CN112962006A - 一种高强度、耐长期热稳定铝合金型材的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度、耐长期热稳定铝合金型材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)铝合金铸造；(2)铸锭Ⅰ均质处理；(3)铸锭Ⅱ检验；(4)铸锭Ⅲ挤压成型；(5)型材拉伸及时效处理，获得成品。该方法中，通过提高铝合金中的Cu和Ti的含量并结合本发明提供的制造方法，有效提高了铝合金的屈服强度和热稳定性，且在长时间的高温环境下，能够保证力学性能稳定，经多次复现操作，均能够满足汽车发动机附近零部件在长时间(1000h)高温(150℃)工作状态下，屈服强度≥305MPa。

Description

一种高强度、耐长期热稳定铝合金型材的制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金制造技术领域，具体涉及一种高强度、耐长期热稳定铝合金型材的制造方法。
背景技术
随着世界机械制造技术的快速发展，新技术、新材料、新工艺、新产品层出不穷，对铝合金型材的需求量越来越大，铝合金型材广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等方面，而随着铝合金型材在制造业中的使用越来越多，对铝合金型材的要求也越来越高。
以铝合金在汽车制造行业的应用来说，有效减轻了汽车自重、降低油耗，提高汽车的竞争力。铝合金在汽车制造中，常被用于发动机制造中，在汽车运行过程中，处于发动机处的铝合金型材具有长期处于高温环境下的特点，而铝合金在高温环境下长期使用时会产生强度降低的问题，因此，如何有效地解决铝合金型材在高温环境下长时间运行后强度降低的问题，是现在行业内研究的重点。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种高强度、耐长期热稳定铝合金型材的制造方法，该方法中，通过提高铝合金中的Cu和Ti的含量并结合本发明提供的制造方法，有效提高了铝合金的屈服强度和热稳定性，且在长时间的高温环境下，能够保证力学性能稳定，经多次复现操作，均能够满足汽车发动机附近零部件在长时间(1000h)高温(150℃)工作状态下，屈服强度≥305MPa。
本发明的技术方案如下：
一种高强度、耐长期热稳定铝合金型材的制造方法，包括以下步骤：
(1)铝合金铸造；(2)铸锭Ⅰ均质处理；(3)铸锭Ⅱ检验；(4)铸锭Ⅲ挤压成型；(5)型材拉伸及时效处理，获得成品。
进一步的，铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 1.10-1.20％，Fe0.15-0.20％，Cu 0.30-0.35％，Mn 0.60-0.65％，Mg 0.80-0.90％，Cr 0.15-0.20％，Zn≤0.10％，Ti≤0.10％，余量为Al及不可避免的杂质。
优选的，在步骤(1)中，按照铝合金配料表备料，控制熔炼温度为740-750℃，熔炼时间为6-8h，液体扒渣、除气，获得熔液，将熔液进行精炼，精炼过程控制温度为740-745℃，静置时间为15-20min，获得铝液，将铝液采用采用30+50ppi过滤板双级过滤后铸造成铸锭Ⅰ。
优选的，在步骤(2)中，均质温度为510±10℃，保温时间为8-9h，大风冷却20-40min后，使用水冷至室温；铸锭Ⅰ经上述处理后，获得铸锭Ⅱ。
优选的，步骤(3)的过程为：将均质处理后的铸锭Ⅱ进行车皮、切头、切尾，获得铸锭Ⅲ，铸锭Ⅲ直径为228/203mm，长度为550-600mm；对铸锭Ⅲ进行成分、低倍和金相分析，其中，低倍分析要求疏松1级或优于1级，晶粒度1级或优于1级，偏析层深度控制在3mm以内，金相组织要求无过烧，化学成分低倍、和高倍合格后切毛料。
优选的，在步骤(4)中，挤压选用36MN铝挤压机，挤压筒直径320mm，挤压过程为：将制备的铸锭Ⅲ加热到520±5℃，迅速装入挤压筒，挤压温度为520±5℃，挤压速度2±0.5m/min；挤压完成后，在线淬火，淬火温度为540-550℃，淬火速度为300-350℃/分。
优选的，在步骤(5)中，将型材依次进行压直处理、拉伸处理和时效处理，获得成品。
优选的，在拉伸处理中，控制拉伸率在0.5-3.0％之间。
优选的，在时效处理过程中，时效温度为175℃，保温10小时，出时效炉，获得成品。
对成品进行检测，成品铝合金型材的屈服强度≥385MPa；对铝合金型材检测合格后，进行包装。
