CN114250387B - 一种铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金，其主要由以下质量百分比的成分组成：Si0.9‑1.15％，Mg 0.6‑0.85％，Cu≤0.05％，Mn 0.45‑0.85％，Fe 0.1‑0.4％，Zn≤0.1％，Cr≤0.05％，Ti 0.01‑0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％。本发明中铝合金的力学性能优良，且挤压速度可达到10～25m/min，时效时间短，生产效率高。

Description

一种铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种铝合金及其制备方法。
背景技术
变形铝合金具有比强度高、高韧性、加工性能好以及优异的耐腐蚀性能等被广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车以及民用建筑等领域。目前，国内外已开发出上千种合金牌号的商用铝合金。其中，6XXX系合金作为变形铝合金中的一大类，以其原料成本低，成形性能好、可进行表面处理等一系列优点，被广泛使用于电子产品、门窗、幕墙以及工业材等领域。由于某些结构件对产品的使用性能具有特殊要求，比如为了追求更高的强度，则需要提升主元素含量或过渡族元素含量，但一方面主元素含量增加，会降低挤压速度，另一方面过渡族元素含量增加，则会降低挤压性能，尤其是对中空且有筋位的结构件而言，还会导致筋位处焊合质量变差，从而降低焊合部位的力学性能。因而为了保证焊合质量，往往需要牺牲挤压速度，即以较低的速度进行挤压，但是也导致了经济效益较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种铝合金，其具有良好的力学性能，且挤压效率高，时效时间短，经济效益高。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种铝合金的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铝合金，其主要由以下质量百分比的成分组成：
Si 0.9-1.15％，Mg 0.6-0.85％，Cu≤0.05％，Mn 0.45-0.85％，Fe 0.1-0.4％，Zn≤0.1％，Cr≤0.05％，Ti 0.01-0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％。
作为上述技术方案的改进，Mg/Si＝0.52-0.94，且铝合金中过剩硅的含量为0.4-0.8wt％。
作为上述技术方案的改进，所述Mn、Fe的总含量：过剩硅的含量＝1.5-2.5。
作为上述技术方案的改进，所述铝合金的抗拉强度为330-360MPa，屈服强度为310-330MPa，延伸率为10-15％。
相应的，本发明还公开了一种上述的铝合金的制备方法，其包括：
(1)按照比例准备各种原料备用；其中，以重量百分比计的原料配方如下：
Si 0.9-1.15％，Mg 0.6-0.85％，Cu≤0.05％，Mn 0.45-0.85％，Fe 0.1-0.4％，Zn≤0.1％，Cr≤0.05％，Ti 0.01-0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
(3)将所述铸棒进行均质处理；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
(5)将所述粗坯进行调直处理；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，均质温度为560-580℃，均质时间为5-7h；均质后采用强风冷却和/或水雾冷却。
作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，挤压模具的温度为420-440℃，挤压筒温度为400-420℃，挤压前铸棒温度为470-500℃，挤压后粗坯温度为520-560℃。
作为上述技术方案的改进，挤压速度为10-25m/min，挤压后在线穿水冷却。
作为上述技术方案的改进，步骤(5)中，调直拉伸量为0.5-1.5％。
作为上述技术方案的改进，步骤(6)中，时效温度为160-180℃，时效时间为4-6h。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本发明的铝合金，通过合理的配方调节，赋予了铝合金优良的力学性能；具体的，本发明的铝合金的抗拉强度为330-360MPa，屈服强度为310-330MPa，延伸率为10-15％。
2.本发明的铝合金的挤压速度可达到10～25m/min，较普通铝合金提升了一倍以上，有效提升了生产效率。
3.本发明通过配方的合理调节，保证了铝型材的焊合质量，使得采用高速挤压工艺时仍然具有良好的焊合质量；且高速挤压过程中也不会出现毛刺、纹粗和拖裂等缺陷。
4.本发明中均质时间、时效时间短，生产效率高。
附图说明
图1是本发明一种铝合金的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
本发明提供了一种铝合金，其主要由以下质量百分比的成分组成：Si 0.9-1.15％，Mg 0.6-0.85％，Cu≤0.05％，Mn 0.45-0.85％，Fe 0.1-0.4％，Zn≤0.1％，Cr≤0.05％，Ti 0.01-0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％。
