CN113337758A - 一种轻质高强度铝合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质高强度铝合金材料，包含以下各成分的重量百分比原料：硅：0.24～0.32％、铁：0.015～0.04％、锂：0.13～0.22％、锶：0.06～0.11％、钼：0.03～0.08％、钪：0.02～0.06％、铒：0.03～0.09％、钛0.01～0.015％、碲：0.008～0.022％、磷：0.005～0.009％，余量为铝。通过对铝合金板材所含元素成分的巧妙选用及其制备工艺的创造性改进，使制得的铝合金材料具备以下特性及优点：抗拉强度及屈服强度高，弹性模量大，韧性好，力学性能优良；可塑性强，延伸率高，加工性能优异；耐高温耐腐蚀，且抗腐蚀性能强、经久耐用，并且其制备方法简便，适宜推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，更具体为一种轻质高强度铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝是产量仅次于钢铁的第二大类金属材料，由于性能好，用途广，需量大，且回收成本低，被誉为“万能金属”。统计表明：我国现有124个产业中有113个行业使用铝制品，产业关联度高达91％，因而铝产业是国民经济持续发展的重要支柱性原材料产业之一。铝微通道换热器管是一种应用于空调系统新型环保制冷剂承载管道部件(材料)，首先在汽车空调系统上获得强制使用(欧盟规定为1996年，中国规定为2002年)，随着国家汽车产业的振兴发展，带动了对高质量的汽车热交换管(空调铝扁管)的需求迅猛增长。
以铝为基添加一定量其他合金化元素的合金，是轻金属材料之一。铝合金除具有铝的一般特性外，由于添加合金化元素的种类和数量的不同又具有一些合金的具体特性。铝合金的密度为2.63～2.85g/cm，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性，可作结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有着广泛的应用。
目前，现有的铝合金的抗拉强度、屈服强度低，弹性模量差，韧性差，不能满足强度需求高、弹性模量大的情况使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻质高强度铝合金材料及其制备方法，解决现有的铝合金的抗拉强度、屈服强度低，弹性模量差，韧性差，不能满足强度需求高、弹性模量大的情况使用的问题，满足实际使用需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轻质高强度铝合金材料，包含以下各成分的重量百分比原料：硅：0.24～0.32％、铁：0.015～0.04％、锂：0.13～0.22％、锶：0.06～0.11％、钼：0.03～0.08％、钪：0.02～0.06％、铒：0.03～0.09％、钛0.01～0.015％、碲：0.008～0.022％、磷：0.005～0.009％，余量为铝。
作为本发明的一种优选实施方式，按照以下各成分的重量百分比称取原料：硅：0.28％、铁：0.025％、锂：0.18％、钼：0.05％、锶：0.08％、钪：0.04％、铒：0.06％、钛0.013％、碲：0.012％、磷：0.007％，余量为铝。
作为本发明的一种优选实施方式，所述轻质高强度铝合金的制备方法包括如下步骤：
步骤一：先将铁、锂、锶、钪置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铁锂锶钪合金液，820～880℃，熔炼时间为30～40min；
然后将铒、钛、碲、钼置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铒钛碲钼合金液，850～950℃，熔炼时间为20～40min；
最后将铝、磷、硅置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铝磷硅合金液，720～840℃，熔炼时间为30～60min；
步骤二：对铝磷硅合金液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；
步骤三：将铝磷硅合金精炼液置入真空中频感应熔炼炉，将铒钛碲钼合金液和铁锂锶钪合金液置入铝磷硅合金精炼液并混合，混合时间为10～20min，并在混合过程中进行升温，然后将铝磷硅合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铝磷硅合金精炼液，并保温；
步骤四：持续调节真空中频感应熔炼炉的工作功率，使其温度继续降低，然后将真空中频感应熔炼炉中的溶液浇注到铸模中，待其成型，即可得到高强度铝合金板材；
步骤五：最后对铝合金板材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装。
作为本发明的一种优选实施方式，所述精炼剂为JGJ—1型精炼剂，且精炼剂相当于铝合金熔体重量的0.35～0.51％。
作为本发明的一种优选实施方式，所述浇铸温度为770～830℃、铸造速度为100～115mm/min、冷却水温度为10～25℃、冷却水强度为0.11～0.14MPa。
