CN114790526A - 大型轴流风机叶片用的高强度铝合金及其型材的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大型轴流风机叶片用的高强度铝合金及其型材的生产工艺，按照质量百分比，所述铝合金型材的元素组成为：S i：0.35‑0.5％；Fe：0.10‑0.30；Mg：0.65‑0.80％；Cu：≤0.10％；Cr：≤0.10％；Mn：≤0.10％；Zn：≤0.1％；T i：≤0.1％；余量为Al和不可避免的杂质。本发明铝合金具有较高的强度和韧性，且耐腐蚀性能力强，可满足大型轴流风机领域对高强高韧铝合金的要求。采用铝合金制作大型轴流风机叶片可有效降低叶片重量，提高能源利用率。
Description
技术领域
本发明属于工业铝型材技术领域，具体涉及为大型轴流风机叶片用的高强度铝合金及其型材的生产工艺。
背景技术
铝合金是一种性能优良的轻质材料，在新能源汽车、轨道交通及各种大型设备领域具有广阔的应用前景。铝合金材料以其密度小，强度高和良好的耐腐蚀，表面容易加工涂装等优点，越来越受到广泛的关注，但在传统轴流风机用的铝合金材料还不是很广泛。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种大型轴流风机叶片用的高强度铝合金及其型材的生产工艺，本发明铝合金具有较高的强度和韧性，且耐腐蚀性能力强，可满足大型轴流风机领域对高强高韧铝合金的要求。采用铝合金制作大型轴流风机叶片可有效降低叶片重量，提高能源利用率。
本发明解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：
大型轴流风机叶片用的高强度铝合金，包含的金属元素有Si、Fe、Mg、Cu、Cr、 Mn、Zn、Ti以及Al。按照质量百分比为：Si：0.2-0.6％；Fe：≤0.35％；Mg：0.45-0.90％； Cu：≤0.10％；Cr：≤0.10％；Mn：≤0.10％；Zn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；余量为 Al和不可避免的杂质。本发明按照质量百分比：Si含量为0.35-0.5％；Fe含量为 0.10-0.30％；Mg含量为0.65-0.80％。
优选的，按照质量百分比：Si含量为0.40-0.44％；Fe含量为0.18-0.22％；Mg 含量为0.72-0.76％；Ti含量为0.04-0.07％。
大型轴流风机叶片用高强度铝合金的型材生产工艺，包括以下工艺步骤：
A、按照元素配方计算各原料的质量，进行配料；
B、向熔炉中加入电解铝，溶化后控制铝液的温度为755-765℃，然后加入Si、Fe、Cu、Cr、Mn、Zn、Ti的金属锭或合金锭，搅拌熔化成铝合金液；
C、将铝合金液磁力搅拌13-15min后静置，静置8-10min后再次搅拌，循环搅拌- 静置至铝合金液温度降至730-740℃，保持该温度不变，扒除铝合金液表面浮渣，然后加入Mg金属锭，搅拌至镁锭完全熔化；
D、向铝合金液中加入精炼剂，喷粉精炼14-16min，扒去表面浮渣，然后取样分析合金溶液成分；
E、根据分析结果计算并补加单质金属和/或中间合金，以750-760℃的温度搅拌6-8min；
F、再次进行取样分析，合金溶液成分合格后，用纯度为99.9％的氩气对熔炉内铝合金液喷吹精炼16-20min，扒渣后，将熔炉内的铝合金液排至静置炉内，降低铝合金液温度715-725℃，静置20-25min；
G、将静置后的铝合金液中加入晶粒细化剂进行在线细化；
H、将在线细化后的铝合金液进行在线除气，并通过双级陶瓷过滤板进行除杂；
I、将除杂后的铝合金液进行铸造，得到铸坯；
J、将铸坯温度升高至540-560℃，保温时间为6h，然后以40℃/min速度将铸坯温度降至室温；
K、将铸坯加热，进行热挤压成型，然后进行在线淬火处理；
L、再进行拉伸、锯切装框处理；
M、然后对铝合金加热时效，随炉冷却后得到成品。
优选的，D步骤中的精炼剂为无钠精炼剂，精炼剂用量为0.35-0.45Kg/每吨铝合金液。
优选的，G步骤中的晶粒细化剂为Al-5Ti-B晶粒细化剂。
优选的，H步骤中在线除气的除气介质为99.99％纯度的氩气，双级陶瓷过滤板是由40ppi+60ppi泡沫陶瓷过滤板组成。
优选的，I步骤中铸造温度730-750℃，铸造速度70-80mm/min。
优选的，铸造采用半连续铸造，铸造后的铸坯为圆柱形。
优选的，K步骤中将铸坯加热至490-510℃，进行挤压处理，挤压速度为7-10m/min。
