铝合金熔炼铸造方法。又如专利为CN201810134600.5的专利公开了一种铝合金及铝合金型材的加工工艺。但是其在铸造后得到的铝合金依然没有解决铝合金折弯开裂的情况。
综合上，在铝合金管材制备及其应用领域，依然存在上述亟待解决的自然停放后铝合金管材弯折容易开裂的问题。
发明内容
本发明提出了一种铝合金管材的制备方法及其应用，以解决自然停放后铝合金管材弯折容易开裂的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铝合金管材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝合金铸锭进行热挤压处理，得到第一铝型材；
S2、将第一铝型材进行在线淬火处理，得到第二铝型材；
S3、将第二铝型材自然停放，得到第三铝型材；
S4、将第三铝型材进行预处理，得到第四铝型材；
S5、将第四铝型材冷成型，得到第五铝型材；
S6、将第五铝型材进行车削加工，并在表面处理后得到铝合金管材；
其中，所述预处理的温度为100-200℃，预处理的保温时间为10-120min。
可选地，所述热挤压为：预先将挤压筒加热至430-450℃，后将铝合金铸锭送入挤压筒中，并控制铝合金铸锭先进入挤压筒部位的温度为450-465℃，后进入所述挤压筒的部位的温度为400-410℃。
可选地，所述在线淬火为：将所述第一铝型材送入冷水槽中，采用水雾冷却淬火或水冷却淬火，且控制在线淬火的冷却速率。
可选地，所述热挤压的速度为4.0-12.0m/min。
可选地，所述冷成型前以15-35℃/min的降温速率将所述第四铝型材降温至50℃以下。
可选地，所述切削加工包括在数控机床上进行车削精加工以及表面处理。
可选地，所述冷却速率包括第一冷却速率以及第二冷却速率，所述第一冷却速率为5-10℃/s，冷却至300-390℃；所述第二冷却速率为15-25℃/s，冷却至45-150℃。
可选地，所述铝合金管材为7系铝合金。
可选地，所述7系铝合金不含Cu元素。
另外，将所述铝合金管材应用于轮椅的制备中。
与现有技术相比，本发明所取得的有益技术效果是：
1.本发明中制备的7系管材在在线淬火处理后进行预处理，减少淬火后自然停放过程中析出的弥散纳米级析出相的数量，减弱自然时效的相应，使制备的铝合金管材在应用在轮椅制备的过程中，其弯折性能佳，能有效消除铝合金管材淬火停放不同时间其力学性能水平不一致，解决弯折处理容易开裂的问题。
2.本发明的铝合金管材的制备方法简单，能提高产品的成品率，进而提高生产效益。
3.本发明制备的铝合金管材应用在制备轮椅的中，具有质量轻、不容易生锈、使用寿命长，安全性能高的优点，能保证轮椅的生产质量以及使用的安全性。
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是对比例1中制备铝合金管材在不同停放时间的开裂情况；
图2是对比例2中制备铝合金管材未经过预处理的开裂情况；
图3是实施例2中制备的铝合金管材经过预处理后的弯折情况；
图4是对比例3中制备铝合金管材未经过预处理的开裂情况；
图5是实施例3中制备的铝合金管材经过预处理后的弯折情况；
图6是未经过预处理的铝合金管材的组织显微扫描图；
图7是对比例3中的铝合金管材的组织显微扫描图；
图8是对比例4中的铝合金管材的组织显微扫描图；
图9是经过预处理的铝合金管材的组织显微扫描图。
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生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明为一种铝合金管材的制备方法，根据图1-9所示讲述以下实施例：
实施例1：
一种铝合金管材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝合金铸锭进行热挤压处理，得到第一铝型材，在本实施例中具体为：预先将挤压筒加热至430-450℃，后将铝合金铸锭送入挤压筒中，并控制铝合金铸锭先进入挤压筒部位的温度为450-465℃，后进入所述挤压筒的部位的温度为400-410℃；
