CN115216672A - 一种复杂截面铝合金型材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种复杂截面铝合金型材及其制造方法，属于铝合金制造技术领域，合金型材中各物质的质量百分比为：Si含量0.39％‑0.52％，Fe含量0.1％‑0.2％，Cu含量0.19％‑3.3％，Mn含量0.05％‑0.15％，Mg含量0.6％‑2.2％，Cr含量0.05％‑0.22％，Zn含量低于0.05％，Ti含量0.05％‑0.07％，其他杂质的含量低于0.15％，余量为Al。该成分配比为了实现铝合金材料更加容易的等温挤压、制品粗晶控制。

Description

一种复杂截面铝合金型材及其制造方法
技术领域
本发明属于铝合金型材制造技术领域，特别是一种复杂截面铝合金型材及其制造方法。
背景技术
随着高品质铝合金型材的应用不断推广，近年来有关挤压方式、挤压温度、挤压速度对铝合金反向挤压成型过程以及组织性能的影响；高效反向挤压法的原理和工艺技术研究国内外已取得可喜进展。国内多家高校和生产厂家针对挤压力计算、模具优化和挤压制品粗晶控制等方面进行了深入研究。
在铝合金型材的生产过程中会产生粗大晶粒组织即粗晶环，根据粗晶环出现的时间，将其分为两类：第一类是在挤压过程中已形成的粗晶环，这类粗晶环的形成是由于挤压模具工作带的长度以及入口的形状与摩擦力的作用造成金属流动不均匀。在反向挤压过程中，加热炉加热后会使得铸棒外层温度高，中心温度低，外层金属所承受的变形程度比内层大，晶粒受到剧烈的剪切变形，晶格畸变严重，再加上高温，从而使外层金属再结晶温度降低，发生再结晶长大，形成粗晶环，而内层金属保持纤维晶组织；第二类粗晶环是在铝合金棒材的淬火过程形成的，例如6061、7075、7050铝合金在淬火后，常常会出现较为严重的粗晶环组织，这类粗晶环的形成一方面与挤压过程的挤压比(即不均匀变形)有关，还与合金里面的元素Fe、Ti、Zr元素以及铸造晶粒组织有关。
发明内容
为解决大型复杂截面型材生产中出现的等温挤压、制品粗晶控制和精密在线淬火等技术难点问题，本发明公开了一种复杂截面铝合金型材及其制造方法，建立出料口温度和淬火冷却量预测模型，实现并行计算平台上的工艺优化体系，指导现场生产。
第一方面，本发明公开了一种复杂截面铝合金型材的技术方案，合金型材中各物质的质量百分比为：
Si含量0.39％-0.52％，
Fe含量0.1％-0.2％，
Cu含量0.19％-3.3％，
Mn含量0.05％-0.15％，
Mg含量0.6％-2.2％，
Cr含量0.05％-0.22％，
Zn含量低于0.05％，
Ti含量0.05％-0.07％，
其他杂质的含量低于0.15％，余量为Al。
在可实施的方式中，Cu含量＞Mg含量＞Si含量，使铜的含量控制在3％左右来保证铝合金的强度。
第二方面，本发明公开了一种复杂截面铝合金型材的制造方法技术方案，包括如下步骤：
步骤一：将配制好的第一方面中任意一个可实施方式的铝合金型材原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
步骤二：将步骤一中制得的铝合金铸锭进行精炼,去除铝合金铸锭中的氧化物和杂质；
步骤三：将步骤二中制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，使得Mg2Si充分的融入到固溶体内；
步骤四：将步骤三中制得的铝合金铸锭置于挤压机中进行反向等温挤压得到所需要的铝合金型材；
步骤五：将步骤四中制得的铝合金型材在挤压机出料口的淬火装置上进行淬火冷却处理；
步骤六：将步骤五中制得的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，将拉伸矫直后的铝合金型材定尺锯切。
在可实施的方式中，步骤二的精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣、过滤作业,精炼所用气体为氮气。
在可实施的方式中，步骤三的铝合金铸锭均匀化处理的温度为583±5℃，保温时间为4.5H。
在可实施的方式中，步骤四的所述反向等温挤压工艺：挤压筒温度385±10℃，挤压比范围18～22，挤压速率为1.5～5.7m/min。
在可实施的方式中，步骤五的淬火冷却后的铝合金型材温度低于35℃。
在可实施的方式中，所述挤压机出料口上设置有温度采集设备，所述温度采集设备与所述淬火装置通过上位机或PC机连接，通过所述温度采集设备采集的温度信号实现所述淬火装置内淬火温度的实时控制。
在可实施的方式中，铝合金型材的粗晶深度≤0.5mm。
本发明相比现有技术具有以下有益效果：本申请通过温度采集设备采集的温度信号实现所述淬火装置内淬火温度的实时控制实现复杂截面铝合金型材的材料冷却量的优化配置，减小构件残余变形，提高产品合格率。
在并行集群计算平台上，建立反向等温挤压数学模型，优化等温挤压工艺，模拟等温挤压过程，实现难变形合金和复杂型材的可挤性，获得铝合金反向等温挤压最优挤压材组织性能及表面质量的工艺方案。有效控制铝合金型材的粗晶深度≤0.5mm,铝合金成品截面偏差≤5％，提高挤压速度≥20％。