本发明的设计基于6系铝合金进行设置，相较于现有的6系铝合金，提高了铝合金成分中Cu和Ti的含量，在合金中形成大量弥散分布且具有热稳定性的析出相θ(Al2Cu)，同时较高的Ti含量，使得合金的析出相θ(Al2Cu)细小而均匀，从而起到弥散强化作用，提高了合金的耐热稳定性能。结合本发明提供的制造方法，获得了在长时间的高温环境下仍具有力学性能稳定的铝合金型材。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明中，提高铝合金中的Cu和Ti的含量并结合本发明提供的制造方法，有效提高了铝合金的屈服强度和热稳定性，且在长时间的高温环境下，能够保证力学性能稳定。
2、对本发明获得的铝合金型材进行短期热稳定性测试，测试条件为1h、205℃环境下，铝合金型材强度稳定，屈服强度≥305MPa；对铝合金型材进行长期热稳定测试，测试条件为1000h、150℃环境下，铝合金型材强度稳定，屈服强度≥305MPa。
3、通过对本发明获得的铝合金型材进行检测，可以确定本发明获得的铝合金型材具有强度高、长期高温条件下热稳定的优点，适用于汽车发动机周围零部件使用。
4、本发明提供的制造方法适于工业批量生产，过程易控，相较于现有技术，生产效率提高15-21％。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种高强度、耐长期热稳定铝合金型材的制造方法，包括以下步骤：
(1)铝合金铸造：
铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 1.16％，Fe 0.17％，Cu 0.33％，Mn0.62％，Mg 0.87％，Cr 0.17％，Zn 0.01％，Ti 0.02％，余量为Al及不可避免的杂质；
按照铝合金配料表备料，控制熔炼温度为745℃，熔炼时间为7h，液体扒渣、除气，获得熔液，将熔液进行精炼，精炼过程控制温度为740-745℃，静置时间为15-20min，获得铝液，将铝液采用采用30+50ppi过滤板双级过滤后铸造成铸锭Ⅰ；
(2)铸锭Ⅰ均质处理：均质温度为510±10℃，保温时间为8-9h，大风冷却30min后，使用水冷至室温；铸锭Ⅰ经上述处理后，获得铸锭Ⅱ
(3)铸锭Ⅱ检验：将均质处理后的铸锭Ⅱ进行车皮、切头、切尾，获得铸锭Ⅲ，铸锭Ⅲ直径为228/203mm，长度为550mm；对铸锭Ⅲ进行成分、低倍和金相分析，其中，低倍分析要求疏松1级或优于1级，晶粒度1级或优于1级，偏析层深度控制在3mm以内，金相组织要求无过烧，低倍、化学成分和高倍合格后切毛料；
(4)铸锭Ⅲ挤压成型：挤压选用36MN铝挤压机，挤压筒直径320mm，挤压过程为：将制备的铸锭Ⅲ加热到520±5℃，迅速装入挤压筒，挤压温度为520±5℃，挤压速度2±0.5m/min；挤压完成后，在线淬火，淬火温度为545℃，淬火速度为330℃/分，获得型材；
(5)型材拉伸及时效处理：将型材依次进行压直处理、拉伸处理和时效处理，在拉伸处理中，控制拉伸率为1.7％；在时效处理过程中，时效温度为175℃，保温10小时，出时效炉，获得成品；
(6)对成品进行检测，合格后包装。
对成品铝合金型材检测，屈服强度为408MPa。
对获得的成品铝合金型材进行短期热稳定性测试，屈服强度为394MPa；对铝合金型材进行长期热稳定测试，屈服强度为329MPa。
对比例1
与实施例1的区别在于，降低Cu的添加量，为0.27％。
对成品铝合金型材检测，屈服强度为365MPa。
对获得的成品铝合金型材进行短期热稳定性测试，屈服强度为344MPa；对铝合金型材进行长期热稳定测试，屈服强度为271MPa。
对比例2
与实施例1的区别在于，降低Ti的添加量，为0.01％。
对成品铝合金型材检测，屈服强度为372MPa。
对获得的成品铝合金型材进行短期热稳定性测试，屈服强度为358MPa；对铝合金型材进行长期热稳定测试，屈服强度为286MPa。
对比例3
与实施例1的区别在于，同时增加Cu和Ti的添加量，分别为Cu 0.37％、Ti 0.12％。
对成品铝合金型材检测，屈服强度为341MPa。
对获得的成品铝合金型材进行短期热稳定性测试，屈服强度为324MPa；对铝合金型材进行长期热稳定测试，屈服强度为259MPa。
实施例2
与实施例1的区别在于：
在步骤(1)中，铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 1.10％，Fe 0.15％，Cu0.30％，Mn 0.60％，Mg 0.80％，Cr 0.15％，Zn 0.05％，Ti 0.05％，余量为Al及不可避免的杂质；
在步骤(1)中，按照铝合金配料表备料，控制熔炼温度为740℃，熔炼时间为6h，液体扒渣、除气，获得熔液，将熔液进行精炼，精炼过程控制温度为740℃，静置时间为15min，获得铝液，将铝液采用采用30+50ppi过滤板双级过滤后铸造成铸锭Ⅰ；
在步骤(3)中，铸锭Ⅲ的长度为600mm；对铸锭Ⅲ进行成分、低倍和金相分析，其中，低倍分析要求疏松1级或优于1级，晶粒度1级或优于1级，偏析层深度控制在3mm以内，金相组织要求无过烧，低倍、化学成分和高倍合格后切毛料；