S2、将第一铝型材进行在线淬火处理，得到第二铝型材，在本实施例中，所述淬火处理为：将所述第一铝型材送入冷水槽中，采用水雾冷却淬火或水冷却淬火，且控制在线淬火的冷却速率，具体包括第一冷却速率以及第二冷却速率，所述第一冷却速率为5-10℃/s，冷却至300-390℃；所述第二冷却速率为15-25℃/s，冷却至45-150℃，且所述热挤压的速度为4.0-12.0m/min；
S3、将第二铝型材自然停放，得到第三铝型材；
S4、将第三铝型材进行预处理，得到第四铝型材，在本实施例中所述预处理的温度为100-200℃，预处理的保温时间为10-120min；
S5、将第四铝型材以15-35℃/min的降温速率将所述第四铝型材降温至50℃以下，后冷成型，得到第五铝型材；
S6、将第五铝型材进行车削加工，并在表面处理后得到铝合金管材，在本实施例中，所述切削加工包括在数控机床上进行车削精加工，具体所述车削精加工为根据轮椅制备需求，将所述第五铝型材进行车削获得满足轮椅尺寸要求的铝合金管材，所述表面处理为清理车削后铝合金管材表面的切削液以及铝屑后，对车削后的铝合金管材表面依次进行喷砂处理，无铬钝化处理，喷涂底漆，第一次烘烤，喷涂色漆，喷涂透明漆，第二次烘烤，且所述第一次烘烤的温度为160-175℃，时间为10-15min；所述第二次烘烤的温度为100-120℃，时间为10-20min。
所述铝合金管材为7系铝合金；所述7系铝合金不含Cu元素。具体在本实施例中，所述7系铝合金包括以下质量百分比的化学成分：Mg1.0-1.5％；Mn0.2-0.23％；Zn1.1-2.5％；Ti0.01-0.05％；Zr0.1-0.15％；Cr0.13-0.18％；单个杂质≤0.05％，总量杂质≤0.15％；其余为铝。
将制备的所述铝合金管材应用于轮椅的制备中。
实施例2：
本实施例应当理解为包含前述实施例的全部特征，并在其基础上进一步优化：一种铝合金管材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝合金铸锭进行热挤压处理，得到第一铝型材，在本实施例中具体为：预先将挤压筒加热至430℃，后将铝合金铸锭送入挤压筒中，并控制铝合金铸锭先进入挤压筒部位的温度为450℃，后进入所述挤压筒的部位的温度为400℃；
S2、将第一铝型材进行在线淬火处理，得到第二铝型材，在本实施例中，所述淬火处理为：将所述第一铝型材送入冷水槽中，采用水雾冷却淬火或水冷却淬火，且控制在线淬火的冷却速率，具体包括第一冷却速率以及第二冷却速率，所述第一冷却速率为5℃/s，冷却至300℃；所述第二冷却速率为15℃/s，冷却至45℃，且所述热挤压速度为8.0m/min；
S3、将第二铝型材自然停放，得到第三铝型材；
S4、将第三铝型材进行预处理，得到第四铝型材，在本实施例中所述预处理的温度为100℃，预处理的保温时间为120min；
S5、将第四铝型材以30-35℃/min的降温速率将所述第四铝型材降温至50℃以下，后冷成型，得到第五铝型材；
S6、将第五铝型材进行车削加工，并在表面处理后得到铝合金管材，在本实施例中，所述切削加工包括在数控机床上进行车削精加工，具体所述车削精加工为根据轮椅制备需求，将所述第五铝型材进行车削获得满足轮椅尺寸要求的铝合金管材，所述表面处理为清理车削后铝合金管材表面的切削液以及铝屑后，对车削后的铝合金管材表面依次进行喷砂处理，无铬钝化处理，喷涂底漆，第一次烘烤，喷涂色漆，喷涂透明漆，第二次烘烤，且所述第一次烘烤的温度为160℃，时间为10min；所述第二次烘烤的温度为120℃，时间为10min。
所述铝合金管材为7系铝合金；所述7系铝合金不含Cu元素。具体在本实施例中，所述7系铝合金包括以下质量百分比的化学成分：Mg1.0％；Mn0.2％；Zn2.5％；Ti0.01％；Zr0.1％；Cr0.13％；单个杂质≤0.05％，总量杂质≤0.15％；其余为铝。
将制备的所述铝合金管材应用于轮椅的制备中，在应用的过程中对本实施例制备的铝合金管材进行弯折，结果如图3所示，未出现折弯裂痕，大大促进了生产的成品率，提高生产效益。
