CN114592147B - 一种铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝合金型材及其制备方法，本发明通过优化成分以及成分的添加量，能有效消除铸造过程中形成的枝晶组织和微观成分偏析，减小热变形抗力，实现挤压比在30‑40的宽扁薄壁铝合金型材的生产，且挤压处理后的铝合金型材为全细晶组织，消除粗晶层组织和粗晶组织对铝合金型材焊接、力学及疲劳的性能的恶化，大大提高生产效率。另外，本发明通过限制Zr和所述Ti复配添加，且中添加量小于或等于0.25％，能有效细化α固溶体晶粒，显著提高铝合金的抗拉和屈服强度。Cd元素和稀土元素的添加，不仅能增加铝合金型材的强度，还能降低出现热裂倾向以及杂质元素的有害作用，获得铸造性优异的铝合金型材。

Description

一种铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金的制备领域，具体而言，涉及一种铝合金型材及其制备方法。
背景技术
汽车轻量化在显著提高其燃油效率的同时也降低了二氧化碳等气体的排放，其车身质量每减少10％，燃油消耗可降低6％-8％，排放降低5％-6％。而铝合金凭借其低密度和高比强度在传统的燃油汽车和新能源汽车零部件上得到了广泛的应用，如安全碰撞件、仪表盘、电池托盘等。考虑到热挤压过程中的可加工性，6xxx系合金成为了铝合金在汽车轻量化应用中的主要合金，常用合金有6063、6061、6005A、6082。而该系列合金中6063可挤压性最好，能挤压出壁厚薄且形状复杂的截面，但该合金热挤压并在线淬火后的强度较低；6082合金热挤压并在线淬火后的强度较高，但该合金可挤压性差，无法满足薄壁复杂截面型材的挤压；6061和6005A合金的性能略低于6082合金但其可挤压性远低于6063合金。现有技术中为了实现汽车用铝合金的整体重量，各构件在设计制造的过程中往往需要中空薄壁的复杂截面型材，还要求该型材具有较高的强度，但是目前的技术中的大多数6系铝合金无法达到汽车用铝合金的受力要求，在原料上添加Cr、Mn或Cr+Mn元素也会导致基体组织中形成大量高温相，造成材料的可挤压性能差，导致生产难度增加，生产效率低。另外，为了保证汽车用铝合金的高强度、塑性以及韧性，在制备汽车用铝合金的过程中也存在铸造性能差的问题，具体表现为热裂倾向大、流动性差、补缩困难，铸造过程中容易出现热裂，缩松、偏析等缺陷，甚至存在抗蚀性能差、有晶间腐蚀的倾向。
综上，在制备铝合金型材领域，仍然存在亟待解决的上述问题。
发明内容
基于此，为了解决现有技术中铝合金型材存在铸造性能差、可挤压性能差，导致生产难度大以及生产效率低的问题，本发明提供了一种铝合金型材及其制备方法，具体技术方案如下：
一种铝合金型材，按照质量百分比计，包括以下化学成分：Si 0.8％-1.0％、Cr0.25％-0.5％、Cu 0.12％-0.15％、Zn 0.1％-0.3％、Fe 0.05-％0.08％、Mg 0.5％-0.7％、Mn 0.32％-0.40％、Ti 0.10％-0.13％、Zr 0.10％-0.14％、Cd 0.01％-0.02％、稀土元素0.01％-0.05％、杂质总含量≤0.15％，单个杂质含量≤0.05％，其余为Al；
其中，所述Zr和所述Ti复合添加，且Zr和Ti的总添加量小于或等于0.25％。
进一步地，所述稀土元素由质量比为3-5:1-3的Ce和La混合得到。
另外，本发明还提供一种铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
将铝锭添加至熔炼炉中，熔融状态加入铝硅合金、铝铬合金、纯铜、锌锭、铝铁合金以及镁锭，在第一条件下熔炼得到熔融混合物A；
往所述熔融混合物A中添加锰剂、镉剂以及稀土元素，在第二条件下熔炼得到熔融混合物B；
