CN113549796A - 一种门窗用高强度铝合金及其制造方法 - Google Patents

一种门窗用高强度铝合金及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种门窗用高强度铝合金及其制作方法，所述门窗用高强度铝合金包括以下质量百分含量的组分：Zn 0.01‑0.08％，Mg 2.5‑2.8％，Cu 1.0‑1.5％，Cr 0.2‑0.25％，Mn 0.01‑0.05％，Si 0.01‑0.05％，Fe 0.1‑0.2％，Zr 0.01‑0.04%，Pt 0.001‑0.003%，余量为Al及不可避免的杂质。本发明能够提高铝合金的强度和断裂韧性，使用寿命长。

Description

一种门窗用高强度铝合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种门窗用高强度铝合金及其制造方法。
背景技术
铝合金是以铝为基体元素的合金组成，主要包括的合金元素有铜、硅、镁、锌、锰。铝合金的密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，是在家居、汽车、机械制造、船舶及化学工业中应用最广泛的一类有色金属材料，其使用量仅次于钢。
自上世纪中叶以来，为了提高Al-Zn-Mg系铝合金的力学性能，并解决高锌、高镁铝合金中严重存在的应力腐蚀问题，国外在该类铝合金中添加Cu、Cr、Mn等元素，由此产生了一系列的新型Al-Zn-Mg-Cu高强度铝合金。它由于具有高的比强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、高断裂韧度，以及高抗应力腐蚀能力等优点而广泛应用于家居行业中。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种门窗用高强度铝合金及其制作方法，能够提高铝合金的强度和断裂韧性，使用寿命长。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种门窗用高强度铝合金，包括以下质量百分含量的组分：Zn 0.01-0.08％，Mg2.5-2.8％， Cu 1.0-1.5％，Cr 0.2-0.25％，Mn 0.01-0.05％，Si 0.01-0.05％，Fe 0.1-0.2％，Zr 0.01- 0.04％，Pt 0.001-0.003％，余量为Al及不可避免的杂质。
优选地，包括以下质量百分含量的组分：Zn 0.04％，Mg 2.6％，Cu 1.2％，Cr0.24％，Mn 0.02％，Si 0.02％，Fe 0.1％，Zr 0.04％，Pt 0.002％，余量为Al及不可避免的杂质。
一种门窗用高强度铝合金的制造方法，包括：
将高强度铝合金组成对应质量百分含量的原料依次进行熔炼铸造、多级均质化处理、固溶处理、水淬和时效处理，即得所述高强度铝合金。
优选地，所述熔炼铸造的具体步骤为：将熔铝炉加热到850℃，当炉温达到820℃-830℃时，加入对应质量百分含量的原料，热处理后，浇铸到铸模中形成铸锭。
优选地，所述热处理的具体步骤为：升高温度到900℃，保温30min，搅拌均匀，将温度降低到700℃，静置保温60min左右加入六氯乙烷除气30min后，浇铸到铸模中形成铸锭。
优选地，所述多级均质化处理为三次逐级升温均质化处理工艺。
优选地，所述三次逐级升温均质化处理工艺具体为：
第一级均质化处理的温度为470-500℃，保温时间为6h；
第二级均质化处理的温度为520-540℃，保温时间为6h；
第三级均质化处理的温度为550-560℃，保温时间为12h。
优选地，所述固溶处理的具体步骤为：温度为420-440℃，保温时间为2h。
优选地，所述水淬的具体步骤为：温度为30℃，水淬时间为5-10s。
优选地，所述时效处理的具体步骤为：在水淬后72小时内进行时效处理，时效工艺的温度为150℃，保温时间为12h。。
本发明Pt包裹在初生的Al6(Mn,Fe)相周围，可以一定程度上抑制Al6(Mn,Fe)相的生长，同时由于Pt和Zr的加入，在合金晶内和晶界上可以析出Al3(Pt,Zr)粒子，能对基体起到很好的弥散强化作用，还能够钉扎晶界并抑制再结晶和晶粒长大，在后续的固溶时效过程中能够较好的保留位错和小角度晶界强化效果，促进合金中η'相的形核，提高η'相的数量密度，促进η'相向η相转变，以提高合金强度和断裂韧性。
