CN112760532A - 一种装卸转运平台用铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

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CN112760532A CN202011565349.1A CN202011565349A CN112760532A CN 112760532 A CN112760532 A CN 112760532A CN 202011565349 A CN202011565349 A CN 202011565349A CN 112760532 A CN112760532 A CN 112760532A
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Abstract

本发明公开了一种装卸转运平台用铝合金，所述铝合金的组分及质量百分比为：Si：≤0.15%，Fe：≤0.2%，Cu：0.12‑0.18%，Mn：≤0.2%，Mg：1.2‑1.55%，Cr：≤0.17%，Zn：6.6‑7.5%，Ti：≤0.05%，Zr：0.1‑0.17%，Sc：≤0.25%，Fe/Si比值为1.5‑2.6，Zn/Mg比值为4.8‑5.7，其余为Al及不可避免的杂质，且每种不可避免的元素均≤0.03%，总量≤0.1%。通过对合金组分的优化、控制，本发明的铝合金型材具有更好的焊合质量、更薄的壁厚、更精确的形位、更好的表面、更高的力学性能，综合性能更好，满足转运平台构件的安装及使用需求。本发明还提供上述铝合金的制备方法。

Description

一种装卸转运平台用铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及技术铝合金加工领域，尤其涉及一种装卸转运平台用铝合金及制备方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，国家大力提倡减排节能政策；车辆的运输及立体停车库的存放越来越受到人们欢迎；在运输和存放的过程中需要使用装卸转运平台构件，需求量大。
而传统的装卸转运平台构件多为钢铁结构，存在使用周期短、材料回收利用率低、维护成本高、易腐蚀，因腐蚀导致材料回收再利用率低、材料回收处理成本高，以及钢铁结构重量大，对施工要求高等缺点。而铝合金具有挤压成型性好、耐腐蚀、回收再利用率高、比强度高、使用寿命长等优良特性，因此，具有更好综合性能的铝合金代替钢铁作为装卸转运平台构件成为趋势与必然。
但现有作为装卸转运平台构件的铝合金型材具有壁厚差大、加强筋多、形位要求严等因素，同时在使用过程中受力大，焊合质量及力学性能要求高，因此对挤压生产提出了新的挑战，如果组分或工艺选取不当，则会出现力学性能不合格、内部裂纹、焊合不良、淬火变形等一系列缺陷。
发明内容
针对以上不足，本发明的一个目的是提供一种综合性能高的装卸转运平台用铝合金。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种装卸转运平台用铝合金，所述铝合金的组分及质量百分比为：Si：≤0.15％，Fe：≤0.2％，Cu：0.12-0.18％，Mn：≤0.2％，Mg：1.2-1.55％，Cr：≤0.17％，Zn：6.6-7.5％，Ti：≤0.05％，Zr：0.1-0.17％，Sc：≤0.25％，Fe/Si比值为1.5-2.6，Zn/Mg比值为4.8-5.7，其余为Al及不可避免的杂质，且每种不可避免的元素均≤0.03％，总量≤0.1％。
优选的，除气后溶体氢含量≤0.1mL/100g Al。