反向挤压具有金属流动均匀、变形均匀，挤压过程温升小，铸锭同挤压筒内壁几乎不存在摩擦，不产生摩擦热，制品尺寸精确度高、组织性能好，可以采用低温挤压，因而提高挤压速度30～50％。并且反向挤压时变形区靠近模孔，所以残料很短，加上可采用长铸锭挤压，几何废料少，因此成品率可提高5～8％，生产效率提高30～50％。
反向挤压的挤压力为正向挤压的60～70％，反向挤压设备的工作能耗比正向挤压设备的工作能耗降低20～30％，并且挤压速度快30～50％。
具体实施方式
下面具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解包括而不限于下述具体实施方式所展示的技术方案仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一
一种复杂截面铝合金型材，合金型材中各物质的质量百分比为：Si含量0.41％，Fe含量0.12％，Cu含量3％，Mn含量0.09％，Mg含量1.3％，Cr含量0.12％，Zn含量0.02％，Ti含量0.05％，其他杂质的含量0.10％，余量为Al。
在一些实施例中，Cu含量＞Mg含量＞Si含量。
实施例二
以实施例一的各物质的质量百分比配置原材料进行加工制造，包括如下步骤：
步骤一：将铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
步骤二：将步骤一中制得的铝合金铸锭进行精炼,去除铝合金铸锭中的氧化物和杂质；精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣、过滤作业,精炼所用气体为氮气。
步骤三：将步骤二中制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，使得Mg2Si充分的融入到固溶体内；铝合金铸锭均匀化处理的温度为587℃，保温时间为4.5H。
步骤四：将步骤三中制得的铝合金铸锭置于挤压机中进行反向等温挤压得到所需要的铝合金型材；反向等温挤压工艺：挤压筒温度394℃，挤压比范围20，挤压速率为4.5m/min。
挤压机出料口上设置有温度采集设备，所述温度采集设备与所述淬火装置通过上位机或PC机连接，通过所述温度采集设备采集的温度信号实现所述淬火装置内淬火温度的实时控制。因为应变速率随挤压速度提高而提高，对同一挤压速度条件下，在挤压机内，铝合金材料受到摩擦阻碍，金属表层将发生剪切滑移变形，使得在挤压机内的铝合金材料等效应变速率明显提高，通过挤压机后则又迅速下降，且表层应变速率高于中心区域。因此在挤压机内形成了一个高应变速率环，同时这一区域也是温度高峰去，因而挤压材料通过这一区域时会发生明显的组织改变。合理控制好挤压比和挤压速度可以有效地控制这一区域的应变速率和温度，从而使试样性能得到优化。
出料口温度和挤压力随挤压速度提高而升高，当出料口温度升高时反馈来调节挤压速度降低，当出料口温度降低时反馈来调节挤压速度升高。
步骤五：将步骤四中制得的铝合金型材在挤压机出料口的淬火装置上进行淬火冷却处理；淬火冷却后的铝合金型材温度低于35℃。
步骤六：将步骤五中制得的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，将拉伸矫直后的铝合金型材定尺锯切。
实施例三
一种复杂截面铝合金型材，合金型材中各物质的质量百分比为：Si含量0.5％，Fe含量0.16％，Cu含量2.8％，Mn含量0.12％，Mg含量1.6％，Cr含量0.16％，Zn含量0.01％，Ti含量0.05％，其他杂质的含量低于0.15％，余量为Al。
在一些实施例中，Cu含量＞Mg含量＞Si含量。
实施例四
以实施例三的各物质的质量百分比配置原材料进行加工制造，包括如下步骤：
步骤一：将铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
步骤二：将步骤一中制得的铝合金铸锭进行精炼,去除铝合金铸锭中的氧化物和杂质；精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣、过滤作业,精炼所用气体为氮气。
步骤三：将步骤二中制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，使得Mg2Si充分的融入到固溶体内；铝合金铸锭均匀化处理的温度为578℃，保温时间为4.5H。
步骤四：将步骤三中制得的铝合金铸锭置于挤压机中进行反向等温挤压得到所需要的铝合金型材；反向等温挤压工艺：挤压筒温度380℃，挤压比范围21，挤压速率为5.1m/min。
挤压机出料口上设置有温度采集设备，所述温度采集设备与所述淬火装置通过上位机或PC机连接，通过所述温度采集设备采集的温度信号实现所述淬火装置内淬火温度的实时控制。工作方式参考实施例二。
步骤五：将步骤四中制得的铝合金型材在挤压机出料口的淬火装置上进行淬火冷却处理；淬火冷却后的铝合金型材温度低于32℃。
步骤六：将步骤五中制得的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，将拉伸矫直后的铝合金型材定尺锯切。
实施例五