实施例3：
本实施例应当理解为至少包含前述任一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步优化：一种铝合金管材的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铝合金铸锭进行热挤压处理，得到第一铝型材，在本实施例中具体为：预先将挤压筒加热至450℃，后将铝合金铸锭送入挤压筒中，并控制铝合金铸锭先进入挤压筒部位的温度为465℃，后进入所述挤压筒的部位的温度为410℃；
S2、将第一铝型材进行在线淬火处理，得到第二铝型材，在本实施例中，所述淬火处理为：将所述第一铝型材送入冷水槽中，采用水雾冷却淬火或水冷却淬火，且控制在线淬火的冷却速率，具体包括第一冷却速率以及第二冷却速率，所述第一冷却速率为10℃/s，冷却至390℃；所述第二冷却速率为25℃/s，冷却至150℃，且所述热挤压的速度为12.0m/min；
S3、将第二铝型材自然停放，得到第三铝型材；
S4、将第三铝型材进行预处理，得到第四铝型材，在本实施例中所述预处理的温度为200℃，预处理的保温时间为10min；
S5、将第四铝型材以35℃/min的降温速率将所述第四铝型材降温至50℃以下，后冷成型，得到第五铝型材；
S6、将第五铝型材进行车削加工，并在表面处理后得到铝合金管材，在本实施例中，所述切削加工包括在数控机床上进行车削精加工，具体所述车削精加工为根据轮椅制备需求，将所述第五铝型材进行车削获得满足轮椅尺寸要求的铝合金管材，所述表面处理为清理车削后铝合金管材表面的切削液以及铝屑后，对车削后的铝合金管材表面依次进行喷砂处理，无铬钝化处理，喷涂底漆，第一次烘烤，喷涂色漆，喷涂透明漆，第二次烘烤，且所述第一次烘烤的温度为175℃，时间为15min；所述第二次烘烤的温度为120℃，时间为20min。
所述铝合金管材为7系铝合金；所述7系铝合金不含Cu元素。具体在本实施例中，所述7系铝合金包括以下质量百分比的化学成分：Mg1.5％；Mn0.23％；Zn2.5％；Ti0.05％；Zr0.1％；Cr0.18％；单个杂质≤0.05％，总量杂质≤0.15％；其余为铝。
将制备的所述铝合金管材应用于轮椅的制备中，在应用的过程中对本实施例制备的铝合金管材进行弯折，结果如图5所示，未出现折弯裂痕，大大促进了生产的成品率，提高生产效益。
对比例1：
本对比例中的铝合金管材为常规的制备方法得到，结果如图1所示，随中间过程停放时间的加长，管材自然时效加剧，弯曲时开裂的程度逐渐严重，造成大量报废。
对比例2：
本对比例中的铝合金管材未经过预处理，制备的铝合金管材进行弯折加工，结果如图2所示，出现了严重的折弯开裂的情况，严重影响的产品的成品率，导致生产效益降低。
对比例3：
本对比例中的铝合金管材预处理的温度为50℃，保温时间为60min，其它与实施例3相同，结果如图4所示，依然出现严重的折弯开裂的情况，严重影响的产品的成品率，导致生产效益降低。
对比例4：
本对比例中的铝合金管材预处理的温度为300℃，保温时间为10min，其它与实施例3相同，结果也出现如图4所示的折弯开裂的情况，严重影响的产品的成品率，导致生产效益降低。
另外，检测到实施例2-3以及对比例1-4中铝合金管材折弯开裂的深度，结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002605037110000081
Figure BDA0002605037110000091
由表1中的数据分析可知，本发明中制备的铝合金管材经过预处理后，随着自然停放的时间加长，力学性能稳定，在进行折弯加工的过程中，不容易出现开裂的情况，但是未经过预处理的铝合金，在折弯加工的过程中，出现的开裂深度比较严重，达720μm以上，经过不同温度的预处理，裂痕深度虽然比未经过预处理的裂痕深度低，但是依然存在折弯裂痕，严重影响加工的质量。