其中，Si、Mg是主要的强化元素，其可结合形成Mg2Si晶体相，优化铝合金的各项力学性能。Si的含量为0.9-1.15wt％，示例性的为0.95wt％、1.05wt％、1.1wt％或1.15wt％，但不限于此。Mg的含量为0.6-0.85wt％，示例性的为0.6wt％、0.7wt％、0.75wt％或0.8wt％，但不限于此。
优选的，在本发明中，控制Mg/Si＝0.52～0.94；通过控制镁硅比，可使得铝合金中过剩硅(过剩硅为全部Mg与Si形成Mg2Si相后所剩余的Si)的含量为0.4-0.8wt％。过剩硅可大幅度提升热挤压时金属的流动性，提高热塑性，从而满足高速挤压的要求，另外较高过剩硅含量可增强时效效应，缩短时效时间，提升生产效率。此外，过剩硅可降低Fe对于焊合的不利影响。
其中，Fe可降低铸造时热裂纹倾向，但其会大幅弱化挤压性能，容易引起产品表面拖烂缺陷。另外，Fe也会影响铝合金的焊接性能。为此，控制Fe含量为0.1-0.4wt％，示例性的为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt或0.4wt％，但不限于此。
其中，Mn可以提高再结晶温度，抑制再结晶进程，细化晶粒，但Mn过多会降低挤压性。因此，控制Mn含量为0.45～0.85wt％，示例性的为0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％或0.8wt％，但不限于此。
其中，Ti可促使铸锭组织细化，形成细小均匀的等轴晶，从而改善挤出性能。具体的，Ti的含量为0.01-0.13％，示例性的为0.01wt％、0.15wt％、0.02wt％、或0.03wt％，但不限于此。
进一步的，为了保证铝合金具备合理的挤压性能、焊接性能，应控制(Mn+Fe)/过剩硅＝1.5～2.5。
其中，Cu、Zn、Cr属于杂质元素。为了提升生产效率，缩短熔铸时间，在本发明中，控制Cu≤0.05wt％，Zn≤0.1wt％，Cr≤0.05％。
相应的，为了有效提升本发明中铝合金的各项性能，还需要结合生产工艺，具体如下：
参照图1，本发明中铝合金的制备方法包括以下步骤：
S1：按照比例准备各种原料备用；
具体的，本发明中的原料包括但不限于：回炉料、纯铝锭、Al-20％Mn中间合金、高纯镁、高纯硅、铝钛硼丝(控制各原料中的Fe含量即可，一般无需专门添加Fe元素，除非有必要可适当添加Fe)。
S2：将原料混合熔铸后得到铝铸棒；
具体的，S2包括：
S21：将原料混合熔炼，并扒渣，得到第一合金液；
具体的，先将铝锭加入熔炼炉中，熔炼温度控制在720℃-750℃，待铝锭完全熔化后加入回炉料(回炉料＜30％)，按金属熔化难易程度依次添加合金原料，顺序按照高纯硅、Al-20％Mn中间合金，最后加入高纯镁，由于镁易烧损，因而在成分设计中应考虑5～10％的烧损量，每一种成分添加时均进行搅拌，使成分、温度均匀，搅拌时间为10-15min。
其中，扒渣分为一次扒渣和二次扒渣，一次扒渣在加Mg之前，二次扒渣在加Mg之后，扒渣温度控制在720-750℃，使用扒渣车进行扒渣，扒渣前需向铝液中撒入打渣剂，使渣铝能完全分离，用铁耙扒掉铝液表面的浮渣和其他杂质，并保证尽可能少带走铝液。
S21：将第一合金液进行精炼静置，得到第二合金液；
具体的，精炼温度710-730℃，精炼时间15-20min，精炼过程中通入高纯氩气。精炼后静置0.5～1h。
S23：将第二合金液进行铸造，得到铸棒；
具体的，采用DC铸造方法进行铸造，铸造过程中利用喂丝机均匀投放铝钛硼丝，以细化晶粒；同时使用在线除气、过滤净化装置，以得到纯净、杂质少的熔液。铸造过程中控制铸造速度为75～140mm/min，铸造温度为685-705℃。
S3：将铸棒进行均质处理；
具体的，均质温度为560-580℃，示例性的为562℃、568℃、570℃或575℃，但不限于此。均质时间为5-7h，示例性的为5.5h、5h、6h或6.5h，但不限于此。均质后采用强风+水雾冷却，以消除晶内偏析及铸造应力，获得组织均匀的铸棒。
S4：将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；
具体的，在挤压过程中，挤压模具的温度为420-440℃，挤压筒温度为400-420℃，挤压前铸棒温度为470-500℃，挤压后粗坯温度为520-560℃。
在挤压后实行在线淬火，穿水冷却，从而保证溶质原子最大程度地固溶在铝基体中，增强后续的时效强化能力。此外，在挤压出料口和淬火系统之间设有保温装置，尽可能减少淬火转移时间。
本发明中，挤压速度为10-25m/min。相较普通6063铝合金的4.5～6m/min，有了大幅提升。
S5：将粗坯进行调直处理；
具体的，在冷床上的对粗坯进行调直处理，通过调直处理可有效消除变形应力。具体的，调直过程中，拉伸量为0.5～1.5％。
S6：将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
具体的，先将调直后的粗坯锯切成所需尺寸，然后进行时效处理。
其中，时效温度为160-180℃，示例性的为165℃、170℃、175℃或180℃，但不限于此。时效时间为4-6h，示例性的为4.5h、5h、5.5h或6h，但不限于此。本发明的铝合金所需的时效时间较短，生产效率高。