优选的，M步骤中的加热时效处理为：时效温度为175-185℃，时间3-4h，人工时效后冷却，得到大型轴流风机铝合金型材。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：
本发明在Al-Si-Mg主合金元素体系的基础上，加入钛(Ti)等合金化元素，产生的合金化合物弥散分布在基体晶界中，能够细化晶粒，从而提高铝合金的室温强度和高温强度，特别是提高铝合金的抗拉强度和屈服极限，而且还可以改善合金的淬火敏感性，从而提高合金的强韧性和耐蚀性；
另外，本发明通过加入晶粒细化剂可提供有效的形核核心，有助于合金凝固组织由枝晶向球晶转变，从而细化产品晶粒，提高力学性能，降低铸造裂纹；
本发明的生产工艺中，通过控制单质金属和中间合金的加入顺序，及两次精炼、在线细化、铸造、铸坯均质处理、挤压成型、加热时效处理等步骤，从而使得最终得到的型材中具有更加均匀且致密的微观组织结构，使制得铝合金具有较高的强度和韧性，同时提高铝合金的耐腐蚀性能，可满足大型轴流风机对铝合金叶片型材高强高韧的要求。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下对本发明大型轴流风机叶片用的高强度铝合金及其型材的生产工艺作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
一种大型轴流风机叶片用的高强度铝合金，按照质量百分比，所述铝合金产的元素组成为Si：0.35-0.5％；Fe：0.10-0.30％；Mg：0.65-0.80％；Cu：≤0.10％；Cr：≤ 0.10％；Mn：≤0.10％；Zn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；余量为Al和不可避免的杂质。
依托上述大型轴流风机叶片用的高强度铝合金，制作大型轴流风机叶片型材，型材的生产工艺如下步骤：
A、按照元素配方计算各原料的质量，进行配料。配料后向熔炉中加入电解铝，熔化后，控制铝液的温度为755-765℃，然后加入Si：0.35％；Cu：0.05％；Cr：0.05％； Mn：0.05％；Ti：0.04％，搅拌熔化成铝合金液；
B、将铝合金液磁力搅拌13min，再静置8min后再次搅拌，循环搅拌-静置至铝合金液温度降至730℃，保持该温度不变，扒除铝合金液表面浮渣，然后加入Mg：0.65％，搅拌至镁锭完全熔化；
C、向铝合金液中加入精炼剂，精炼剂为无钠精炼剂，精炼剂用量为0.35Kg/每吨铝合金液，喷粉精炼14-16min，扒去表面浮渣，然后取样分析合金溶液成分；
D、根据分析结果计算并补加单质金属或中间合金，以750℃的温度搅拌6min；
E、用纯度为99.9％的氩气对熔炉内铝合金液喷吹精炼16min，扒渣后，将熔炉内的铝合金液排至静置炉内，降低铝合金液温度715℃，静置20min；
F、将静置后的铝合金液中加入晶粒细化剂进行在线细化，晶粒细化剂为Al-5Ti-B晶粒细化剂；
G、将在线细化后的铝合金液进行在线除气，并通过双级陶瓷过滤板进行除杂。除气介质为99.99％纯度的氩气，双级陶瓷过滤板是由40ppi+60ppi泡沫陶瓷过滤板组成；
H、将除杂后的铝合金液进行铸造，铸造温度730℃，铸造速度70mm/min。得到圆柱形的铸坯，铸造可采用半连续铸造工艺；
I、将铸坯温度升高至540-560℃，保温时间为6h，然后以40℃/min速度将铸坯温度降至室温；
J、将铸坯加热至490℃，进行热挤压成型，挤压速度为9-10m/min。然后进行在线淬火处理，在线淬火上风量50-85％，下风量40-80％，保证淬火后温度不高于100℃；
K、再进行拉伸、锯切装框处理；
L、然后对铝合金加热时效，人工时效温度175-185℃，时间3-4h，随炉冷却后得到成品，即大型轴流风机铝合金型材。
实施例2
一种大型轴流风机叶片制造用的高强度铝合金，按照质量百分比，所述铝合金产品的元素组成为Si：0.35-0.5％；Fe：0.10-0.30％；Mg：0.65-0.80％；Cu：≤0.10％； Cr：≤0.10％；Mn：≤0.10％；Zn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；余量为Al和不可避免的杂质。
依托上述大型轴流风机叶片用的高强度铝合金，制作大型轴流风机叶片型材，型材的生产工艺如下步骤：
A、按照元素配方计算各原料的质量，向熔炉中加入电解铝，控制铝液的温度为755-765℃，然后加入Si：0.5％；Cu：0.05％；Cr：0.05％；Mn：0.05％；Ti：0.04％，搅拌熔化成铝合金液；