往所述熔融混合物B中加入复配锆钛合金，在第三条件下熔炼得到熔融混合物C；
将所述熔融混合物C进行双级过滤处理，然后半连续铸造，得到铝合金铸棒；
将所述铝合金铸棒进行均匀化处理，挤压处理，然后水冷，在线淬火，时效处理，得到铝合金型材。
进一步地，所述第一条件为：温度为765℃-780℃，机械搅拌的转速为500r/min-1500r/min，机械搅拌的时间为1min-3min。
进一步地，所述第二条件为：温度为720℃-740℃，机械搅拌的转速为800r/min-1500r/min，机械搅拌的时间为1min-5min，超声波频率为25KHz-50KHz，超声波作用时间为1min-3min。
进一步地，所述第三条件为：温度为700℃-725℃，机械搅拌的转速为1000r/min-1200r/min，机械搅拌的时间为1min-3min。
进一步地，所述双级过滤处理中采用的过滤板的目数分别为50目和80目。
进一步地，所述半连续铸造的铸造速度为60-80㎜/min，冷却水压力为0.3-0.5MPa。
进一步地，所述均匀化处理为将铝合金铸棒放置于560℃的温度下保温4h-8h，然后降温至470℃-490℃下保温4h-8h。
进一步地，所述挤压处理的挤压速度为10m/min-25m/min、挤压比30-40。
上述方案中的铝合金型材通过优化成分以及成分的添加量，能有效消除铸造过程中形成的枝晶组织和微观成分偏析，减小热变形抗力，实现挤压比在30-40的宽扁薄壁铝合金型材的生产，且挤压处理后的铝合金型材为全细晶组织，消除粗晶层组织和粗晶组织对铝合金型材焊接、力学及疲劳的性能的恶化，大大提高生产效率。另外，本发明通过限制Zr和所述Ti复配添加，且中添加量小于或等于0.25％，能有效细化α固溶体晶粒，显著提高铝合金的抗拉和屈服强度。Cd元素和稀土元素的添加，不仅能增加铝合金型材的强度，还能降低出现热裂倾向以及杂质元素的有害作用，获得铸造性优异的铝合金型材。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中的一种一种铝合金型材，按照质量百分比计，包括以下化学成分：Si 0.8％-1.0％、Cr 0.25％-0.5％、Cu 0.12％-0.15％、Zn0.1％-0.3％、Fe 0.05-％0.08％、Mg 0.5％-0.7％、Mn 0.32％-0.40％、Ti0.10％-0.13％、Zr 0.10％-0.14％、Cd0.01％-0.02％、稀土元素0.01％-0.05％、杂质总含量≤0.15％，单个杂质含量≤0.05％，其余为Al；
其中，所述Zr和所述Ti复合添加，且Zr和Ti的总添加量小于或等于0.25％。
在其中一个实施例中，所述稀土元素由质量比为3-5:1-3的Ce和La混合得到。
另外，本发明还提供一种铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
将铝锭添加至熔炼炉中，熔融状态加入铝硅合金、铝铬合金、纯铜、锌锭、铝铁合金以及镁锭，在第一条件下熔炼得到熔融混合物A；
往所述熔融混合物A中添加锰剂、镉剂以及稀土元素，在第二条件下熔炼得到熔融混合物B；
往所述熔融混合物B中加入复配锆钛合金，在第三条件下熔炼得到熔融混合物C；
将所述熔融混合物C进行双级过滤处理，然后半连续铸造，得到铝合金铸棒；
将所述铝合金铸棒进行均匀化处理，挤压处理，然后水冷，在线淬火，时效处理，得到铝合金型材。
在其中一个实施例中，所述第一条件为：温度为765℃-780℃，机械搅拌的转速为500r/min-1500r/min，机械搅拌的时间为1min-3min。
在其中一个实施例中，所述第二条件为：温度为720℃-740℃，机械搅拌的转速为800r/min-1500r/min，机械搅拌的时间为1min-5min，超声波频率为25KHz-50KHz，超声波作用时间为1min-3min。