作为本发明的一种优选实施方式，步骤三中，真空中频感应熔炼炉升温至880℃，保温时间为60min。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过对铝合金板材所含元素成分的巧妙选用及其制备工艺的创造性改进，使制得的铝合金材料具备以下特性及优点：抗拉强度及屈服强度高，弹性模量大，韧性好，力学性能优良；可塑性强，延伸率高，加工性能优异；耐高温耐腐蚀，且抗腐蚀性能强、经久耐用，并且其制备方法简便，适宜推广应用。
具体实施方式
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，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种轻质高强度铝合金材料，包括以下各成分的重量百分比称取原料：硅：0.28％、铁：0.025％、锂：0.18％、钼：0.05％、锶：0.08％、钪：0.04％、铒：0.06％、钛0.013％、碲：0.012％、磷：0.007％，余量为铝。
进一步改进地，轻质高强度铝合金的制备方法包括如下步骤：
步骤一：先将铁、锂、锶、钪置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铁锂锶钪合金液，860℃，熔炼时间为35min；
然后将铒、钛、碲、钼置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铒钛碲钼合金液，900℃，熔炼时间为30min；
最后将铝、磷、硅置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铝磷硅合金液，800℃，熔炼时间为40min；
步骤二：对铝磷硅合金液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；
步骤三：将铝磷硅合金精炼液置入真空中频感应熔炼炉，将铒钛碲钼合金液和铁锂锶钪合金液置入铝磷硅合金精炼液并混合，混合时间为15min，并在混合过程中进行升温，然后将铝磷硅合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铝磷硅合金精炼液，并保温；
步骤四：持续调节真空中频感应熔炼炉的工作功率，使其温度继续降低，然后将真空中频感应熔炼炉中的溶液浇注到铸模中，待其成型，即可得到高强度铝合金板材；
步骤五：最后对铝合金板材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装。
进一步改进地，精炼剂为JGJ—1型精炼剂，且精炼剂相当于铝合金熔体重量的0.40％。
进一步改进地，浇铸温度为810℃、铸造速度为110mm/min、冷却水温度为20℃、冷却水强度为0.12MPa。
进一步改进地，步骤三中，真空中频感应熔炼炉升温至880℃，保温时间为60min。
使用效果：。
实施例2
一种轻质高强度铝合金材料，包括以下各成分的重量百分比称取原料：硅：0.24％、铁：0.015％、锂：0.13％、锶：0.06％、钼：0.03％、钪：0.02％、铒：0.03％、钛0.01％、碲：0.008％、磷：0.005％，余量为铝。
进一步改进地，轻质高强度铝合金的制备方法包括如下步骤：
步骤一：先将铁、锂、锶、钪置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铁锂锶钪合金液，820℃，熔炼时间为30min；
然后将铒、钛、碲、钼置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铒钛碲钼合金液，850℃，熔炼时间为20min；
最后将铝、磷、硅置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铝磷硅合金液，720℃，熔炼时间为30min；
步骤二：对铝磷硅合金液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；
步骤三：将铝磷硅合金精炼液置入真空中频感应熔炼炉，将铒钛碲钼合金液和铁锂锶钪合金液置入铝磷硅合金精炼液并混合，混合时间为10min，并在混合过程中进行升温，然后将铝磷硅合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铝磷硅合金精炼液，并保温；
步骤四：持续调节真空中频感应熔炼炉的工作功率，使其温度继续降低，然后将真空中频感应熔炼炉中的溶液浇注到铸模中，待其成型，即可得到高强度铝合金板材；
步骤五：最后对铝合金板材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装。
进一步改进地，精炼剂为JGJ—1型精炼剂，且精炼剂相当于铝合金熔体重量的0.35％。
进一步改进地，浇铸温度为770℃、铸造速度为100mm/min、冷却水温度为10℃、冷却水强度为0.11MPa。
进一步改进地，步骤三中，真空中频感应熔炼炉升温至880℃，保温时间为60min。
实施例3
一种轻质高强度铝合金材料，包括以下各成分的重量百分比称取原料：硅：0.32％、铁：0.04％、锂：0.22％、锶：0.11％、钼：0.08％、钪：0.06％、铒：0.09％、钛0.015％、碲：0.022％、磷：0.009％，余量为铝。