Mg2Si相沿晶界呈网状分布，对合金塑性的破坏极大，因此，Mg2Si相在铝合金中是一种有害相。本发明三次逐级升温均质化处理工艺能够促进Mg2Si相的溶解，经过高温下长时间保温，Mg原子和Si原子由晶界扩散至α-Al的晶格中，提高基体中Mg元素的固溶度，使Mg2Si相发生不同程度的溶解，使得Mg2Si相的网状分布被打破，在后续固溶处理过程中，促进Mg2Si相网状结构的消失，一方面能够使得更多的溶质元素(Mg、Si)重新固溶到α-Al的晶格之中，增强合金固溶强化效果；另一方面达到避免Mg2Si相网状结构对合金塑性损害的目的，从而稳定合金强度和断裂韧性。
具体实施方式
下面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。
实施例一：
一种门窗用高强度铝合金，包括以下质量百分含量的组分：包括以下质量百分含量的组分： Zn 0.04％，Mg 2.6％，Cu 1.2％，Cr 0.24％，Mn 0.02％，Si 0.02％，Fe 0.1％，Zr 0.04％，Pt 0.002％，余量为Al及不可避免的杂质。
一种门窗用高强度铝合金的制造方法，包括：
S1:将熔铝炉加热到850℃，当炉温达到825℃时，加入对应质量百分含量的原料，升高温度到900℃，保温30min，搅拌均匀，将温度降低到700℃，静置保温60min左右加入六氯乙烷除气30min后，浇铸到铸模中形成铸锭。
S2:三次逐级升温均质化处理工艺：
第一级均质化处理的温度为500℃，保温时间为6h；
第二级均质化处理的温度为540℃，保温时间为6h；
第三级均质化处理的温度为560℃，保温时间为12h。
S3:固溶处理：温度为420℃，保温时间为2h。
S4:水淬：温度为30℃，水淬时间为8s。
S5:时效处理：在水淬后72小时内进行时效处理，时效工艺的温度为150℃，保温时间为12h，即得高强度铝合金。
实施例二：
一种门窗用高强度铝合金，包括以下质量百分含量的组分：Zn 0.01％，Mg 2.5％，Cu 1.0％，Cr 0.2％，Mn 0.01％，Si 0.01％，Fe 0.1％，Zr 0.01％，Pt 0.001％，余量为Al及不可避免的杂质。
一种门窗用高强度铝合金的制造方法，包括：
S1:将熔铝炉加热到850℃，当炉温达到820℃时，加入对应质量百分含量的原料，升高温度到900℃，保温30min，搅拌均匀，将温度降低到700℃，静置保温60min左右加入六氯乙烷除气30min后，浇铸到铸模中形成铸锭。
S2:三次逐级升温均质化处理工艺：
第一级均质化处理的温度为470℃，保温时间为6h；
第二级均质化处理的温度为520℃，保温时间为6h；
第三级均质化处理的温度为550℃，保温时间为12h。
S3:固溶处理：温度为440℃，保温时间为2h。
S4:水淬：温度为30℃，水淬时间为5s。
S5:时效处理：在水淬后72小时内进行时效处理，时效工艺的温度为150℃，保温时间为12h，即得高强度铝合金。
实施例三：
一种门窗用高强度铝合金，包括以下质量百分含量的组分：Zn 0.08％，Mg 2.8％，Cu 1.5％，Cr 0.2-0.25％，Mn 0.05％，Si 0.05％，Fe 0.2％，Zr 0.03％，Pt 0.003％，余量为Al及不可避免的杂质。
一种门窗用高强度铝合金的制造方法，包括：
S1:将熔铝炉加热到850℃，当炉温达到830℃时，加入对应质量百分含量的原料，升高温度到900℃，保温30min，搅拌均匀，将温度降低到700℃，静置保温60min左右加入六氯乙烷除气30min后，浇铸到铸模中形成铸锭。
S2:三次逐级升温均质化处理工艺：
第一级均质化处理的温度为480℃，保温时间为6h；
第二级均质化处理的温度为530℃，保温时间为6h；
第三级均质化处理的温度为555℃，保温时间为12h。
S3:固溶处理：温度为430℃，保温时间为2h。
S4:水淬：温度为30℃，水淬时间为10s。
S5:时效处理：在水淬后72小时内进行时效处理，时效工艺的温度为150℃，保温时间为12h，即得高强度铝合金。
对比例1：
对比例1与实施例1的组分质量和制造方法基本相同，不同的是，不采用三次逐级升温均质化处理工艺。
对比例2：
对比例2与实施例1的组分质量和制造方法基本相同，不同的是，不加入Pt成分。
对实施例1-3和对比例1-2所得铝合金的试样，进行硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率的测试。