本发明的一个目的是提供一种装卸转运平台用铝合金制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种装卸转运平台用铝合金型材制备方法，包括以下步骤：铸锭配料、铸锭熔炼、铸锭铸造、铸锭均匀化、机加工、铸锭加热、模具加热、挤压筒加热、挤压、在线淬火、拉伸矫直，以及人工时效，在铸锭配料中，铝合金的组分及质量百分比为：Si：≤0.15％，Fe：≤0.2％，Cu：0.12-0.18％，Mn：≤0.2％，Mg：1.2-1.55％，Cr：≤0.17％，Zn：6.6-7.5％，Ti：≤0.05％，Zr：0.1-0.17％，Sc：≤0.25％，Fe/Si比值为1.5-2.6，Zn/Mg比值为4.8-5.7，其余为Al及不可避免的杂质，且每种不可避免的元素均≤0.03％，总量≤0.1％。
在一种优选的方案中，在感应炉内采用梯度加热的方法对铸锭进行加热，加热温度控制在470-540℃，头尾温差控制在10-60℃；
模具在炉内加热，温度控制在450-530℃，保温时间为2-48h；
挤压筒加热温度控制在420-490℃；
铸锭、模具加热完成、挤压筒到温之后对铸锭进行挤压，挤压速度控制在1.0-8.0m/min；
控制型材淬火前温度在480℃以上，淬火方式为强风、水雾或水冷却，淬火冷却速率为2-8℃/s。
优选的，冷却采用强风或水雾或水的上下左右配合方式，保证型材截面均匀冷却，不发生淬火变形。
优选的，在铸锭熔炼中，将配料投入熔炼炉中进行加热至融化，熔炼温度为720-760℃，熔炼时间≤7h，然后启动电磁搅拌装置搅拌10-60min后转入保温炉保温，保温温度控制在710-750℃，经成分调整、精炼、扒渣并静置15-45min得到所需成分，除气后溶体氢含量≤0.1mL/100g Al；
铸造温度控制在670-715℃，铸造速度控制在30-50mm/min，冷却水流量控制在35-80m3/h。
优选的，铸锭均匀化包括加热和保温两个阶段，加热时间为5-12h，金属温度达到450-490℃后进行保温，保温时间控制在18-24h，保温温度控制在450-490℃。
优选的，时效温度控制在95-220℃，保温时间控制在2.5-24h。
优选的，在保证型材尺寸和直线度合格的前提下控制拉伸率在0.3-3.0％。
优选的，机加工中将均匀化退火处理后的铸锭进行锯切车皮，铸锭表面车皮厚度控制在5-12mm，锯切成厚度为705-2000mm的铸锭。
本发明中，通过添加Sc，并严格控制Sc的质量百分比≤0.25％，以改变铝合金的铸态组织，由树枝晶向等轴晶转变，晶粒得到明显细化；严格控制Fe/Si比值1.5-2.6，防止铸造开裂，同时控制Zn/Mg比4.8-5.7可形成强化相MgZn2，显著提高铝合金的强度，使得铝型材的力学性能、焊合质量得到显著提高，以满足铝代钢作为装卸转运平台的使用要求。
本发明中，通过控制铸锭均匀化温度和时间，控制加热时间为5-12h，金属温度达到450-490℃后进行保温，保温时间控制在18-24h，保温温度控制在450-490℃，从而保证铸造过程中析出的非平衡相充分回溶到Al基体中，使得铝型材的力学性能得到显著提高。
本发明中，通过控制铝合金的挤压工艺参数，配合组分改进加热温度、挤压温度、挤压速度、在线淬火冷却速率等工序，可以得到挤压纤维组织，晶粒破碎细化效果显著，提高铝型材的力学性能。
本发明中，通过峰时效，可以析出弥散细小的第二相，显著提高铝型材的力学性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：与传统的铝合金相比较，本发明对合金成分、以及制备工艺参数进行了改进、控制，保证挤压后的铝合金型材具有更好的焊合质量、更薄的壁厚、更精确的形位、更好的表面、更高的力学性能，综合性能更好，满足转运平台构件的安装和使用需求；通过合理、严格控制化学成分，以及制备工艺参数，生产出综合性能优异的铝合金型材，其抗拉强度可达500MPa以上，规定非比例延伸强度可达460MPa以上，断后伸长率可达10％以上，能够满足铝合金转运平台构件的使用需求，同时能够消除钢铁结构转运平台构件所带来的维护成本高、材料回收再利用率低、施工难度大的缺点，以替代钢铁作为转运平台构件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为实施例1所获铝合金型材的金相图(晶粒)；