为了进一步研究未经过预处理的铝合金管材在加工过程中的折弯开裂的情况，申请人在对经过预处理以及未经过预处理的铝合金管材进行更加细致深入的实验，并借助一些显微装置，对铝合金管材的内部组织进行拍片分析。结果为：如图6的显微图可知，未经过预处理的铝合金淬火后自然停放过程基体中析出的弥散纳米级析出相的数量较多，容易出现严重的折弯开裂的情况；如图7所示，为对比例3中的预处理温度以及预处理时间，结果在显微组织扫描图中依然存在较多的析出的弥散纳米级析出相；如图8所示，为对比例4中的预处理温度以及预处理时间，结果在显微组织扫描图中依然存在较多的析出的弥散纳米级析出相，在折弯加工的过程中依然存在容易开裂的情况；如图9所示，经过预处理后，铝合金组织的整体相之间均匀，有效减少淬火后自然停放过程基体中析出的弥散纳米级析出相的数量，且在弯折加工的过程中不容易出现开裂的情况，因此，本发明中对不含Cu元素的7系铝合金管材进行预处理能达到显著的效果。
综合上，本发明的一种铝合金管材的制备方法简单，能有效降低7系铝合金管材在弯折加工过程中出现的开裂的情况，保证生产的质量，且应用在轮椅的制备过程中，具有优异的性能。
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 (10)

1.一种铝合金管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将铝合金铸锭进行热挤压处理，得到第一铝型材；
S2、将第一铝型材进行在线淬火处理，得到第二铝型材；
S3、将第二铝型材自然停放，得到第三铝型材；
S4、将第三铝型材进行预处理，得到第四铝型材；
S5、将第四铝型材冷成型，得到第五铝型材；
S6、将第五铝型材进行车削加工，并在表面处理后得到铝合金管材；
其中，所述预处理的温度为100-200℃，预处理的保温时间为10-120min。
2.根据权利要求1所述的铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述热挤压为：预先将挤压筒加热至430-450℃，后将铝合金铸锭送入挤压筒中，并控制铝合金铸锭先进入挤压筒部位的温度为450-465℃，后进入所述挤压筒的部位的温度为400-410℃。
3.根据权利要求1所述的铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述在线淬火为：将所述第一铝型材送入冷水槽中，采用水雾冷却淬火或水冷却淬火，且控制在线淬火的冷却速率。
4.根据权利要求1所述的铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述热挤压速度为4.0-12.0m/min。
5.根据权利要求1所述的铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述冷成型前以15-35℃/min的降温速率将所述第四铝型材降温至50℃以下。
6.根据权利要求1所述的铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述切削加工包括在数控机床上进行车削精加工以及表面处理。
7.根据权利要求3所述的铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述冷却速率包括第一冷却速率以及第二冷却速率，所述第一冷却速率为5-10℃/s，冷却至300-390℃；所述第二冷却速率为15-25℃/s，冷却至45-150℃。
8.根据权利要求7所述的铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述铝合金管材为7系铝合金。
9.根据权利要求7所述的铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述7系铝合金不含Cu元素。
10.根据权利要求1-9任一项所述的铝合金管材的制备方法，其特征在于，所述铝合金管材应用于轮椅的制备中。
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