CN115216659B - 一种1060铝合金扁排的制备方法 - Google Patents

一种1060铝合金扁排的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种1060铝合金扁排的制备方法，包括：将合金原料熔炼、晶粒细化、铸造、加热、挤压和拉伸，得到1060铝合金扁排。本发明提供了一种可以替代部分规格轧制铝板的挤压型材，主要但不限于铲齿散热器的加工，利用本发明生产的产品可实现对产品粗晶的控制，并能显著增强产品的力学性能，大幅消除材料的内应力，能够获得良好的产品性能，同时，该制备方法能保证较高的生产效率，具有良好的经济效益。

Description

一种1060铝合金扁排的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，尤其涉及一种1060铝合金扁排的制备方法。
背景技术
随着近些年光伏、通信、电力等产业技术水平不断提高，出现了设备集成化、小型化、模块化等特点，对相关配套产品的要求也越来越高，例如要求相同散热面积散热器的效能更高，或更小散热面积用于与原先相同的散热效能，在市场需求的推动下，铲齿散热器因更高的齿数比、更薄的散热翅片(相对于铝挤压散热器)而逐步进入需求双方的视野中。
铲齿散热器的加工方式已趋于成熟，一般的加工流程为：将铝板斜放在铲齿设备上，使用带有一定斜度的铲刀在铝板上铲出指定长度和厚度的薄片(翅片)，随后用铲刀将翅片扶正，依次往复加工，直至整块铝板完成加工，如图1所示。受加工方式影响，要求加工铲齿散热器的铝板硬度不能过高，因此较为常见的合金牌号为1系铝合金。
但1系铝合金切削性能较差，使用轧制方式生产铝板需要使用高精密锯床和激光切割才能获得符合尺寸要求的产品。挤压扁排可用以替代部分规格的轧制铝板的使用，通过挤压加工方式成型，可一次形成需要的尺寸规格，具有较高的尺寸精度，可大幅减少切削加工量和加工次数，进而降低企业的使用成本。但挤压扁排具有较大的宽厚比，对设备能力要求较高，通常具备中大型挤压机的企业才能生产，如生产宽度在100mm～450mm，宽厚比在1～15范围内、挤压比15～50的扁排产品，如图2所示。大规格扁排在加工过程中易受铸态组织影响，中心部位可能仍存在等轴晶组织，导致内部组织不均匀。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种1060铝合金扁排的制备方法，本发明提供的方法制备得到的铝合金扁排具有较好的性能。
本发明提供了一种1060铝合金扁排的制备方法，包括：
将合金原料熔炼、晶粒细化、铸造、加热、挤压和拉伸，得到1060铝合金扁排。
优选的，所述合金原料的配料成分为：
≤0.20wt％的Si；
≤0.25wt％的Fe；
0.02～0.05wt％的Cu；
≤0.03wt％的Mn；
≤0.03wt％的Mg；
≤0.05wt％的Zn；
≤0.03wt％的Ti；
≤0.03wt％的V；
杂质：≤0.03wt％；
余量为Al。
优选的，所述熔炼的温度为780～820℃。
优选的，所述晶粒细化过程中采用的细化剂为铝钛硼丝；所述细化剂的走丝速度为1000～3000mm/min。
优选的，所述晶粒细化和铸造之间还包括：
除气和/或除渣；
所述除气采用真空除氢设备，使氢含量≤0.15ml/100gAl；
所述除渣采用双级板式过滤加管式过滤的方法。
优选的，所述铸造的温度为730～750℃；所述铸造的速度为30～60mm/min；所述铸造过程中的水流量为100～300L/h。
优选的，所述加热包括：
铸锭加热和模具加热；
所述铸锭加热的温度为380～400℃，所述铸锭加热的保温时间为10～20min；
所述模具加热的温度为390～410℃，所述模具加热的加热时间＞12h。
优选的，所述挤压的速度为5～15mm/s，所述挤压过程中的筒温为380～400℃，所述挤压过程中的挤压比为15～50。
优选的，所述挤压和拉伸之间还包括：
进行在线冷却；
所述在线冷却采用风雾冷。
优选的，所述拉伸的拉伸率为0.8～1.5％。
本发明提供了一种可以替代部分规格轧制铝板的挤压型材，主要但不限于铲齿散热器的加工，利用本发明生产的产品可实现对产品粗晶的控制，并能显著增强产品的力学性能，大幅消除材料的内应力，能够获得良好的产品性能，同时，该制备方法能保证较高的生产效率，具有良好的经济效益。