在其中一个实施例中，所述第三条件为：温度为700℃-725℃，机械搅拌的转速为1000r/min-1200r/min，机械搅拌的时间为1min-3min。
在其中一个实施例中，所述双级过滤处理中采用的过滤板的目数分别为50目和80目。
在其中一个实施例中，所述半连续铸造的铸造速度为60-80㎜/min，冷却水压力为0.3MPa-0.5MPa。
在其中一个实施例中，所述均匀化处理为将铝合金铸棒放置于560℃的温度下保温4h-8h，然后降温至470℃-490℃下保温4h-8h。
在其中一个实施例中，所述挤压处理的挤压速度为10m/min-25m/min、挤压比30-40。
在其中一个实施例中，所述时效处理的温度为145℃-165℃，所述时效处理的时间为10h。
上述方案中的铝合金型材通过优化成分以及成分的添加量，能有效消除铸造过程中形成的枝晶组织和微观成分偏析，减小热变形抗力，实现挤压比在30-40的宽扁薄壁铝合金型材的生产，且挤压处理后的铝合金型材为全细晶组织，消除粗晶层组织和粗晶组织对铝合金型材焊接、力学及疲劳的性能的恶化，大大提高生产效率。另外，本发明通过限制Zr和所述Ti复配添加，且总添加量小于或等于0.25％，能有效细化α固溶体晶粒，显著提高铝合金的抗拉和屈服强度。Cd元素和稀土元素的添加，不仅能增加铝合金型材的强度，还能降低出现热裂倾向以及杂质元素的有害作用，获得铸造性优异的铝合金型材。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1-5：
实施例1-5各成分以及成分的质量百分比如表1所示。
实施例1-5的铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
将铝锭添加至熔炼炉中，熔融状态加入铝硅合金、铝铬合金、纯铜、锌锭、铝铁合金以及镁锭，在温度为780℃，机械搅拌的转速为1000r/min，机械搅拌的时间为3min，熔炼得到熔融混合物A；
往所述熔融混合物A中添加锰剂、镉剂以及稀土元素，在温度为720℃℃，机械搅拌的转速为1500r/min，机械搅拌的时间为3min，超声波频率为30KHz，超声波作用时间为3min，熔炼得到熔融混合物B；
往所述熔融混合物B中加入复配锆钛合金，在温度为720℃，机械搅拌的转速为1200r/min，机械搅拌的时间为3min，熔炼得到熔融混合物C；
将所述熔融混合物C进行双级过滤处理，且过滤板的目数分别为50目和80目，然后以80㎜/min，冷却水压力为0.5MPa进行半连续铸造，得到铝合金铸棒；
将铝合金铸棒放置于560℃的温度下保温6h，然后降温至490℃下保温5h，以15m/min、挤压比40进行挤压处理，然后水冷，在线淬火，在165℃的条件下时效处理10h，得到铝合金型材。
对比例1-5：
对比例1-5与实施例5的区别仅在于铝合金的成分以及成分添加量不同，具体如表1所示。
表1：
Figure GDA0003934016790000071
对实施例1-5制备的铝合金型材以及对比例1-5制备的铝合金型材进行性能分析，结果如表2所示。参考GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》。
表2：
Figure GDA0003934016790000072
Figure GDA0003934016790000081
由表2的数据分析可知，铝合金型材的成分以及成分的添加量会影响制备铝合金型材的最终的性能，本申请通过优化成分以及成分含量，能获得高强度的铝合金型材，使其符合汽车制备领域的使用要求。
另外，将实施例5制备的铝合金型材以及对比例1-5制备的铝合金型材进行X射线衍射物相分析/SEM背散扫描和能谱分析，结果如表3所示。
表3：
Figure GDA0003934016790000082