硬度测试：将实施例1-3和对比例1-2所得铝合金的试样，切割成10mm×10mm×5mm的方块状试样，先后用粗和细砂纸磨平，直到磨到1500#金相砂纸，再用金刚石抛光剂抛光，洗净吹干后备用。硬度测试设备为HV-1000型显微硬度计。
屈服强度、抗拉强度和延伸率测试：按照国标GB/T 228.1-2010设计室温拉伸试样的尺寸，拉伸性能测试在INSPEK-Table100型电子万能拉伸试验机上进行，拉伸试验前精确测定每个试样的实际尺寸数据，铝合金拉伸速率采用3mm/min，拉伸试验数据自动采集，以测定合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率。
结果如表1所示。
表1
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
硬度(HV) 217.9 209.5 214.7 173.6 168.2
屈服强度(MPa) 577.2 562.4 559.8 428.3 524.3
抗拉强度(MPa) 565.1 552.6 551.0 489.5 467.8
延伸率(％) 8.3 7.8 8.1 5.4 6.2
从上表可以看出，实施例1-3的硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率较对比例1均有所提高，说明三次逐级升温均质化处理工艺对合金力学性能有很大的提升。实施例1-3的硬度、屈服强度、抗拉强度和延伸率较对比例2均有所提高，说明加入Pt微量元素对合金力学性能也有很大的提升。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种门窗用高强度铝合金，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：Zn 0.01-0.08％，Mg 2.5-2.8％，Cu 1.0-1.5％，Cr 0.2-0.25％，Mn 0.01-0.05％，Si 0.01-0.05％，Fe 0.1-0.2％，Zr 0.01-0.04%，Pt 0.001-0.003%，余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的门窗用高强度铝合金，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：Zn 0.04％，Mg 2.6％，Cu 1.2％，Cr 0.24％，Mn 0.02％，Si 0.02％，Fe 0.1％，Zr0.04%，Pt 0.002%，余量为Al及不可避免的杂质。
3.一种如权利要求1所述的门窗用高强度铝合金的制造方法，其特征在于，包括：
将高强度铝合金组成对应质量百分含量的原料依次进行熔炼铸造、多级均质化处理、固溶处理、水淬和时效处理，即得所述高强度铝合金。
4.如权利要求3所述的门窗用高强度铝合金的制造方法，其特征在于，所述熔炼铸造的具体步骤为：将熔铝炉加热到850℃，当炉温达到820℃-830℃时，加入对应质量百分含量的原料，热处理后，浇铸到铸模中形成铸锭。
5.如权利要求4所述的门窗用高强度铝合金的制造方法，其特征在于，所述热处理的具体步骤为：升高温度到 900℃，保温30min，搅拌均匀，将温度降低到700℃，静置保温60min左右加入六氯乙烷除气30min后，浇铸到铸模中形成铸锭。
6.如权利要求3所述的门窗用高强度铝合金的制造方法，其特征在于，所述多级均质化处理为三次逐级升温均质化处理工艺。
7.如权利要求6所述的门窗用高强度铝合金的制造方法，其特征在于，所述三次逐级升温均质化处理工艺具体为：
第一级均质化处理的温度为470-500℃，保温时间为6h；
第二级均质化处理的温度为520-540℃，保温时间为6h；
第三级均质化处理的温度为550-560℃，保温时间为12h。
8.如权利要求3所述的门窗用高强度铝合金的制造方法，其特征在于，所述固溶处理的具体步骤为：温度为420-440℃，保温时间为2h。
9.如权利要求3所述的门窗用高强度铝合金的制造方法，其特征在于，所述水淬的具体步骤为：温度为30℃，水淬时间为5-10s。
10.如权利要求3所述的门窗用高强度铝合金的制造方法，其特征在于，所述时效处理的具体步骤为：在水淬后 72 小时内进行时效处理，时效工艺的温度为150℃，保温时间为12h。
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