本发明通过对氧化铝重熔，并在重熔过程中添加细化剂，结合熔铸工艺生产重熔铸锭，使铸锭晶粒度符合2级以下；采用中大型挤压机，挤压力大(峰值挤压力85MN，额定82MN)，可使铸态组织在挤压过程中充分破碎，使得产品内部组织均匀。1系铝合金化程度低，无法充分抑制边缘及R角处破碎的晶粒长大，易造成粗晶环；本发明通过调整铸锭加热温度和时间、模具加热温度、挤压筒温度以及挤压速度等工艺参数，能够降低粗晶环深度≤2mm。为抑制粗晶产生，在产品挤出后自然冷却，生产效率较低；本发明通过快速冷却的方式，使产品内部温度降低至共晶温度以下，防止晶粒因结晶潜热而增大，快速冷却会导致产品内部产生应力，内应力会导致后续加工后的产品产生形变；为防止变形，本发明通过调整拉伸工艺，释放内应力；同时，拉伸工艺也可以提高一定的强度，提高加工后产品抗形变的能力。
附图说明
图1为铲齿散热器的结构示意图；
图2为扁排的结构示意图；
图3为本发明实施例制备铝合金扁排的工艺流程图。
具体实施方式
下面将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。
本发明提供了一种1060铝合金扁排的制备方法，包括：
将合金原料熔炼、晶粒细化、铸造、加热、挤压和拉伸，得到1060铝合金扁排。
在本发明中，所述合金原料的配料成分优选为：
≤0.20wt％的Si；
≤0.25wt％的Fe；
0.02～0.05wt％的Cu；
≤0.03wt％的Mn；
≤0.03wt％的Mg；
≤0.05wt％的Zn；
≤0.03wt％的Ti；
≤0.03wt％的V；
杂质：≤0.03wt％；
余量为Al。
在本发明中，所述Si的质量含量优选为≤0.11wt％；所述Fe的质量含量优选为≤0.10wt％；所述Cu的质量含量优选为0.03～0.04％，更优选为0.035％；所述Mn的质量含量优选为≤0.02wt％；所述Mg的质量含量优选为≤0.02wt％；所述Zn的质量含量优选为≤0.01wt％；所述Ti的质量含量优选为≤0.01wt％；所述V的质量含量优选为≤0.01wt％。
在本发明中，所述熔炼的温度优选为780～820℃，更优选为790～810℃，最优选为800℃。
在本发明中，所述晶粒细化过程中采用的细化剂优选为铝钛硼丝，优选采用Al5Ti1B细化剂；所述细化剂的走丝速度优选为1000～3000mm/min，更优选为1500～2500mm/min，最优选为2000mm/min。
在本发明中，所述晶粒细化和铸造之间优选还包括：
除气和/或除渣。
在本发明中，所述除气优选采用真空除氢设备，优选使氢含量≤0.15ml/100gAl；所述除渣优选采用除渣设备，优选采用双级板式过滤加管式过滤的方法。
在本发明中，所述铸造优选采用4孔圆铸锭造盘，孔径优选为380～508mm，更优选为448mm；所述铸造的温度(起铸温度)优选为730～750℃，更优选为735～745℃，最优选为740℃；所述铸造的速度优选为30～60mm/min，更优选为40～50mm/min，最优选为45mm/min；所述铸造过程中的水流量优选为100～300L/h，更优选为150～250L/h，最优选为200L/h。
在本发明中，所述铸造和加热之间优选还包括：
锯切和车皮。
在本发明中，所述锯切的方法优选包括：
将得到的任意一支铸锭头端、另一支铸锭尾端300～500mm处取样进行检测。
在本发明中，所述车皮的方法优选包括：
铸锭锯切检测合格后，按照要求车皮，随后将得到的铸棒转运至挤压工序。
在本发明中，所述加热优选包括：铸锭加热和模具加热。
在本发明中，所述铸锭加热的温度优选为380～400℃，更优选为385～395℃，最优选为390℃；所述铸锭加热过程中优选梯度升温，升温梯度优选为10～20℃/m，即铸棒每米相差10～20℃，如每段头端390℃、尾端370℃；所述铸锭加热的保温时间优选为10～20min，更优选为15min。
在本发明中，所述模具为挤压模具，所述模具加热的温度优选为390～410℃，更优选为395～405℃，最优选为400℃；所述模具加热的加热时间优选＞12h。
在本发明中，所述挤压的速度优选为5～15mm/s，更优选为8～12mm/s，最优选为10mm/s，所述挤压速度可根据挤压比进行确定；所述挤压过程中的筒温优选为380～400℃，更优选为385～395℃，最优选为390℃；所述挤压过程中的压余优选为35～45mm，更优选为38～42mm，最优选为40mm；挤压比优选为15～50，更优选为20～40，最优选为30；所述挤压过程中采用的挤压机机型优选为70～80MN，更优选为75MN；所述挤压机的额定挤压力优选为80～85MN，更优选为82MN。
在本发明中，挤压比指的是挤压机挤压筒截面积与产品截面积的比值。
在本发明中，所述挤压和拉伸之间优选还包括：
进行在线冷却。