(备注：A-优、B-良、C-中、D-差划分)
由表3分析可知，通过对铝合金型材做X射线衍射物相分析/SEM背散扫描和能谱分析，透射电镜分析技术和金相试验技术研究实施例5制备的铝合金型材以及对比例1-5制备的铝合金型材，得到本申请实施例5制备的铝合金型材的腐蚀性、可塑性以及切削性优异。
为了验证均匀化处理参数对制备铝合金型材的影响，做了以下的试验，具体的条件以及结果如下表4所示(该试验处理均匀化处理的参数与实施例5不同，其它与实施例5相同)。
表4：
Figure GDA0003934016790000091
由表4的数据分析可知，均匀化处理的参数也会影响本申请制备的铝合金形成的力学性能，因此，为了保证铝合金型材的使用强度，本申请限制了工艺参数，并结合成分以及成分添加量，整体上能解决铝合金型材存在铸造性能差、可挤压性能差，导致生产难度大以及生产效率低的问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种铝合金型材，其特征在于，按照质量百分比计，包括以下化学成分：Si 0.8％-1.0％、Cr 0.25％-0.5％、Cu 0.12％-0.15％、Zn 0.1％-0.3％、Fe 0.05-％0.08％、Mg0.5％-0.7％、Mn 0.32％-0.40％、Ti 0.10％-0.13％、Zr0.10％-0.14％、Cd 0.01％-0.02％、稀土元素0.01％-0.05％、杂质总含量≤0.15％，单个杂质含量≤0.05％，其余为Al；
其中，所述Zr和所述Ti复合添加，且Zr和Ti的总添加量小于或等于0.25％；
所述稀土元素由质量比为3-5:1-3的Ce和La混合得到；
所述铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
将铝锭添加至熔炼炉中，熔融状态加入铝硅合金、铝铬合金、纯铜、锌锭、铝铁合金以及镁锭，在第一条件下熔炼得到熔融混合物A；
往所述熔融混合物A中添加锰剂、镉剂以及稀土元素，在第二条件下熔炼得到熔融混合物B；
往所述熔融混合物B中加入复配锆钛合金，在第三条件下熔炼得到熔融混合物C；
将所述熔融混合物C进行双级过滤处理，然后半连续铸造，得到铝合金铸棒；
将所述铝合金铸棒进行均匀化处理，挤压处理，然后水冷，在线淬火，时效处理，得到铝合金型材。
2.根据权利要求1所述的铝合金型材 ，其特征在于，所述第一条件为：温度为765℃-780℃，机械搅拌的转速为500r/min-1500r/min，机械搅拌的时间为1min-3min。
3.根据权利要求1所述的铝合金型材，其特征在于，所述第二条件为：温度为720℃-740℃，机械搅拌的转速为800r/min-1500r/min，机械搅拌的时间为1min-5min，超声波频率为25KHz-50KHz，超声波作用时间为1min-3min。
4.根据权利要求3所述的铝合金型材，其特征在于，所述第三条件为：温度为700℃-725℃，机械搅拌的转速为1000r/min-1200r/min，机械搅拌的时间为1min-3min。
5.根据权利要求3所述的铝合金型材，其特征在于，所述双级过滤处理中采用的过滤板的目数分别为50目和80目。
6.根据权利要求3所述的铝合金型材，其特征在于，所述半连续铸造的铸造速度为60-80㎜/min，冷却水压力为0.3-0.5MPa。
7.根据权利要求3所述的铝合金型材，其特征在于，所述均匀化处理为将铝合金铸棒放置于560℃的温度下保温4h-8h，然后降温至470℃-490℃下保温4h-8h。
8.根据权利要求3所述的铝合金型材，其特征在于，所述挤压处理的挤压速度为10m/min-25m/min、挤压比30-40。
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