CN113846249B

CN113846249B - 一种挤压用铝合金及其制备方法

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Publication number: CN113846249B
Application number: CN202111050518.2A
Authority: CN
Inventors: 赵立洋; 张桓; 乔恒; 段妍彤; 张军; 金榕; 章安楠
Original assignee: Jiangsu Hengtong Electric Power Special Wire Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Hengtong Electric Power Special Wire Co Ltd
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2022-07-08
Anticipated expiration: 2041-09-08
Also published as: WO2023035831A1; CN113846249A

Abstract

本发明涉及一种挤压用铝合金，其组分及各组分的质量百分比为：Si 0.1‑0.2％、Fe 0.15‑0.25％、Mn 1.8‑2.4％、Zn 0.05‑0.18％、Er 0.03‑0.06％、Ti 0.008‑0.04％、Be 0.04‑0.08％、V 0.01‑0.02％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％，经熔炼、合金化、精炼、铝液在线处理、连续铸造、连续轧制、降温收线和退火处理等工艺步骤制备得到。本发明的铝合金在耐腐蚀性、材料强度、流动性和组织连续性方面有显著的提升，制成的挤压材料承压能力显著提升，使用寿命有所延长。

Description

一种挤压用铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金压铸加工领域，尤其涉及一种挤压用铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金挤压产品广泛应用于汽车、飞机、家电等领域，其中铝合金在连续挤压制作冷凝扁管过程中，因模具损耗产生的加工费用占全部费用的30％，平均生产3.5吨产品挤压模具就会出现不同程度的损伤，需要更换新的模具。因此，如何延长挤压模具的寿命成为亟需解决的问题。现有的铝合金材料流动性及延展性不佳，挤压薄壁产品时经常出现破壁现象，造成成本损失。另外，还存在组织连续性差、耐腐蚀性能差、晶粒粗大导致铝合金材料的韧性较差等问题。因此，仍需一种铝合金材料来提高材料挤压性能，适用于复杂结构或是薄壁结构的挤压产品，延长挤压模具的使用寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种挤压用铝合金及其制备方法，在耐腐蚀性、材料强度、流动性和组织连续性方面有显著的提升。

本发明要求保护一种挤压用铝合金，其组分及各组分的质量百分比为：Si 0.1-0.2％、Fe 0.15-0.25％、Mn 1.8-2.4％、Zn 0.05-0.18％、Er 0.03-0.06％、Ti 0.008-0.04％、Be 0.04-0.08％、V 0.01-0.02％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％。

优选地，挤压用铝合金的组分及各组分的质量百分比为：Si 0.18％、Fe 0.23％、Mn 2.23％、Zn 0.14％、Er 0.05％、Ti 0.02％、Be 0.06％、V 0.015％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％。

本发明的挤压用铝合金的制备方法，包括以下步骤：

S1：将纯度不小于99.7％的铝合金加入熔炼炉中加热融化，在780-800℃下保温，吹入精炼剂，用氮气或氩气进行一次精炼，得到第一铝液；

S2：在保温炉中向第一铝液中加入中间合金，搅拌25-35min，得到第二铝液；其中，保温炉的温度为780-800℃，中间合金为一种或多种，含有Si、Fe、Mn、Zn、Er、Ti、Be和V；

S3：第二铝液的成分检验合格后，吹入精炼剂，用氮气或氩气进行二次精炼，静置后进行扒渣，得到第三铝液；其中，二次精炼时，吹入精炼剂后闷炉20-30min，精炼温度为780-800℃；

S4：第三铝液通过保温炉倾倒，在进入除气箱前喂AlTiC丝，之后进行除气和双级过滤，得到第四铝液；

S5：对第四铝液进行连续浇铸，在浇嘴处设置铸造过滤网；其中，浇铸温度为710-720℃，浇铸速度为6.5-7.5t/h，冷却水温为25-35℃，出坯温度为520-550℃；