进一步改进地，轻质高强度铝合金的制备方法包括如下步骤：
步骤一：先将铁、锂、锶、钪置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铁锂锶钪合金液，880℃，熔炼时间为40min；
然后将铒、钛、碲、钼置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铒钛碲钼合金液，950℃，熔炼时间为40min；
最后将铝、磷、硅置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铝磷硅合金液，840℃，熔炼时间为60min；
步骤二：对铝磷硅合金液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；
步骤三：将铝磷硅合金精炼液置入真空中频感应熔炼炉，将铒钛碲钼合金液和铁锂锶钪合金液置入铝磷硅合金精炼液并混合，混合时间为20min，并在混合过程中进行升温，然后将铝磷硅合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铝磷硅合金精炼液，并保温；
步骤四：持续调节真空中频感应熔炼炉的工作功率，使其温度继续降低，然后将真空中频感应熔炼炉中的溶液浇注到铸模中，待其成型，即可得到高强度铝合金板材；
步骤五：最后对铝合金板材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装。
进一步改进地，精炼剂为JGJ—1型精炼剂，且精炼剂相当于铝合金熔体重量的0.51％。
进一步改进地，浇铸温度为830℃、铸造速度为115mm/min、冷却水温度为25℃、冷却水强度为0.14MPa。
进一步改进地，步骤三中，真空中频感应熔炼炉升温至880℃，保温时间为60min。
实施例4
一种轻质高强度铝合金材料，包括以下各成分的重量百分比称取原料：硅：0.28％、铁：0.025％、锂：0.18％、锶：0.08％、钪：0.04％、铒：0.06％、碲：0.012％、磷：0.007％，余量为铝。
进一步改进地，轻质高强度铝合金的制备方法包括如下步骤：
步骤一：先将铁、锂、锶、钪置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铁锂锶钪合金液，860℃，熔炼时间为35min；
然后将铒、碲置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铒碲合金液，900℃，熔炼时间为30min；
最后将铝、磷、硅置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铝磷硅合金液，800℃，熔炼时间为40min；
步骤二：对铝磷硅合金液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；
步骤三：将铝磷硅合金精炼液置入真空中频感应熔炼炉，将铒碲合金液和铁锂锶钪合金液置入铝磷硅合金精炼液并混合，混合时间为15min，并在混合过程中进行升温，然后将铝磷硅合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铝磷硅合金精炼液，并保温；
步骤四：持续调节真空中频感应熔炼炉的工作功率，使其温度继续降低，然后将真空中频感应熔炼炉中的溶液浇注到铸模中，待其成型，即可得到高强度铝合金板材；
步骤五：最后对铝合金板材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装。
进一步改进地，精炼剂为JGJ—1型精炼剂，且精炼剂相当于铝合金熔体重量的0.40％。
进一步改进地，浇铸温度为810℃、铸造速度为110mm/min、冷却水温度为20℃、冷却水强度为0.12MPa。
进一步改进地，步骤三中，真空中频感应熔炼炉升温至880℃，保温时间为60min。
实施例5
一种轻质高强度铝合金材料，包括以下各成分的重量百分比称取原料：硅：0.28％、铁：0.025％、锂：0.18％、钼：0.05％、锶：0.08％、钪：0.04％、铒：0.06％、钛0.013％、碲：0.012％、磷：0.007％，余量为铝。
进一步改进地，轻质高强度铝合金的制备方法包括如下步骤：
步骤一：先将铁、锂、锶、钪置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铁锂锶钪合金液，860℃，熔炼时间为35min；
然后将铒、钛、碲、钼置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铒钛碲钼合金液，900℃，熔炼时间为30min；
最后将铝、磷、硅置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铝磷硅合金液，800℃，熔炼时间为40min；
步骤二：将铝磷硅合金精炼液置入真空中频感应熔炼炉，将铒钛碲钼合金液和铁锂锶钪合金液置入铝磷硅合金精炼液并混合，混合时间为15min，并在混合过程中进行升温，并保温；
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步骤四：最后对铝合金板材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装。