综上，通过上述配方与工艺的综合调节，可得到抗拉强度为330-360MPa，屈服强度为310-330MPa，延伸率为10-15％的铝合金。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种铝合金，其配方为：
Si 0.9％，Mg 0.85％，Cu 0.05％，Mn 0.45％，Fe 0.15％，Zn 0.05％，Cr 0.05％，Ti 0.01％，不可避免杂质0.15％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
其中，铸造速度为80mm/min；
(3)将铸棒进行均质处理；其中，均质温度为580℃，时间为5h；均质后强风冷却；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为10m/min，挤压模具的温度为420℃，挤压筒温度为400℃，挤压前铸棒的温度为470℃，挤压后粗坯的温度为520℃，挤压后在线淬火，穿水冷却；
(5)将所述粗坯进行调直处理，调直量为1.5％；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
其中，时效制度为180℃×4h。
实施例2
本实施例提供一种铝合金，其配方为：
Si 1.15％，Mg 0.6％，Cu 0.01％，Mn 0.75％，Fe 0.4％，Zn 0.03％，Cr 0.04％，Ti 0.02％，不可避免杂质0.12％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
其中，铸造速度为140mm/min；
(3)将铸棒进行均质处理；其中，均质温度为580℃，时间为5h；均质后强风冷却；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为11m/min，挤压模具的温度为440℃，挤压筒温度为420℃，挤压前铸棒的温度为500℃，挤压后粗坯的温度为560℃，挤压后在线淬火，穿水冷却；
(5)将所述粗坯进行调直处理，调直量为1.0％；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
其中，时效制度为160℃×6h。
实施例3
本实施例提供一种铝合金，其配方为：
Si 1.05％，Mg 0.78％，Cu 0.03％，Mn 0.7％，Fe 0.3％，Zn 0.02％，Cr 0.01％，Ti 0.01％，不可避免杂质0.1％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
其中，铸造速度为125mm/min；
(3)将铸棒进行均质处理；其中，均质温度为570℃，时间为6h；均质后强风冷却；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为12m/min，挤压模具的温度为430℃，挤压筒温度为410℃，挤压前铸棒的温度为480℃，挤压后粗坯的温度为550℃，挤压后在线淬火，穿水冷却；
(5)将所述粗坯进行调直处理，调直量为0.8％；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
其中，时效制度为175℃×4h。
实施例4
本实施例提供一种铝合金，其配方为：
Si 0.92％，Mg 0.85％，Cu 0.03％，Mn 0.45％，Fe 0.35％，Zn 0.02％，Cr0.01％，Ti 0.01％，不可避免杂质0.1％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
其中，铸造速度为110mm/min；
(3)将铸棒进行均质处理；其中，均质温度为575℃，时间为6h；均质后强风冷却；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为21m/min，挤压模具的温度为430℃，挤压筒温度为400℃，挤压前铸棒的温度为480℃，挤压后粗坯的温度为540℃，挤压后在线淬火，穿水冷却；
(5)将所述粗坯进行调直处理，调直量为1.5％；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
其中，时效制度为175℃×6h。
实施例5
本实施例提供一种铝合金，其配方为：
Si 0.95％，Mg 0.75％，Cu 0.01％，Mn 0.65％，Fe 0.38％，Zn 0.01％，Cr0.01％，Ti 0.02％，不可避免杂质0.1％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
其中，铸造速度为125mm/min；
(3)将铸棒进行均质处理；其中，均质温度为570℃，时间为6h；均质后强风冷却；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为18m/min，挤压模具的温度为425℃，挤压筒温度为430℃，挤压前铸棒的温度为480℃，挤压后粗坯的温度为530℃，挤压后在线淬火，穿水冷却；
(5)将所述粗坯进行调直处理，调直量为1.2％；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
其中，时效制度为170℃×5h。
实施例6
本实施例提供一种铝合金，其配方为：
Si 1.1％，Mg 0.8％，Cu 0.01％，Mn 0.7％，Fe 0.35％，Zn 0.01％，Cr 0.01％，Ti0.02％，不可避免杂质0.15％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
