CN112813316B - 一种高强耐蚀铝合金的制备方法 - Google Patents

一种高强耐蚀铝合金的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强耐蚀铝合金的制备方法，包括如下步骤：将原料熔化得到预熔料；向预熔料中加入精炼剂，充入氮气，调整氮气流量为1.0‑1.85m3/h，800‑850℃精炼10‑15min，除气，静置1‑2h，继续精炼2‑6min，得到精炼料；将精炼料经过滤箱过滤后铸造得到铝棒，其中铸造温度为700‑750℃，铸造速度为40‑60mm/min，冷却水量80‑120L/min，500‑540℃均质化处理2‑4h，经6000t挤压机挤压，水冷至室温，得到预制型材；将预制型材升温至200‑250℃，保温10‑20h，降至室温得到高强耐蚀铝合金。

Description

一种高强耐蚀铝合金的制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种高强耐蚀铝合金的制备方法。
背景技术
铝合金是以铝为基体的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，其他合金元素有镍、铁、钛、锆、钪、银、铬、锂等，具有密度低、强度高、塑性好等优势，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中大量应用。
近些年，随着中国空军、海军的快速转型和不断发展，近海区域和海上制空权对于国家的意义越发重要，因此新型适应近海区域以及海洋性作战气候的飞机的研发任务显得尤为紧迫，在此背景下，针对合金材料的拉伸与屈服强度，均提出了更加严苛的要求，而作为飞机基体主结构材料的铝合金也必须适应这一需求的变化。随着铝合金技术的不断发展，国内外开发了多种用途合金。但是在海水、海洋性复杂环境中使用时，对铝合金的抗拉与屈服性能要求较高，亟待解决。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强耐蚀铝合金的制备方法。
一种高强耐蚀铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料熔化得到预熔料，预熔料的组分含量按质量百分比包括：Mn 0.42-0.57％，Cr 0.12-0.28％，Ti 0.01-0.05％，Si 1.2-1.6％，Cu 0.12-0.28％，Mg 0.15-0.25％，La 0.01-0.02％，V 0.001-0.008％，余量为铝；
S2、向预熔料中加入精炼剂，精炼剂与预熔料中铝含量的质量比为0.1-0.5：1000，充入氮气，调整氮气流量为1.0-1.85m3/h，800-850℃精炼10-15min，除气，静置1-2h，继续精炼2-6min，得到精炼料；
S3、将精炼料经过滤箱过滤后铸造得到铝棒，其中铸造温度为700-750℃，铸造速度为40-60mm/min，冷却水量80-120L/min，500-540℃均质化处理2-4h，经6000t挤压机挤压，其中模温为400-450℃，棒温为500-540℃，挤压速度为4-6m/min，出口温度为460-480℃，水冷至室温，得到预制型材；
S4、将预制型材升温至200-250℃，保温10-20h，降至室温得到高强耐蚀铝合金。
优选地，S1中，Mn元素、Cr元素、Ti元素的质量比为0.44-0.51：0.16-0.24：0.02-0.04。
优选地，S1中，Mn元素、Cr元素、Ti元素满足如下关系：
100×nMn＝(100×nCr+0.07)2+500×nTi+0.25；
其中，nMn为Mn元素在预熔料中所占质量百分比，nCr为Cr元素在预熔料中所占质量百分比，nTi为Ti元素在预熔料中所占质量百分比。
优选地，S2中，精炼剂与预熔料中铝含量的质量比为0.2-0.4：1000。
优选地，S2中，精炼温度为820-840℃，精炼时间为12-14min。
优选地，S2中，精炼剂的组分按质量百分比包括：氯化钠25-35％，氟化钙1-5％，冰晶石2-6％，氮化镁1-2％，六氯乙烷1-2％，稀土0.1-0.15％，余量为氯化钾。
优选地，S3中，均质化处理温度为510-530℃，均质化处理时间为2.5-3.5h。
优选地，S4中，将预制型材升温至220-240℃，保温12-18h。
本发明对预熔料的组分进行优化，将Mn元素含量提升到0.4％以上，Cr元素含量降低至不超过0.28％，而Ti元素的含量在0.01-0.05％之间，通过借助Mn提高结晶温度，配合800-850℃精炼温度，不仅可有效抑制晶粒的增大，达到细化晶粒的目的，有效提高铝合金抗拉性能，但试验发现，当Cr、Ti与Mn不满足100×nMn＝(100×nCr+0.07)2+500×nTi+0.25关系，发现金相组织中析出物不均匀且粗大，由此断定韧性与延展性能差，通过调整Cr与Ti含量范围，金相组织析出物细小且均匀，均质化处理后经过挤压机挤压，不仅壁厚均匀，而且尺寸精度极高，可满足JISH4100特殊级严格要求，并可加速型材中各元素弥散化，促使铝型材形成更加细微稳定的微观结构，拉伸与屈服强度极高，更适用于在海水、海洋性复杂使用环境中使用。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种高强耐蚀铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料熔化得到预熔料，预熔料的组分含量按质量百分比包括：Mn 0.4225％，Cr 0.28％，Ti 0.01％，Si 1.6％，Cu 0.12％，Mg 0.25％，La 0.01％，V 0.008％，余量为铝；