图2为实施例1所获铝合金型材的金相图(第二相)；
图3为实施例2所获铝合金型材的金相图(晶粒)；
图4为实施例2所获铝合金型材的金相图(第二相)；
图5为实施例3所获铝合金型材的金相图(晶粒)；
图6为实施例3所获铝合金型材的金相图(第二相)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
实施例1
本优选的实施例提供一种装卸转运平台用铝合金，铝合金的组分及质量百分比为：Si：0.048％，Fe：0.12％，Cu：0.13％，Mn：0.16％，Mg：1.4％，Cr：0.12％，Zn：6.9％，Ti：0.03％，Zr：0.12％，Sc：0.08％，Zn/Mg比值4.9，Fe/Si比值2.5，其余为Al及不可避免的杂质，且每种不可避免的元素均≤0.03％，总量≤0.1％。
本实施例还提供上述铝合金的型材制备方法，包括以下步骤：
铸锭配料、铸锭熔炼：按照本实施例提供的组分，加入工业级99.70％纯度以上铝锭和各种所需合金元素进行熔炼，熔炼温度为720℃-740℃，熔炼6h使原材料充分融化，并获得成分均匀稳定的溶体，然后启动电磁搅拌装置搅拌10-30min后转入保温炉保温，保温温度控制在710-740℃，经成分调整、精炼、扒渣并静置15-30min得到所需成分，将熔体进行除气过滤，除气后溶体氢含量为0.086ml/100gAl；
铸锭铸造：对除气除渣后的溶体进行铸造成型，铸造平台铝液温度控制在670℃-700℃，铸造速度控制在30-40mm/min，冷却水流量控制在35-60m3/h，铸造后获得铸锭；
铸锭均匀化：对铸锭进行均匀化退火处理，均匀化退火工艺：460℃±5℃/18h，升温速率：40℃±5℃/h，金属到温后进行保温，保温时间控制为20h，保温温度控制在460℃±5℃；
机加工：将均匀化退火处理后的铸锭进行锯切车皮，铸锭表面车皮厚度控制在5-12mm，锯切成厚度为1800mm的铸锭；
铸锭加热：在感应炉内采用梯度加热的方法对铸锭进行加热，加热温度控制在470℃，头尾温差控制在10-30℃；
模具加热：模具在炉内加热，温度控制在460±10℃，保温时间为4h；
挤压筒加热：挤压筒加热温度控制在430℃±10℃；
挤压：铸锭、模具加热完成、挤压筒到温之后对铸锭进行挤压，挤压速度控制在4m/min；
在线淬火：挤压成型后进行在线固溶淬火，控制型材淬火前温度在490℃，强风冷却，淬火冷却速率为6℃/s；
拉伸矫直：将淬火后的型材进行拉伸矫直，初始拉伸率1.3％，通过残余应力探测系统反馈结果，调整拉伸率为2.0％；
人工时效：对拉伸矫直、去应力后的型材进行峰值时效；一级时效温度为100℃±5℃，保温8小时，二级时效温度为135℃±5℃，保温12小时，得到铝合金型材产品，记为A1。
实施例2
本优选的实施例提供一种装卸转运平台用铝合金，铝合金的组分及质量百分比为：Si：0.068％，Fe：0.13％，Cu：0.15％，Mn：0.18％，Mg：1.36％，Cr：0.14％，Zn：7.2％，Ti：0.04％，Zr：0.14％，Sc：0.10％，Zn/Mg比值5.3，Fe/Si比值1.9，其余为Al及不可避免的杂质，且每种不可避免的元素均≤0.03％，总量≤0.1％。
本实施例还提供上述铝合金的型材制备方法，包括以下步骤：
铸锭配料、铸锭熔炼：按照本实施例提供的组分，加入工业级99.70％纯度以上铝锭和各种所需合金元素进行熔炼，熔炼温度为740℃-760℃，熔炼5h使原材料充分融化，并获得成分均匀稳定的溶体，然后启动电磁搅拌装置搅拌20-50min后转入保温炉保温，保温温度控制在730-750℃，经成分调整、精炼、扒渣并静置30-40min得到所需成分，将熔体进行除气过滤，除气后溶体氢含量为0.079ml/100gAl；
铸锭铸造：对除气除渣后的溶体进行铸造成型，铸造平台铝液温度控制在690℃-715℃，铸造速度控制在40-50mm/min，冷却水流量控制在50-70m3/h，铸造后获得铸锭；