在步骤(4)中，挤压完成后，在线淬火，淬火温度为550℃，淬火速度为350℃/分；
在步骤(5)的拉伸处理中，控制拉伸率为0.5％。
对成品铝合金型材检测，屈服强度为392MPa。
对获得的成品铝合金型材进行短期热稳定性测试，屈服强度为375MPa；对铝合金型材进行长期热稳定测试，屈服强度为316MPa。
实施例3
与实施例1的区别在于：
在步骤(1)中，铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 1.20％，Fe 0.20％，Cu0.35％，Mn 0.65％，Mg 0.90％，Cr 0.20％，Zn 0.03％，Ti 0.10％，余量为Al及不可避免的杂质；
在步骤(1)中，按照铝合金配料表备料，控制熔炼温度为750℃，熔炼时间为8h，液体扒渣、除气，获得熔液，将熔液进行精炼，精炼过程控制温度为745℃，静置时间为20min，获得铝液，将铝液采用采用30+50ppi过滤板双级过滤后铸造成铸锭Ⅰ。
在步骤(2)中，均质温度为510±10℃，保温时间为8-9h，大风冷却30min后，使用水冷至室温；铸锭Ⅰ经上述处理后，获得铸锭Ⅱ；
步骤(3)的过程为：铸锭Ⅲ的长度为550mm；
在步骤(4)中，挤压完成后，在线淬火，淬火温度为540℃，淬火速度为300℃/分；
在步骤(5)的拉伸处理中，控制拉伸率为3.0％。
对成品铝合金型材检测，屈服强度为382MPa。
对获得的成品铝合金型材进行短期热稳定性测试，屈服强度为369MPa；对铝合金型材进行长期热稳定测试，屈服强度为308MPa。
测量实施例1-3获得的铝合金型材的表面尺寸，型材尺寸均符合要求，这说明使用本发明提供的制造方法获得的铝合金型材，具有批次间质量一致的优点，适于工厂自动化生产，提高生产效率。
尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种高强度、耐长期热稳定铝合金型材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)铝合金铸造；(2)铸锭Ⅰ均质处理；(3)铸锭Ⅱ检验；(4)铸锭Ⅲ挤压成型；(5)型材拉伸及时效处理，获得成品。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si：1.10-1.20％，Fe：0.15-0.20％，Cu：0.30-0.35％，Mn：0.60-0.65％，Mg：0.80-0.90％，Cr：0.15-0.20％，Zn≤0.10％，Ti≤0.10％，余量为Al及不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中，按照铝合金配料表备料，控制熔炼温度为740-750℃，熔炼时间为6-8h，液体扒渣、除气，获得熔液，将熔液进行精炼，精炼过程控制温度为740-745℃，静置时间为15-20min，获得铝液，将铝液采用采用30+50ppi过滤板双级过滤后铸造成铸锭Ⅰ。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，均质温度为510±10℃，保温时间为8-9h，大风冷却20-40min后，使用水冷至室温；铸锭Ⅰ经上述处理后，获得铸锭Ⅱ。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤(3)的过程为：将均质处理后的铸锭Ⅱ进行车皮、切头、切尾，获得铸锭Ⅲ，铸锭Ⅲ直径为228/203mm，长度为550-600mm。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，挤压选用36MN铝挤压机，挤压筒直径320mm，挤压过程为：将制备的铸锭Ⅲ加热到520±5℃，迅速装入挤压筒，挤压温度为520±5℃，挤压速度2±0.5m/min；挤压完成后，在线淬火，淬火温度为540-550℃，淬火速度为300-350℃/分。
7.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤(5)中，将型材依次进行压直处理、拉伸处理和时效处理，获得成品。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在拉伸处理中，控制拉伸率在0.5-3.0％之间。
9.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在时效处理过程中，时效温度为175℃，保温10小时，出时效炉，获得成品。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210615

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