S6：对S5中连续浇铸得到的铸坯进行轧制，得到铝杆；其中，进轧温度为510-540℃，终轧温度为200-300℃；

S7：将铝杆降温至60-80℃，吹干后进行收线，之后在7-9h内升温至450-460℃，保温88-100h，随炉冷至20-30℃，得到挤压用铝合金。

目前，行业内挤压用的中强度铝合金材料主要是以Mn为主元素，Mn具有提高强度、提升材料耐蚀性能等优点，但是存在以下几个问题：(1)渣含量高，挤压材料对组织的渣含量要求极为严格，在挤压过程中，这些杂质会形成硬质点从而增大模具的磨损，同时会破坏组织连续性，影响挤压产品的质量；(2)组织不均匀，锰元素高易偏析，退火后晶粒长大不均匀，材料性能不稳定，挤压过程易出现粘铝、破壁等现象，降低模具寿命和产品质量。因此铝合金材料中锰含量不能过高，但锰含量降低又会导致其耐蚀性能较差。本发明通过改进铝合金的原料成分及其配比，同时配合生产工艺及热处理工艺，得到了一种高强度、高流动性、高延展性且耐腐蚀的铝合金材料。

进一步地，在步骤S1中，一次精炼的时间为35-45min。

进一步地，在步骤S1或S3中，按2-3kg/t铝液加入精炼剂。

进一步地，在步骤S4中，双级过滤中第二次过滤的孔径为60目，第一次过滤的孔径小于60目，优选为40目。

进一步地，在步骤S5中，喂AlTiC丝的速度为1.5-2.0m/min。选用AlTiC作细化剂，避免了硬质相的形成，从而降低了挤压过程中模具的损耗，增加了产品的连续性。此速度范围内可保持铝液中的钛含量在0.008～0.04％内波动。

进一步地，在步骤S5中，对第四铝液进行水平浇铸。

进一步地，在步骤S5中，铸造过滤网的孔径为16目。

进一步地，在步骤S6中，轧制乳化液的流量为35-38m³/h，压力为180-200kPa，终轧温度可通过轧制乳化液的流量和压力进行调节。

进一步地，在步骤S7中，保温90-96h。

进一步地，每一步骤结束之后静置35-45min来沉淀铝液中的杂质。

本发明还要求保护使用上述铝合金制备的挤压产品。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

(1)Mn可以提升铝合金的耐蚀性，其在铝中的最大固溶度为1.82％，过高的Mn含量容易导致晶内偏析，退火后组织晶粒不均匀，本发明提高合金材料中Mn的含量，实现耐腐蚀性能，通过添加Fe，与Mn形成FeMnAl₆相，降低Mn在铝基体中的固溶，提高合金的延展性，同时与Zn和Er配合，进一步降低Mn的固溶以及减少偏析现象，细化组织中的粗大相，显著提高了材料的机械性能。

(2)本发明通过低温长时间保温，并添加Er、Si、Be来匹配本发明的热处理工艺，使固溶在铝基体中的化合物缓慢析出，促进锰元素析出量，同时抑制析出相的长大，实现第二相细小弥散分布，提高了合金材料的挤压流动性，同时避免了高温退火造成的晶粒粗大，提供一种韧性优良的合金材料。

(3)本发明的铝合金材料生产时，在熔炼炉和保温炉中均进行精炼，喂丝之后进行双级过滤，并设置铸造过滤网，因溜槽到浇包的过程中铝液会出现翻腾现象，造成氧化皮并通过铝液带入坯料中，形成大杂质，本发明可排除这些杂质干扰。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为实施例1和对比例2、8、9制备的铝合金。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

挤压用铝合金的组分及各组分的质量百分比为：Si 0.18％、Fe 0.23％、Mn2.23％、Zn 0.14％、Er 0.05％、Ti 0.02％、Be 0.06％、V 0.015％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％。

挤压用铝合金的制备方法包括以下步骤：

S1：将Al99.70的重熔铝锭投入熔炼炉中后加热融化，795℃下保温，在溶体中加入精炼剂，并使用纯度≥99.999％的高纯氮气进行一次精炼，精炼时间45min，静置45min后将铝液放入保温炉中。

S2：在保温炉中对铝液进行合金化，温度设定为795℃，加入铝铁合金、铝锰合金、铝锌合金、铝铒合金、铝钛合金、铝铍合金、铝钒合金，使用电磁搅拌30min，之后静置40min，取样分析炉前成分，根据结果进行补料或稀释，直至成分合格，进入精炼工序。

S3：对保温炉中合金化之后的铝液进行二次精炼，按2.8kg/t加入颗粒精炼剂，使用纯度≥99.999％的高纯氮气进行精炼，精炼剂吹入后要进行闷炉30min，之后进行扒渣，精炼温度设定为790℃，精炼后静置45min。