铸锭均匀化：对铸锭进行均匀化退火处理，均匀化退火工艺：480℃±5℃/22h，升温速率：40℃±5℃/h，金属到温后进行保温，保温时间控制为20h，保温温度控制在480℃±5℃；
机加工：将均匀化退火处理后的铸锭进行锯切车皮，铸锭表面车皮厚度控制在5-10mm，锯切成厚度为1500mm的铸锭；
铸锭加热：在感应炉内采用梯度加热的方法对铸锭进行加热，加热温度控制在490℃，头尾温差控制在30-60℃；
模具加热：模具在炉内加热，温度控制在470±10℃，保温时间为8h；
挤压筒加热：挤压筒加热温度控制在450℃±10℃；
挤压：铸锭、模具加热完成、挤压筒到温之后对铸锭进行挤压，挤压速度控制在6m/min；
在线淬火：挤压成型后进行在线固溶淬火，控制型材淬火前温度在490℃，水雾冷却，调整水雾上下左右分配保证型材整个截面均匀，冷却淬火冷却速率为6℃/s；
拉伸矫直：将淬火后的型材进行拉伸矫直，初始拉伸率1.5％，通过残余应力探测系统反馈结果，调整拉伸率为2.3％；
人工时效：对拉伸矫直、去应力后的型材进行峰值时效，时效温度为120℃±5℃，保温18小时，得到铝合金型材产品，记为A2。
实施例3
本优选的实施例提供一种装卸转运平台用铝合金，铝合金的组分及质量百分比为：Si：0.083％，Fe：0.14％，Cu：0.18％，Mn：0.2％，Mg：1.32％，Cr：0.17％，Zn：7.5％，Ti：0.05％，Zr：0.16％，Sc：0.12％，Zn/Mg比值5.68，Fe/Si比值1.69，其余为Al及不可避免的杂质，且每种不可避免的元素均≤0.03％，总量≤0.1％。
本实施例还提供上述铝合金的型材制备方法，包括以下步骤：
铸锭配料、铸锭熔炼：按照本实施例提供的组分，加入工业级99.70％纯度以上铝锭和各种所需合金元素进行熔炼，熔炼温度为740℃-760℃，熔炼5h使原材料充分融化，并获得成分均匀稳定的溶体，然后启动电磁搅拌装置搅拌20-50min后转入保温炉保温，保温温度控制在740-750℃，经成分调整、精炼、扒渣并静置20-40min得到所需成分，将熔体进行除气过滤，除气后溶体氢含量为0.073ml/100gAl；
铸锭铸造：对除气除渣后的溶体进行铸造成型，铸造平台铝液温度控制在690℃-710℃，铸造速度控制在35-45mm/min，冷却水流量控制在50-70m3/h，铸造后获得铸锭；
铸锭均匀化：对铸锭进行均匀化退火处理，均匀化退火工艺：485℃±5℃/24h，升温速率：40℃±5℃/h，金属到温后进行保温，保温时间控制为20h，保温温度控制在480℃±5℃；
机加工：将均匀化退火处理后的铸锭进行锯切车皮，铸锭表面车皮厚度控制在5-10mm，锯切成厚度为1200mm的铸锭；
铸锭加热：在感应炉内采用梯度加热的方法对铸锭进行加热，加热温度控制在510℃，头尾温差控制在20-50℃；
模具加热：模具在炉内加热，温度控制在500±10℃，保温时间为20h；
挤压筒加热：挤压筒加热温度控制在450℃±10℃；
挤压：铸锭、模具加热完成、挤压筒到温之后对铸锭进行挤压，挤压速度控制在7m/min；
在线淬火：挤压成型后进行在线固溶淬火，控制型材淬火前温度在490℃，水冷却，冷却淬火冷却速率为8℃/s；
拉伸矫直：将淬火后的型材进行拉伸矫直，初始拉伸率1.8％，通过残余应力探测系统反馈结果，调整拉伸率为2.6％；
人工时效：对拉伸矫直、去应力后的型材进行峰值时效，时效温度为120℃±5℃，保温24小时，得到铝合金型材产品，记为A3。
将实施例1至3所获成品进行测试，测试所获的力学性能如表1所示，并对实施例1至3所获成品制备金相图(晶粒和第二相)，如图1至图6所示。
表1本发明制备的转运平台用铝合金的性能指标
Figure BDA0002860670270000081
由图1至图6可以看出，本发明实施案例所获的成品，晶粒被破碎细化，形成挤压纤维组织，如图1、图3和图5所示，同时可得到弥散细小的第二相，如图2、图4和图6所示，通过挤压纤维组织以及弥散细小的第二相，能够获得优异的性能。