在本发明中，所述在线冷却优选采用风雾冷；所述风雾冷过程中的风量优选为20～50％，更优选为30～40％，最优选为35％；所述雾冷的开关量优选为40～60％，更优选为45～55％，最优选为50％。
在本发明中，所述拉伸的拉伸率优选为0.8～1.5％，更优选为1.0～1.3％。
在本发明的实施例中，所述1060铝合金扁排的制备方法的工艺流程图如3所示，包括：
原材料检验、熔炼、成分检验/调整、晶粒细化、除气/除渣、铸造、锯切、铸锭检验、车皮、铸锭和模具加热、挤压、在线冷却、拉伸、锯切、成品检验、包装。
在本发明中，所述原材料检验优选为检验高纯铝。
在本发明中，所述成分检验/调整优选按照上述技术方案所述合金原料配料的成分进行检验及调整即可。
在本发明中，所述1060铝合金扁排的宽度优选为100～450mm，更有选为200～400mm，最优选为300mm；宽厚比优选为1～15，更优选为5～10，最优选为6～8。
本发明提供了一种可以替代部分规格轧制铝板的挤压型材，主要但不限于铲齿散热器的加工，利用本发明生产的产品可实现对产品粗晶的控制，并能显著增强产品的力学性能，大幅消除材料的内应力，能够获得良好的产品性能，同时，该制备方法能保证较高的生产效率，具有良好的经济效益；本发明提供的方法生产效率高，内应力去除较为充分、强度较高。
实施例1
扁排宽度200±1.0mm，厚度30±0.5mm，使用75MN挤压机390mm挤压筒进行生产，挤压比20，具体方法包括：
将铸棒进行加热、挤压、在线冷却和拉伸；
铸棒的制备方法具体为：
将合金原料进行熔炼、晶粒细化、铸造，晶粒细化过程中的走丝速度为1000～3000mm/min；铸造过程中采用4孔圆铸锭铸造盘，孔径380mm；起铸温度740℃，铸造速度60mm/min，水流量150L/h；
铸棒直径为φ370mm，成分为：
Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti V 余量
含量 0.11 0.07 0.001 0.001 0.002 0.009 0.009 0.004 Al
铸棒加热温度为380～400℃，加热梯度：20℃/m，保温时间：10min；挤压前挤压模具加热≥12h，模具加热温度400℃，挤压速度5.5mm/s，筒温设定400℃，压余35～45mm；在线冷却过程中的风量50％，水雾开启40％；拉伸过程中的拉伸率0.8～1.5％。
对比本发明实施例1制备的扁排进行尺寸检测，检测结果为：
产品头端(mm) 产品中间(mm) 产品尾端(mm)
199.86*30.10 200.10*30.22 199.86*30.08
按照GB/T 16865《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》标准，检测本发明实施例1制备的扁排的力学性能，包括抗拉强度、屈服强度和断后伸长率，检测结果为：抗拉强度(Rm)81.0MPa，屈服强度(Rp0.2)30.5MPa，断后伸长率(A50)26％。
按照GB/T 231《金属材料布氏硬度试验》标准(极差为硬度最大值减硬度最小值)，检测本发明实施例1制备的扁排的硬度和极差，检测结果为，实施例1制备的扁排的端面硬度平均值23HBW，极差2HBW。
实施例2
扁排宽度300±0.5mm，厚度30±0.35mm，使用75MN挤压机460mm挤压筒进行生产，挤压比18，具体方法包括：
将铸棒进行加热、挤压、在线冷却和拉伸；
铸棒的制备方法具体为：
将合金原料进行熔炼、晶粒细化、铸造，晶粒细化过程中的走丝速度为1200mm/min；铸造过程中采用4孔圆铸锭铸造盘，孔径448mm；起铸温度740℃，铸造速度60mm/min，水流量150L/h；
铸棒直径为φ440mm，成分为：
Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti V 余量
含量 0.04 0.0096 0.001 0.001 0.01 0.02 0.02 0.01 Al
铸棒加热温度为370～390℃，加热梯度：20℃/m，保温时间：10min；挤压前挤压模具加热≥12h，模具加热温度400℃，挤压速度6mm/s，筒温设定400℃，压余35～45mm；在线冷却过程中的风量50％，水雾开启50％；拉伸过程中的拉伸率0.8～1.5％。
对比本发明实施例2制备的扁排进行尺寸检测，检测结果为：
产品头端(mm) 产品中间(mm) 产品尾端(mm)
299.97*30.12 299.99*30.14 299.90*30.10