S4：铝液通过保温炉的倾倒，在进入除气箱前进行在线喂AlTiC丝，喂丝速度1.8m/min，之后铝液通过溜槽进入在线除气系统和过滤系统，并且在过滤箱中添加两块过滤板，分别是前道的40目和后道的60目过滤板进行双级过滤。

S5：对S4在线处理后的铝液进行连续浇铸，采用水平浇铸，并在浇嘴处添加一块16目的铸造过滤网过滤氧化皮，控制浇铸温度为713℃，浇铸速度6.8t/h，冷却水温30℃，出坯温度为540℃。

S6：对连续浇铸出的铸坯进行校直，控制进轧温度保持在530℃，并通过控制乳化液流量和压力来控制终轧温度为280℃，具体的，乳液化流量为38m³/h，压力为200kPa。

S7：对轧制出的铝杆进行水冷降温，降温至80℃，并吹干后进行紧密收线。退火处理时，在8h内升温至455℃，保温93小时，随炉冷至室温，完成后得本发明的挤压用铝合金。

实施例2

挤压用铝合金的组分及各组分的质量百分比为：Si 0.1％、Fe 0.16％、Mn 1.8％、Zn 0.18％、Er 0.06％、Ti 0.015％、Be 0.08％、V 0.02％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％。

挤压用铝合金的制备方法包括以下步骤：

S1：将Al99.70的重熔铝锭投入熔炼炉中后加热融化，780℃下保温，在溶体中加入精炼剂，并使用纯度≥99.999％的高纯氮气进行一次精炼，精炼时间40min，静置45min后将铝液放入保温炉中。

S2：在保温炉中对铝液进行合金化，温度设定为780℃，加入铝铁合金、铝锰合金、铝锌合金、铝铒合金、铝钛合金、铝铍合金、铝钒合金，使用电磁搅拌35min，之后静置45min，取样分析炉前成分，根据结果进行补料或稀释，直至成分合格，进入精炼工序。

S3：对保温炉中合金化之后的铝液进行二次精炼，按2kg/t加入颗粒精炼剂，使用纯度≥99.999％的高纯氮气进行精炼，精炼剂吹入后要进行闷炉30min，之后进行扒渣，精炼温度设定为785℃，精炼后静置45min。

S4：铝液通过保温炉的倾倒，在进入除气箱前进行在线喂AlTiC丝，喂丝速度1.5m/min，之后铝液通过溜槽进入在线除气系统和过滤系统，并且在过滤箱中添加两块过滤板，分别是前道的40目和后道的60目过滤板进行双级过滤。

S5：对S4在线处理后的铝液进行连续浇铸，采用水平浇铸，并在浇嘴处添加一块16目的铸造过滤网过滤氧化皮，控制浇铸温度为710℃，浇铸速度6.5t/h，冷却水温35℃，出坯温度为520℃。

S6：对连续浇铸出的铸坯进行校直，控制进轧温度保持在510℃，并通过控制乳化液流量和压力来控制终轧温度为200℃，具体的，乳液化流量为35m³/h，压力为180kPa。

S7：对轧制出的铝杆进行水冷降温，降温至60℃，并吹干后进行紧密收线。退火处理时，在9h内升温至460℃，保温90小时，随炉冷至室温，完成后得本发明的挤压用铝合金。

实施例3

挤压用铝合金的组分及各组分的质量百分比为：Si 0.2％、Fe 0.2％、Mn 2％、Zn0.05％、Er 0.03％、Ti 0.04％、Be 0.04％、V 0.01％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％。

挤压用铝合金的制备方法包括以下步骤：

S1：将Al99.70的重熔铝锭投入熔炼炉中后加热融化，800℃下保温，在溶体中加入精炼剂，并使用纯度≥99.999％的高纯氮气进行一次精炼，精炼时间40min，静置45min后将铝液放入保温炉中。

S2：在保温炉中对铝液进行合金化，温度设定为800℃，加入铝铁合金、铝锰合金、铝锌合金、铝铒合金、铝钛合金、铝铍合金、铝钒合金，使用电磁搅拌35min，之后静置45min，取样分析炉前成分，根据结果进行补料或稀释，直至成分合格，进入精炼工序。