由表1中可以看出，本发明的装卸转运平台用铝合金，具有优良的综合性能高，抗拉强度可达500MPa以上，规定非比例延伸强度可达460MPa以上，断后伸长率可达10％以上，从而保证具有更好的焊合质量、更薄的壁厚、更精确的形位、更好的表面、更高的力学性能，综合性能更好，能够满足转运平台构件的安装和使用需求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种装卸转运平台用铝合金，其特征在于，所述铝合金的组分及质量百分比为：Si：≤0.15%，Fe：≤0.2%，Cu：0.12-0.18%，Mn：≤0.2%，Mg：1.2-1.55% ，Cr：≤0.17%，Zn：6.6-7.5%，Ti：≤0.05%，Zr：0.1-0.17%，Sc：≤0.25%，Fe/Si比值为1.5-2.6，Zn/Mg比值为4.8-5.7，其余为Al及不可避免的杂质，且每种不可避免的元素均≤0.03%，总量≤0.1%。
2.根据权利要求1所述的装卸转运平台用铝合金，其特征在于，除气后溶体氢含量≤0.1mL/100g Al。
3.一种装卸转运平台用铝合金型材制备方法，包括以下步骤：铸锭配料、铸锭熔炼、铸锭铸造、铸锭均匀化、机加工、铸锭加热、模具加热、挤压筒加热、挤压、在线淬火、拉伸矫直，以及人工时效，其特征在于，在铸锭配料中，铝合金的组分及质量百分比为：Si：≤0.15%，Fe：≤0.2%，Cu：0.12-0.18%，Mn：≤0.2%，Mg：1.2-1.55% ，Cr：≤0.17%，Zn：6.6-7.5%，Ti：≤0.05%，Zr：0.1-0.17%，Sc：≤0.25%，Fe/Si比值为1.5-2.6，Zn/Mg比值为4.8-5.7，其余为Al及不可避免的杂质，且每种不可避免的元素均≤0.03%，总量≤0.1%。
4.根据权利要求3所述的装卸转运平台用铝合金型材制备方法，其特征在于，
在感应炉内采用梯度加热的方法对铸锭进行加热，加热温度控制在470-540℃，头尾温差控制在10-60℃；
模具在炉内加热，温度控制在450-530℃，保温时间为2-48h；
挤压筒加热温度控制在420-490℃；
铸锭、模具加热完成、挤压筒到温之后对铸锭进行挤压，挤压速度控制在1.0-8.0m/min；
控制型材淬火前温度在480℃以上，淬火方式为强风、水雾或水冷却，淬火冷却速率为2-8℃/s。
5.根据权利要求4所述的装卸转运平台用铝合金型材制备方法，其特征在于，冷却采用强风或水雾或水的上下左右配合方式。
6.根据权利要求3所述的装卸转运平台用铝合金型材制备方法，其特征在于，在铸锭熔炼中，将配料投入熔炼炉中进行加热至融化，熔炼温度为720-760℃，熔炼时间≤7h，然后启动电磁搅拌装置搅拌10-60min后转入保温炉保温，保温温度控制在710-750℃，经成分调整、精炼、扒渣并静置15-45min得到所需成分，除气后溶体氢含量≤0.1mL/100g Al；
铸造温度控制在670-715℃，铸造速度控制在30-50mm/min，冷却水流量控制在35-80m3/h。
7.根据权利要求3所述的装卸转运平台用铝合金型材制备方法，其特征在于，铸锭均匀化包括加热和保温两个阶段，加热时间为5-12h，金属温度达到450-490℃后进行保温，保温时间控制在18-24h，保温温度控制在450-490℃。
8.根据权利要求3所述的装卸转运平台用铝合金型材制备方法，其特征在于，时效温度控制在95-220℃，保温时间控制在2.5-24h。
9.根据权利要求3所述的装卸转运平台用铝合金型材制备方法，其特征在于，在保证型材尺寸和直线度合格的前提下控制拉伸率在0.3-3.0%。
10.根据权利要求3所述的装卸转运平台用铝合金型材制备方法，其特征在于，机加工中将均匀化退火处理后的铸锭进行锯切车皮，铸锭表面车皮厚度控制在5-12mm，锯切成厚度为705-2000mm的铸锭。
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