其中，铸造速度为130mm/min；
(3)将铸棒进行均质处理；其中，均质温度为570℃，时间为6h；均质后强风冷却；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为13m/min，挤压模具的温度为425℃，挤压筒温度为430℃，挤压前铸棒的温度为480℃，挤压后粗坯的温度为530℃，挤压后在线淬火，穿水冷却；
(5)将所述粗坯进行调直处理，调直量为0.8％；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
其中，时效制度为170℃×5h。
对比例1
本对比例提供一种铝合金，其配方为：
Si 0.9％，Mg 1％，Cu 0.05％，Mn 0.15％，Fe 0.5％，Zn 0.1％，Cr 0.05％，Ti0.05％，不可避免杂质0.1％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
其中，铸造速度为50mm/min；
(3)将铸棒进行均质处理；其中，均质温度为570℃，时间为6h；均质后强风冷却；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为6m/min，挤压模具的温度为425℃，挤压筒温度为430℃，挤压前铸棒的温度为480℃，挤压后粗坯的温度为530℃，挤压后在线淬火，穿水冷却；
(5)将所述粗坯进行调直处理，调直量为1.2％；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
其中，时效制度为170℃×10h。
对比例2
本对比例提供一种铝合金，其配方为：
Si 1.5％，Mg 0.8％，Cu 0.05％，Mn 1.0％，Fe 0.6％，Zn 0.1％，Cr 0.05％，Ti0.05％，不可避免杂质0.1％，余量为Al。
其制备方法为：
(1)按照比例准备各种原料备用；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
其中，铸造速度为150mm/min；
(3)将铸棒进行均质处理；其中，均质温度为570℃，时间为8h；均质后强风冷却；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为8m/min，挤压模具的温度为425℃，挤压筒温度为430℃，挤压前铸棒的温度为480℃，挤压后粗坯的温度为530℃，挤压后在线淬火，穿水冷却；
(5)将所述粗坯进行调直处理，调直量为0.8％；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品。
其中，时效制度为190℃×9h。
将实施例1-6、对比例1-2的铝合金做测试，结果如下：
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％
实施例1 332 315 10.5
实施例2 335 315 14.3
实施例3 346 321 13.8
实施例4 352 325 11.5
实施例5 355 325 13.5
实施例6 345 320 12.8
对比例1 285 262 3.5
对比例2 280 260 12.5
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种铝合金的制备方法，其特征在于，包括：
(1)按照比例准备各种原料备用；其中，以重量百分比计的原料配方如下：
Si 0.9-1.15％，Mg 0.6-0.85％，Cu≤0.05％，Mn 0.65-0.85％，Fe 0.3-0.4％，Zn≤0.1％，Cr≤0.05％，Ti 0.01-0.03％，余量为Al和不可避免的杂质，所述不可避免杂质的含量≤0.15％；其中，所述Mn、Fe的总含量：过剩硅的含量＝1.5-2.5；
(2)将原料混合熔铸后得到铸棒；
(3)将所述铸棒进行均质处理；
(4)将均质后的铸棒挤压，得到粗坯；其中，挤压速度为10-25m/min，挤压后在线穿水冷却；
(5)将所述粗坯进行调直处理；
(6)将调直后的粗坯进行时效处理，即得铝合金成品，其中，时效温度为160-180℃，时效时间为4-5.5h。
2.如权利要求1所述的铝合金的制备方法，其特征在于，Mg/Si＝0.52-0.94，且铝合金中过剩硅的含量为0.4-0.8wt％。
3.如权利要求1所述的铝合金制备方法，其特征在于，所述铝合金的抗拉强度为330-360MPa，屈服强度为310-330MPa，延伸率为10-15％。
4.如权利要求1所述的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，均质温度为560-580℃，均质时间为5-7h；均质后采用强风冷却和/或水雾冷却。
5.如权利要求1所述的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，挤压模具的温度为420-440℃，挤压筒温度为400-420℃，挤压前铸棒温度为470-500℃，挤压后粗坯温度为520-560℃。
6.如权利要求1所述的铝合金的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，调直拉伸量为0.5-1.5％。
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