S3：对保温炉中合金化之后的铝液进行二次精炼，按3kg/t加入颗粒精炼剂，使用纯度≥99.999％的高纯氮气进行精炼，精炼剂吹入后要进行闷炉30min，之后进行扒渣，精炼温度设定为795℃，精炼后静置45min。

S4：铝液通过保温炉的倾倒，在进入除气箱前进行在线喂AlTiC丝，喂丝速度2m/min，之后铝液通过溜槽进入在线除气系统和过滤系统，并且在过滤箱中添加两块过滤板，分别是前道的40目和后道的60目过滤板进行双级过滤。

S5：对S4在线处理后的铝液进行连续浇铸，采用水平浇铸，并在浇嘴处添加一块16目的铸造过滤网过滤氧化皮，控制浇铸温度为720℃，浇铸速度7.5t/h，冷却水温25℃，出坯温度为550℃。

S6：对连续浇铸出的铸坯进行校直，控制进轧温度保持在540℃，并通过控制乳化液流量和压力来控制终轧温度为260℃，具体的，乳液化流量为36m³/h，压力为190kPa。

S7：对轧制出的铝杆进行水冷降温，降温至70℃，并吹干后进行紧密收线。退火处理时，在7h内升温至450℃，保温96小时，随炉冷至室温，完成后得本发明的挤压用铝合金。

对比例1

挤压用铝合金的组分中未添加Er，其余与实施例1相同。

对比例2

挤压用铝合金的组分中未添加Si，其余与实施例1相同。

对比例3

挤压用铝合金的组分中未添加Be，其余与实施例1相同。

对比例4

挤压用铝合金的组分中未添加Er、Si、Be，其余与实施例1相同。

对比例5

挤压用铝合金的组分中未添加Fe，其余与实施例1相同。

对比例6

挤压用铝合金的组分中未添加Zn，其余与实施例1相同。

对比例7

挤压用铝合金的组分中未添加Fe、Zn、Er，其余与实施例1相同。

对比例8

S7中退火处理时的温度为560℃，其余与实施例1相同。

对比例9

S7中退火处理时的时间为85h(a)和103h(b)，其余与实施例1相同。

将实施例1-3、对比例1-9所制备的铝合金按照GB/T 4909.3进行测试，并将其用于薄壁口琴管的挤压生产，测试结果如下表所示。

如上表所示，从抗拉强度方面，实施例1比对比例1-9分别提高了：9.52％、8.49％、8.49％、16.16％、7.48％、9.52％、17.35％、15％、15％(a)、12.75％(b)；从延长率方面，实施例1比对比例1-9分别提高了：30.56％、34.29％、30.56％、56.67％、27.03％、38.24％、56.67％、38.24％、42.42％(a)、38.24％(b)；从产品合格率方面，实施例1的不合格率比对比例1-9分别降低了：82.76％、79.17％、81.48％、84.38％、79.17％、80％、82.76％、77.27％、82.14％(a)、82.76％(b)；从模具寿命方面，实施例1比对比例1-9分别提高了：27.91％、25％、22.22％、197.3％、26.44％、23.6％、214.29％、35.8％、61.76％(a)、64.18％(b)。

本发明的铝合金材料组分之间存在协同作用，Si元素不添加易出现挤压破壁现象，但添加易出现缩松，通过Er、Si和Be相互配合，协同促进锰元素高效且彻底析出，促进固溶在基体中的元素析出，且以弥散形式析出，不会形成大颗粒第二相，使第二相细小均匀分布，从而大大延长挤压模具使用寿命；从上表可知(以挤压模具寿命为例)，实施例1比对比例1提高了2.4，实施例1比对比例2提高了2.2，实施例1比对比例3提高了2，实施例1比对比例4提高了7.3，对比例1-3与实施例1的差值总和为6.4(小于对比例4与实施例1的差值7.3)，可见，Er、Si和Be组合使用效果比分别单独使用的效果之和提高了10.61％。