S2、向预熔料中加入精炼剂，精炼剂与预熔料中铝含量的质量比为0.1：1000，充入氮气，调整氮气流量为1.85m3/h，800℃精炼15min，采用除气机除气，转移至静置炉静置1h，继续精炼6min，得到精炼料；
精炼剂的组分按质量百分比包括：氯化钠25％，氟化钙5％，冰晶石2％，氮化镁1-2％，六氯乙烷1-2％，稀土0.1-0.15％，余量为氯化钾；
S3、将精炼料经过滤箱过滤后铸造得到铝棒，其中铸造温度为700-750℃，铸造速度为60mm/min，冷却水量80L/min，540℃均质化处理2h，经6000t挤压机挤压，其中模温为450℃，棒温为500℃，挤压速度为6m/min，出口温度为460℃，水冷至室温，得到预制型材；
S4、将预制型材升温至250℃，保温10h，降至室温得到高强耐蚀铝合金。
对本实施例所得高强耐蚀铝合金采用质量分数为5％的食盐水溶液进行喷雾72h，然后进行性能测试，其结果如下：抗拉强度为288Mpa，屈服强度为238Mpa，延伸率为10％。
实施例2
一种高强耐蚀铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料熔化得到预熔料，预熔料的组分含量按质量百分比包括：Mn 0.5361％，Cr 0.12％，Ti 0.05％，Si 1.2％，Cu 0.28％，Mg 0.15％，La 0.02％，V 0.001％，余量为铝；
S2、向预熔料中加入精炼剂，精炼剂与预熔料中铝含量的质量比为0.5：1000，充入氮气，调整氮气流量为1.0m3/h，850℃精炼10min，采用除气机除气，转移至静置炉静置2h，继续精炼2min，得到精炼料；
精炼剂的组分按质量百分比包括：氯化钠35％，氟化钙1％，冰晶石6％，氮化镁1％，六氯乙烷2％，稀土0.1％，余量为氯化钾；
S3、将精炼料经过滤箱过滤后铸造得到铝棒，其中铸造温度为750℃，铸造速度为40mm/min，冷却水量120L/min，500℃均质化处理4h，经6000t挤压机挤压，其中模温为400℃，棒温为540℃，挤压速度为4m/min，出口温度为480℃，水冷至室温，得到预制型材；
S4、将预制型材升温至200℃，保温20h，降至室温得到高强耐蚀铝合金。
对本实施例所得高强耐蚀铝合金采用质量分数为5％的食盐水溶液进行喷雾72h，然后进行性能测试，其结果如下：抗拉强度为283Mpa，屈服强度为240Mpa，延伸率为11％。
实施例3
一种高强耐蚀铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料熔化得到预熔料，预熔料的组分含量按质量百分比包括：Mn 0.4461％，Cr 0.24％，Ti 0.02％，Si 1.5％，Cu 0.16％，Mg 0.22％，La 0.013％，V 0.007％，余量为铝；
S2、向预熔料中加入精炼剂，精炼剂与预熔料中铝含量的质量比为0.2：1000，充入氮气，调整氮气流量为1.60m3/h，820℃精炼14min，采用除气机除气，转移至静置炉静置1.3h，继续精炼5min，得到精炼料；
精炼剂的组分按质量百分比包括：氯化钠28％，氟化钙4％，冰晶石3％，氮化镁1.7％，六氯乙烷1.2％，稀土0.14％，余量为氯化钾；
S3、将精炼料经过滤箱过滤后铸造得到铝棒，其中铸造温度为720℃，铸造速度为55mm/min，冷却水量90L/min，530℃均质化处理2.5h，经6000t挤压机挤压，其中模温为440℃，棒温为510℃，挤压速度为5.5m/min，出口温度为465℃，水冷至室温，得到预制型材；
S4、将预制型材升温至240℃，保温12h，降至室温得到高强耐蚀铝合金。
对本实施例所得高强耐蚀铝合金采用质量分数为5％的食盐水溶液进行喷雾72h，然后进行性能测试，其结果如下：抗拉强度为295Mpa，屈服强度为244Mpa，延伸率为13％。
实施例4
一种高强耐蚀铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料熔化得到预熔料，预熔料的组分含量按质量百分比包括：Mn 0.5029％，Cr 0.16％，Ti 0.04％，Si 1.3％，Cu 0.24％，Mg 0.18％，La 0.017％，V 0.003％，余量为铝；
S2、向预熔料中加入精炼剂，精炼剂与预熔料中铝含量的质量比为0.4：1000，充入氮气，调整氮气流量为1.25m3/h，840℃精炼12min，采用除气机除气，转移至静置炉静置1.7h，继续精炼3min，得到精炼料；
精炼剂的组分按质量百分比包括：氯化钠32％，氟化钙2％，冰晶石5％，氮化镁1.3％，六氯乙烷1.8％，稀土0.12％，余量为氯化钾；