B、将铝合金液磁力搅拌13min，再静置8min后再次搅拌，循环搅拌-静置至铝合金液温度降至730℃，保持该温度不变，扒除铝合金液表面浮渣，然后加入Mg：0.8％，搅拌至镁锭完全熔化；
C、向铝合金液中加入精炼剂，精炼剂为无钠精炼剂，精炼剂用量为0.35Kg/每吨铝合金液，喷粉精炼14-16min，扒去表面浮渣，然后取样分析合金溶液成分；
D、根据分析结果计算并补加单质金属或中间合金，以750℃的温度搅拌6min；
E、用纯度为99.9％的氩气对熔炉内铝合金液喷吹精炼16min，扒渣后，将熔炉内的铝合金液排至静置炉内，降低铝合金液温度715℃，静置20min；
F、将静置后的铝合金液中加入晶粒细化剂进行在线细化，晶粒细化剂为Al-5Ti-B晶粒细化剂；
G、将在线细化后的铝合金液进行在线除气，并通过双级陶瓷过滤板进行除杂。在线除气的除气介质为99.99％纯度的氩气，双级陶瓷过滤板是由40ppi+60ppi泡沫陶瓷过滤板组成；
H、将除杂后的铝合金液进行铸造，铸造温度730℃，铸造速度70mm/min，得到铸坯；
I、将铸坯温度升高至540-560℃，保温时间为6h，然后以40℃/min速度将铸坯温度降至室温；
J、将铸坯加热，加热至510℃，进行挤压处理，挤压速度为7-8m/min，然后进行在线淬火处理。在线淬火上风量50-85％，下风量40-80％，保证淬火后温度不高于100℃；
K、再进行拉伸、锯切装框处理；
L、然后对铝合金加热时效，人工时效温度175-185℃，时间3-4h，人工时效后冷却，可得到最终制品，即大型轴流风机叶片高强度铝合金型材。
实施例3
一种大型轴流风机叶片制造用的高强度铝合金，按照质量百分比，所述铝合金产品的元素组成为Si：0.35-0.5％；Fe：0.10-0.30％；Mg：0.65-0.80％；Cu：≤0.10％； Cr：≤0.10％；Mn：≤0.10％；Zn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；余量为Al和不可避免的杂质。
依托上述大型轴流风机叶片用的高强度铝合金，制作大型轴流风机叶片型材，型材的生产工艺如下步骤：
A、按照元素配方计算各原料的质量，向熔炉中加入电解铝，控制铝液的温度为755-765℃，然后加入Si：0.47％；Cu：0.05％；Cr：0.05％；Mn：0.05％；Ti：0.04％，搅拌熔化成铝合金液；
B、将铝合金液磁力搅拌13min，再静置8min后再次搅拌，循环搅拌-静置至铝合金液温度降至730℃，保持该温度不变，扒除铝合金液表面浮渣，然后加入Mg：0.73％，搅拌至镁锭完全熔化；
C、向铝合金液中加入精炼剂，精炼剂为无钠精炼剂，精炼剂用量为0.35Kg/每吨铝合金液，喷粉精炼14-16min，扒去表面浮渣，然后取样分析合金溶液成分；
D、根据分析结果计算并补加单质金属或中间合金，以750℃的温度搅拌6min；
E、用纯度为99.9％的氩气对熔炉内铝合金液喷吹精炼16min，扒渣后，将熔炉内的铝合金液排至静置炉内，降低铝合金液温度715℃，静置20min；
F、将静置后的铝合金液中加入晶粒细化剂进行在线细化，晶粒细化剂为Al-5Ti-B晶粒细化剂；
G、将在线细化后的铝合金液进行在线除气，并通过双级陶瓷过滤板进行除杂。在线除气的除气介质为99.99％纯度的氩气，双级陶瓷过滤板是由40ppi+60ppi泡沫陶瓷过滤板组成；
H、将除杂后的铝合金液进行铸造，铸造温度730℃，铸造速度70mm/min，得到铸坯；
I、将铸坯温度升高至540-560℃，保温时间为6h，然后以40℃/min速度将铸坯温度降至室温；
J、将铸坯加热，加热至520℃，进行挤压处理，挤压速度为8-9m/min，然后进行在线淬火处理。在线淬火上风量50-85％，下风量40-80％，保证淬火后温度不高于100℃；
K、再进行拉伸、锯切装框处理；
L、然后对铝合金加热时效，人工时效温度175-185℃，时间3-4h，人工时效后冷却，可得到最终制品，即大型轴流风机叶片高强度铝合金型材。
性能测试
根据GB/T 6892-2015《一般工业用铝及铝合金挤压型材》中的测试方法，对本实施例生产的铝合金产品进行性能测试，得到如下测试数据如下表：
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 抗拉强度δb(MPa) | 236 | 252 | 246 |
| 屈服强度(0.2％)(MPa) | 198 | 210 | 203 |
| 延伸率/(％) | 13 | 12 | 13 |