同时，本发明为增强铝合金材料的强度及耐蚀性，提高了锰元素的含量，通过添加Zn、Fe、Er，形成FeMnAl₆相，降低Mn在铝基体中的固溶，提高合金的延展性，同时与Zn和Er配合，进一步降低Mn的固溶以及减少偏析现象，细化组织中的粗大相，解决了Mn元素高易偏析及不均匀的问题，同时Zn和Er可辅助消除Si元素存在的破壁或缩松问题，Zn、Fe、Er配合可显著提高铝合金材料的加工性能；从上表可知(同样以挤压模具寿命为例)，实施例1比对比例1提高了2.4，实施例1比对比例5提高了2.3，实施例1比对比例6提高了2.1，实施例1比对比例7提高了7.5，对比例1、5、6与实施例1的差值总和为6.8(小于对比例7与实施例1的差值7.5)，可见，Er、Fe和Zn组合使用效果比分别单独使用的效果之和提高了10.29％。因此，本发明中多种元素之间存在协同作用，提升了铝合金材料的综合性能，各组分缺一不可。

本发明通过优化生产工艺和热处理工艺提升材料性能：生产过程中在熔炼炉和保温炉中均进行精炼，双级过滤并增加铸造过滤网过滤大部分杂质，与Er等元素配合净化基体；热处理过程中，发明人经大量试验发现，在450-460℃下保温88-100h为最优热处理条件，退火后晶粒长大均匀，见图1(A为实施例1制备的铝合金，B为对比例8制备的铝合金，C为对比例9制备的铝合金b，D为对比例2制备的铝合金)，A中晶粒大小均匀，而B-D挤出的壁不均匀，C由于保温时间过长，晶粒粗大，且制备过程中均出现偏析现象，挤压时材料性能不稳定，出现粘铝、破壁现象，未经本发明热处理工艺制备的铝合金制成的模具最大承受重量仅为6.8t。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种挤压用铝合金，其特征在于，所述挤压用铝合金的组分及各组分的质量百分比为：Si 0.1-0.2％、Fe 0.15-0.25％、Mn 1.8-2.4％、Zn 0.05-0.18％、Er 0.03-0.06％、Ti0.008-0.04％、Be 0.04-0.08％、V 0.01-0.02％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％；

所述的挤压用铝合金的制备方法包括以下步骤：

S2：在保温炉中向所述第一铝液中加入中间合金，搅拌25-35min，得到第二铝液；其中，保温炉的温度为780-800℃，所述中间合金为一种或多种，含有Si、Fe、Mn、Zn、Er、Ti、Be和V；

S3：所述第二铝液的成分检验合格后，吹入精炼剂，用氮气或氩气进行二次精炼，静置后进行扒渣，得到第三铝液；其中，二次精炼时，吹入精炼剂后闷炉20-30min，精炼温度为780-800℃；

S4：所述第三铝液通过保温炉倾倒，在进入除气箱前喂AlTiC丝，之后进行除气和双级过滤，得到第四铝液；

S5：对所述第四铝液进行连续浇铸，在浇嘴处设置铸造过滤网；其中，浇铸温度为710-720℃，浇铸速度为6.5-7.5t/h，冷却水温为25-35℃，出坯温度为520-550℃；

S7：将所述铝杆降温至60-80℃，吹干后进行收线，之后在7-9h内升温至450-460℃，保温88-100h，随炉冷至20-30℃，得到所述挤压用铝合金。

2.根据权利要求1所述的挤压用铝合金，其特征在于：所述挤压用铝合金的组分及各组分的质量百分比为：Si 0.18％、Fe 0.23％、Mn 2.23％、Zn 0.14％、Er 0.05％、Ti 0.02％、Be 0.06％、V 0.015％，其余为Al以及无法避免的杂质，杂质的总量不超过0.015％。

3.根据权利要求1所述的挤压用铝合金，其特征在于：在步骤S1中，一次精炼的时间为35-45min。

4.根据权利要求1所述的挤压用铝合金，其特征在于：在步骤S1或S3中，按2-3kg/t铝液加入精炼剂。

5.根据权利要求1所述的挤压用铝合金，其特征在于：在步骤S4中，双级过滤中第二次过滤的孔径为60目。

6.根据权利要求1所述的挤压用铝合金，其特征在于：在步骤S4 中，喂AlTiC丝的速度为1.5-2.0m/min。

7.根据权利要求1所述的挤压用铝合金，其特征在于：在步骤S5中，所述铸造过滤网的孔径为16目。

8.根据权利要求1所述的挤压用铝合金，其特征在于：在步骤S7中，保温90-96h。

9.使用权利要求1所述的挤压用铝合金制备的挤压产品。