按照实施例1的方法检测本发明实施例2制备的扁排的力学性能，检测结果为：抗拉强度(Rm)81.5MPa，屈服强度(Rp0.2)31.0MPa，断后伸长率(A50)26％。
按照实施例1的方法，检测本发明实施例2制备的扁排的硬度和极差，检测结果为，实施例2制备的扁排的端面硬度平均值23.5HBW，极差2.2HBW。
实施例3
扁排宽度450±0.5mm，厚度25±0.35mm，使用75MN挤压机520mm挤压筒进行生产，挤压比19，具体方法包括：
将铸棒进行加热、挤压、在线冷却和拉伸；
铸棒的制备方法具体为：
将合金原料进行熔炼、晶粒细化、铸造，晶粒细化过程中的走丝速度为1400mm/min；铸造过程中采用4孔圆铸锭铸造盘，孔径508mm；起铸温度740℃，铸造速度60mm/min，水流量150L/h；
铸棒直径为φ440mm，成分为：
Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti V 余量
含量 0.04 0.0096 0.001 0.001 0.01 0.02 0.02 0.01 Al
铸棒加热温度为360～390℃，加热梯度：20℃/m，保温时间：10min；挤压前挤压模具加热≥12h，模具加热温度400℃，挤压速度5mm/s，筒温设定400℃，压余35～45mm；在线冷却过程中的风量60％，水雾开启50％；拉伸过程中的拉伸率0.8～1.5％。
对比本发明实施例3制备的扁排进行尺寸检测，检测结果为：
产品头端(mm) 产品中间(mm) 产品尾端(mm)
449.70*25.00 449.80*25.10 449.64*24.98
按照实施例1的方法检测本发明实施例3制备的扁排的力学性能，检测结果为：抗拉强度(Rm)80.5MPa，屈服强度(Rp0.2)28.0MPa，断后伸长率(A50)28％。
按照实施例1的方法，检测本发明实施例3制备的扁排的硬度和极差，检测结果为，实施例3制备的扁排的端面硬度平均值22.5HBW，极差2.4HBW。
本发明提供了一种可以替代部分规格轧制铝板的挤压型材，主要但不限于铲齿散热器的加工，利用本发明生产的产品可实现对产品粗晶的控制，并能显著增强产品的力学性能，大幅消除材料的内应力，能够获得良好的产品性能，同时，该制备方法能保证较高的生产效率，具有良好的经济效益。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。

Claims (6)

1.一种1060铝合金扁排的制备方法，包括：
将合金原料熔炼、晶粒细化、铸造、加热、挤压和拉伸，得到1060铝合金扁排；
所述加热包括：
铸锭加热和模具加热；
所述铸锭加热的温度为380~400℃，所述铸锭加热的保温时间为10~20min；
所述模具加热的温度为390~410℃，所述模具加热的加热时间＞12h；
所述挤压的速度为5~15mm/s，所述挤压过程中的筒温为380~400℃，所述挤压过程中的挤压比为15~50；
所述挤压和拉伸之间还包括：进行在线冷却；所述在线冷却采用风雾冷；
所述拉伸的拉伸率为0.8~1.5%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合金原料的配料成分为：
≤0.20wt%的Si；
≤0.25wt%的Fe；
0.02~0.05wt%的Cu；
≤0.03wt%的Mn；
≤0.03wt%的Mg；
≤0.05wt%的Zn；
≤0.03wt%的Ti；
≤0.03wt%的V；
杂质：≤0.03wt%；
余量为Al。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔炼的温度为780~820℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶粒细化过程中采用的细化剂为铝钛硼丝；所述细化剂的走丝速度为1000~3000mm/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶粒细化和铸造之间还包括：
除气和/或除渣；
所述除气采用真空除氢设备，使氢含量≤0.15ml/100gAl；
所述除渣采用双级板式过滤加管式过滤的方法。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造的温度为730~750℃；所述铸造的速度为30~60mm/min；所述铸造过程中的水流量为100~300L/h。
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