| 硬度(HB) | 83 | 89 | 86 |
| 挤压性能 | 好 | 好 | 好 |
| 抗腐蚀性能 | 无明显腐蚀 | 无明显腐蚀 | 无明显腐蚀 |
分析上述实验数据发现，三个实施例提供的铝合金型材的抗拉强度、屈服强度、硬度等机械性能均高于国家标准要求，挤压性能良好，抗腐蚀性强，因此，三个实施例提供的铝合金风叶片型材可用在大型轴流风机上，可满足大型轴流风机叶片对高强高韧铝合金的要求。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.大型轴流风机叶片用的高强度铝合金，包含的金属元素有Si、Fe、Mg、Cu、Cr、Mn、Zn、Ti以及Al，
按照质量百分比为：Si：0.2-0.6％；Fe：≤0.35％；Mg：0.45-0.90％；Cu：≤0.10％；Cr：≤0.10％；Mn：≤0.10％；Zn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；余量为Al和不可避免的杂质，其特征在于：
按照质量百分比：
Si含量为0.35-0.5％；
Fe含量为0.10-0.30％；
Mg含量为0.65-0.80％。
2.根据权利要求1所述的大型轴流风机叶片用的高强度铝合金，其特征在于：
按照质量百分比：
Si含量为0.40-0.44％；
Fe含量为0.18-0.22％；
Mg含量为0.72-0.76％；
Ti含量为0.04-0.07％。
3.根据权利要求1或2所述的大型轴流风机叶片用高强度铝合金的型材生产工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
A、按照元素配方计算各原料的质量，进行配料；
B、向熔炉中加入电解铝，溶化后控制铝液的温度为755-765℃，然后加入Si、Fe、Cu、Cr、Mn、Zn、Ti的金属锭或合金锭，搅拌熔化成铝合金液；
C、将铝合金液磁力搅拌13-15min后静置，静置8-10min后再次搅拌，循环搅拌-静置至铝合金液温度降至730-740℃，保持该温度不变，扒除铝合金液表面浮渣，然后加入Mg金属锭，搅拌至镁锭完全熔化；
D、向铝合金液中加入精炼剂，喷粉精炼14-16min，扒去表面浮渣，然后取样分析合金溶液成分；
E、根据分析结果计算并补加单质金属和/或中间合金，以750-760℃的温度搅拌6-8min；
F、再次进行取样分析，合金溶液成分合格后，用纯度为99.9％的氩气对熔炉内铝合金液喷吹精炼16-20min，扒渣后，将熔炉内的铝合金液排至静置炉内，降低铝合金液温度715-725℃，静置20-25min；
G、将静置后的铝合金液中加入晶粒细化剂进行在线细化；
H、将在线细化后的铝合金液进行在线除气，并通过双级陶瓷过滤板进行除杂；
I、将除杂后的铝合金液进行铸造，得到铸坯；
J、将铸坯温度升高至540-560℃，保温时间为6h，然后以40℃/min速度将铸坯温度降至室温；
K、将铸坯加热，进行热挤压成型，然后进行在线淬火处理；
L、再进行拉伸、锯切装框处理；
M、然后对铝合金加热时效，随炉冷却后得到成品。
4.根据权利要求3所述的大型轴流风机叶片用高强度铝合金的型材生产工艺，其特征在于：
D步骤中的精炼剂为无钠精炼剂，精炼剂用量为0.35-0.45Kg/每吨铝合金液。
5.根据权利要求3所述的大型轴流风机叶片用高强度铝合金的型材生产工艺，其特征在于：
G步骤中的晶粒细化剂为Al-5Ti-B晶粒细化剂。
6.根据权利要求3所述的大型轴流风机叶片用高强度铝合金的型材生产工艺，其特征在于：
H步骤中在线除气的除气介质为99.99％纯度的氩气，双级陶瓷过滤板是由40ppi+60ppi泡沫陶瓷过滤板组成。
7.根据权利要求3所述的大型轴流风机叶片用高强度铝合金的型材生产工艺，其特征在于：
I步骤中铸造温度730-750℃，铸造速度70-80mm/min。
8.根据权利要求7所述的大型轴流风机叶片用高强度铝合金的型材生产工艺，其特征在于：
铸造采用半连续铸造，铸造后的铸坯为圆柱形。
9.根据权利要求3所述的大型轴流风机叶片用高强度铝合金的型材生产工艺，其特征在于：
K步骤中将铸坯加热至490-510℃，进行挤压处理，挤压速度为7-10m/min。
10.根据权利要求3或4或5或6或7或8或9所述的大型轴流风机叶片用高强度铝合金的型材生产工艺，其特征在于：
M步骤中的加热时效处理为：时效温度为175-185℃，时间3-4h，人工时效后冷却，得到大型轴流风机铝合金型材。
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