进一步改进地，浇铸温度为810℃、铸造速度为110mm/min、冷却水温度为20℃、冷却水强度为0.12MPa。
进一步改进地，步骤三中，真空中频感应熔炼炉升温至880℃，保温时间为60min。
具体地，对上述实施例1-5所生产的铝合金板材进行性能测试，详细结果见下表：
| 实验组 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 弹性模量/GPa | 延伸率/％ |
| 实施例1 | 702 | 566 | 126 | 17.5 |
| 实施例2 | 689 | 563 | 125 | 17.3 |
| 实施例3 | 700 | 552 | 126 | 17.5 |
| 实施例4(对比例) | 676 | 555 | 124 | 17.2 |
| 实施例5(对比例) | 661 | 550 | 123 | 17.1 |
从上表对比及内容可以得知，实施例1-3中所制得的铝合金板材的抗拉强度、屈服强度、弹性模量和延伸率较好，其中实施例1中制得的铝合金板材最佳。
相比现有技术本发明的铝合金材料整体性能提升显著，大大拓宽了该种铝合金材料的应用领域，延长其使用寿命，进而满足了市场对高性能铝合金的迫切需求
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种轻质高强度铝合金材料，其特征在于：包含以下各成分的重量百分比原料：硅：0.24～0.32％、铁：0.015～0.04％、锂：0.13～0.22％、锶：0.06～0.11％、钼：0.03～0.08％、钪：0.02～0.06％、铒：0.03～0.09％、钛0.01～0.015％、碲：0.008～0.022％、磷：0.005～0.009％，余量为铝。
2.根据权利要求1所述一种轻质高强度铝合金材料，其特征在于：按照以下各成分的重量百分比称取原料：硅：0.28％、铁：0.025％、锂：0.18％、钼：0.05％、锶：0.08％、钪：0.04％、铒：0.06％、钛0.013％、碲：0.012％、磷：0.007％，余量为铝。
3.根据权利要求1-2所述一种轻质高强度铝合金材料，其特征在于：所述轻质高强度铝合金的制备方法包括如下步骤：
步骤一：先将铁、锂、锶、钪置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铁锂锶钪合金液，820～880℃，熔炼时间为30～40min；
然后将铒、钛、碲、钼置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铒钛碲钼合金液，850～950℃，熔炼时间为20～40min；
最后将铝、磷、硅置入真空非自耗电弧炉熔炼制备铝磷硅合金液，720～840℃，熔炼时间为30～60min；
步骤二：对铝磷硅合金液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；
步骤三：将铝磷硅合金精炼液置入真空中频感应熔炼炉，将铒钛碲钼合金液和铁锂锶钪合金液置入铝磷硅合金精炼液并混合，混合时间为10～20min，并在混合过程中进行升温，然后将铝磷硅合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铝磷硅合金精炼液，并保温；
步骤四：持续调节真空中频感应熔炼炉的工作功率，使其温度继续降低，然后将真空中频感应熔炼炉中的溶液浇注到铸模中，待其成型，即可得到高强度铝合金板材；
步骤五：最后对铝合金板材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装。
4.根据权利要求3所述一种轻质高强度铝合金材料制备方法，其特征在于：所述精炼剂为JGJ—1型精炼剂，且精炼剂相当于铝合金熔体重量的0.35～0.51％。
5.根据权利要求3所述一种轻质高强度铝合金材料制备方法，其特征在于：所述浇铸温度为770～830℃、铸造速度为100～115mm/min、冷却水温度为10～25℃、冷却水强度为0.11～0.14MPa。
6.根据权利要求3所述一种轻质高强度铝合金材料制备方法，其特征在于：步骤三中，真空中频感应熔炼炉升温至880℃，保温时间为60min。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| US5484492A (en) * | 1989-08-09 | 1996-01-16 | Comalco Aluminum Limited | Al-Si alloys and method of casting |
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| CN112626379A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-09 | 江苏轩辕特种材料科技有限公司 | 一种高强度轻质铝硼合金板材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-04-23 CN CN202110441994.0A patent/CN113337758A/zh active Pending
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