一种复杂截面铝合金型材，合金型材中各物质的质量百分比为：Si含量0.45％，Fe含量0.18％，Cu含量3.2％，Mn含量0.06％，Mg含量2.1％，Cr含量0.20％，Zn含量0.03％，Ti含量0.05％，其他杂质的含量低于0.15％，余量为Al。
在一些实施例中，Cu含量＞Mg含量＞Si含量。
实施例六
以实施例五的各物质的质量百分比配置原材料进行加工制造，包括如下步骤：
步骤一：将铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
步骤二：将步骤一中制得的铝合金铸锭进行精炼,去除铝合金铸锭中的氧化物和杂质；精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣、过滤作业,精炼所用气体为氮气。
步骤三：将步骤二中制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，使得Mg2Si充分的融入到固溶体内；铝合金铸锭均匀化处理的温度为581℃，保温时间为4.5H。
步骤四：将步骤三中制得的铝合金铸锭置于挤压机中进行反向等温挤压得到所需要的铝合金型材；反向等温挤压工艺：挤压筒温度376℃，挤压比范围19，挤压速率为5.5m/min。
挤压机出料口上设置有温度采集设备，所述温度采集设备与所述淬火装置通过上位机或PC机连接，通过所述温度采集设备采集的温度信号实现所述淬火装置内淬火温度的实时控制。工作方式参考实施例二。
步骤五：将步骤四中制得的铝合金型材在挤压机出料口的淬火装置上进行淬火冷却处理；淬火冷却后的铝合金型材温度低于35℃。
步骤六：将步骤五中制得的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，将拉伸矫直后的铝合金型材定尺锯切。
对实施例二、实施四和实施六中的铝合金型材采用电子万能试验机进行拉伸性能检测，采用布氏硬度计进行硬度检测，得到结果如表1所示。
Figure BDA0003746041600000071
表1
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，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 (9)

1.一种复杂截面铝合金型材，其特征在于：合金型材中各物质的质量百分比为：
Si含量0.39％-0.52％，
Fe含量0.1％-0.2％，
Cu含量0.19％-3.3％，
Mn含量0.05％-0.15％，
Mg含量0.6％-2.2％，
Cr含量0.05％-0.22％，
Zn含量低于0.05％，
Ti含量0.05％-0.07％，
其他杂质的含量低于0.15％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种复杂截面铝合金型材，其特征在于，所述Cu含量＞所述Mg含量＞所述Si含量，使铜的含量控制在3％左右来保证铝合金的强度。
3.一种复杂截面铝合金型材的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将配制好的权利要求1-2中任意一项的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
步骤二：将步骤一中制得的铝合金铸锭进行精炼,去除铝合金铸锭中的氧化物和杂质；
步骤三：将步骤二中制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，使得Mg2Si充分的融入到固溶体内；
步骤四：将步骤三中制得的铝合金铸锭置于挤压机中进行反向等温挤压得到所需要的铝合金型材；
步骤五：将步骤四中制得的铝合金型材在挤压机出料口的淬火装置上进行淬火冷却处理；
步骤六：将步骤五中制得的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，将拉伸矫直后的铝合金型材定尺锯切。
4.根据权利要求3所述的一种复杂截面铝合金型材及其制造方法，其特征在于，步骤二的精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣、过滤作业,精炼所用气体为氮气。
5.根据权利要求3所述的一种复杂截面铝合金型材及其制造方法，其特征在于，步骤三的铝合金铸锭均匀化处理的温度为583±5℃，保温时间为4.5H。
6.根据权利要求3所述的一种复杂截面铝合金型材及其制造方法，其特征在于，步骤四的所述反向等温挤压工艺：挤压筒温度385±10℃，挤压比范围18～22，挤压速率为1.5～5.7m/min。
7.根据权利要求6所述的一种复杂截面铝合金型材及其制造方法，其特征在于，步骤五的淬火冷却后的铝合金型材温度低于35℃。
8.根据权利要求7所述的一种复杂截面铝合金型材及其制造方法，其特征在于，所述挤压机出料口上设置有温度采集设备，所述温度采集设备与所述淬火装置通过上位机或PC机连接，通过所述温度采集设备采集的温度信号实现所述淬火装置内淬火温度的实时控制。
9.根据权利要求8所述的一种复杂截面铝合金型材及其制造方法，其特征在于，铝合金型材的粗晶深度≤0.5mm。
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