S3、将精炼料经过滤箱过滤后铸造得到铝棒，其中铸造温度为740℃，铸造速度为45mm/min，冷却水量110L/min，510℃均质化处理3.5h，经6000t挤压机挤压，其中模温为410℃，棒温为530℃，挤压速度为4.5m/min，出口温度为475℃，水冷至室温，得到预制型材；
S4、将预制型材升温至220℃，保温18h，降至室温得到高强耐蚀铝合金。
对本实施例所得高强耐蚀铝合金采用质量分数为5％的食盐水溶液进行喷雾72h，然后进行性能测试，其结果如下：抗拉强度为291Mpa，屈服强度为251Mpa，延伸率为14％。
实施例5
一种高强耐蚀铝合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、将原料熔化得到预熔料，预熔料的组分含量按质量百分比包括：Mn 0.4729％，Cr 0.2％，Ti 0.03％，Si 1.4％，Cu 0.2％，Mg 0.2％，La 0.015％，V 0.005％，余量为铝；
S2、向预熔料中加入精炼剂，精炼剂与预熔料中铝含量的质量比为0.3：1000，充入氮气，调整氮气流量为1.45m3/h，830℃精炼13min，采用除气机除气，转移至静置炉静置1.5h，继续精炼4min，得到精炼料；
精炼剂的组分按质量百分比包括：氯化钠30％，氟化钙3％，冰晶石4％，氮化镁1.5％，六氯乙烷1.5％，稀土0.13％，余量为氯化钾；
S3、将精炼料经过滤箱过滤后铸造得到铝棒，其中铸造温度为730℃，铸造速度为50mm/min，冷却水量100L/min，520℃均质化处理3h，经6000t挤压机挤压，其中模温为425℃，棒温为520℃，挤压速度为5m/min，出口温度为470℃，水冷至室温，得到预制型材；
S4、将预制型材升温至230℃，保温15h，降至室温得到高强耐蚀铝合金。
对本实施例所得高强耐蚀铝合金采用质量分数为5％的食盐水溶液进行喷雾72h，然后进行性能测试，其结果如下：抗拉强度为296Mpa，屈服强度为255Mpa，延伸率为15％。
而传统铝型材采用相同的测试条件，其性能结果如下：抗拉强度为248Mpa，屈服强度为206Mpa，延伸率为7％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将原料熔化得到预熔料，预熔料的组分含量按质量百分比包括：Mn 0.42-0.57％，Cr 0.12-0.28％，Ti 0.01-0.05％，Si 1.2-1.6％，Cu 0.12-0.28％，Mg 0.15-0.25％，La0.01-0.02％，V 0.001-0.008％，余量为铝；
S2、向预熔料中加入精炼剂，精炼剂与预熔料中铝含量的质量比为0.1-0.5：1000，充入氮气，调整氮气流量为1.0-1.85m3/h，800-850℃精炼10-15min，除气，静置1-2h，继续精炼2-6min，得到精炼料；
S3、将精炼料经过滤箱过滤后铸造得到铝棒，其中铸造温度为700-750℃，铸造速度为40-60mm/min，冷却水量80-120L/min，500-540℃均质化处理2-4h，经6000t挤压机挤压，其中模温为400-450℃，棒温为500-540℃，挤压速度为4-6m/min，出口温度为460-480℃，水冷至室温，得到预制型材；
S4、将预制型材升温至200-250℃，保温10-20h，降至室温得到高强耐蚀铝合金；
其中，S1中，Mn元素、Cr元素、Ti元素满足如下关系：
100×nMn＝(100×nCr+0.07)2+500×nTi+0.25；
其中，nMn为Mn元素在预熔料中所占质量百分比，nCr为Cr元素在预熔料中所占质量百分比，nTi为Ti元素在预熔料中所占质量百分比。
2.根据权利要求1所述高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，S1中，Mn元素、Cr元素、Ti元素的质量比为0.44-0.51：0.16-0.24：0.02-0.04。
3.根据权利要求1所述高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，S2中，精炼剂与预熔料中铝含量的质量比为0.2-0.4：1000。
4.根据权利要求1所述高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，S2中，精炼温度为820-840℃，精炼时间为12-14min。
5.根据权利要求1所述高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，S2中，精炼剂的组分按质量百分比包括：氯化钠25-35％，氟化钙1-5％，冰晶石2-6％，氮化镁1-2％，六氯乙烷1-2％，稀土0.1-0.15％，余量为氯化钾。
6.根据权利要求1所述高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，S3中，均质化处理温度为510-530℃，均质化处理时间为2.5-3.5h。
7.根据权利要求1所述高强耐蚀铝合金的制备方法，其特征在于，S4中，将预制型材升温至220-240℃，保温12-18h。
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