CN116445752A - 一种高强度铝棒制作工艺 - Google Patents

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CN116445752A CN202310428720.7A CN202310428720A CN116445752A CN 116445752 A CN116445752 A CN 116445752A CN 202310428720 A CN202310428720 A CN 202310428720A CN 116445752 A CN116445752 A CN 116445752A
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Abstract

本申请涉及铝合金材料技术领域，具体公开了一种高强度铝棒制作工艺；所述高强度铝棒制作工艺包括以下工艺步骤：S1、配料熔炼：按比例称取铝棒原料混合均匀，加温得到第一熔体；S2、精炼：对第一熔体温度达到740‑760℃时，搅拌20‑25min，当第一熔体温度降至720‑740℃时，得到第二熔体；S3、铸造：将精炼后的第二熔体浇铸成铸锭；S4、均质化：采用均质处理工艺对铸锭均质化处理，得到均质后铸锭；S5、挤压：将铸锭进行挤压，得到铝合金型材；S6、上色、封孔：对挤压好的铝合金型材，进行上色、封孔，得到高强度铝棒；本申请制得铝棒具有较好的屈服强度、抗拉强度和延伸率，综合力学性能较好。

Description

一种高强度铝棒制作工艺
技术领域
本申请涉及铝合金材料技术领域，更具体地说，它涉及一种高强度铝棒制作工艺。
背景技术
铝是一种银白色轻金属，常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。铝具有特殊的化学、物理特性，不仅重量轻、质地坚，而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性，铝及铝合金是当前用途十分广泛的、最经济适用的材料之一，是国民经济发展的重要基础原材料。
铝棒是铝产品的一种，是铝合金中使用量非常大的一类中间产品，常见的铝棒为圆柱形。铝棒按含有的金属元素不同，一般可以分为8个大类，包括1000系列铝棒、2000系列铝棒、3000系列铝棒、4000系列铝棒、5000系列铝棒、6000系列铝棒、7000系列铝棒和8000系列铝棒，主要作为建筑型材、灌溉管材、汽车配件、栏栅等挤压产品的坯料或者飞机蒙皮、机身框架、螺旋桨等锻件产品的坯料。
通常采用往铝合金中加入增加强度的合金来实现，比如Si、Mg元素等，但材料抗疲劳性能好的话需要材料具有好的晶粒组织，不能够有粗晶或较大粗晶环出现，从而会降低材料的力学强度。
发明内容
为了提高铝棒的力学强度，本申请提供一种高强度铝棒制作工艺。
第一方面，本申请提供一种高强度铝棒制作工艺，采用如下的技术方案：
一种高强度铝棒制作工艺，其包括以下工艺步骤：
S1、配料熔炼：按比例称取铝棒原料混合均匀，将铝棒原料加温至720-760℃熔化，搅拌20-25min，得到第一熔体；
S2、精炼：当熔体温度达到740-760℃时，搅拌20-25min，当熔体温度降至720-740℃时，采用氩气喷粉精炼，得到第二熔体；
S3、铸造：将精炼后的第二熔体静置20-25min分钟，浇铸成铸锭；
S4、均质化：采用均质处理工艺对铸锭均质化处理，得到均质后铸锭；
S5、挤压：将铸锭按照4-8m/min的挤出速度进行挤压，得到铝合金型材；
S6、上色、封孔：对挤压好的铝合金型材，进行上色、封孔，得到高强度铝棒。
通过采用上述技术方案，本申请采用配料熔炼、精炼、铸造、均质化、挤压、上色封孔的工艺步骤制作出铝棒，制得的铝棒具有较好的屈服强度、抗拉强度和延伸率，综合力学性能较好，其中，制得的高强度铝棒的屈服强度均超过415MPa、抗拉强度均超过487MPa和延伸率超过10.0％，使铝棒的力学强度和韧性均得到有效提升。
作为优选，所述步骤S1中铝棒包括如下重量百分比的原料：硅1.1-1.25％、镁0.7-0.9％、锰0.6-0.7％、铜0.045-0.08％、锌0.03-0.08％、钛0.02-0.04％、铁0.05-0.12％，余量为铝。
通过采用上述技术方案，本申请按上述配方配比各成份物料并投入炉内搅拌均匀进行熔铸，然后将熔体浇铸成铸棒，铸棒经过均质处理后再进行挤压成型成棒材，最后将挤压成型的棒材经过一系列处理后得到所需铝棒，其中原料中降低了锌和铁的含量，能够降低铝棒的脆性，从而使制得的铝棒具有较好的力学强度。
作为优选，所述铝棒原料中还添加有如下重量百分比的原料：铬0.15-0.35％、锆0.3-0.5％和钼0.2-0.4％。
通过采用上述技术方案，本申请中在铝棒原料中加入铬、锆和钼元素遏制材料在制备过程中晶粒涨大趋势，减少材料粗晶环产生，使铝棒棒材的力学强度进一步提高。
作为优选，所述步骤S2中精炼时间为35-55min。
通过采用上述技术方案，本申请通过优化铝棒制备工艺中的精炼时间，随着精炼时间的增加，使制得的铝棒的屈服强度、抗拉强度和延伸率均有所提高。
作为优选，所述步骤S3中第二熔体温度为720-760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中控制铝液到达模盘时温度为680-720℃，在浇铸同时加入铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2-3m/min。
通过采用上述技术方案，本申请通过优化铝棒制备工艺中步骤S3铸造时第二熔体的温度和浇铸过程中铝液到达模盘时的温度，使制得的铝棒的屈服强度、抗拉强度和延伸率均有所提高。
作为优选，所述铸造时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上。
作为优选，所述S4均质化先将铝合金铸棒的温度加温至升温至500-550℃，保温8-10小时，保温结束后的铝合金铸棒迅速转移至冷却室内进行冷却，得到均质后铸锭。
通过采用上述技术方案，本申请通过优化铝棒制备工艺中步骤S4均质化时的温度和保温时间，使制得的铝棒的屈服强度、抗拉强度和延伸率均有所提高，其中，其中当温度升温至550℃，保温时间为10小时时，得到的高强度铝棒的屈服强度达到436MPa、抗拉强度达到508MPa和延伸率达到10.4％。
作为优选，所述S5挤压时将挤压模具加热，加热温度470-490℃，铸锭加热至480-520℃进入挤压筒挤压，挤压筒预热温度390-440℃，得到铝合金型材。
通过采用上述技术方案，本申请通过优化铝棒制备工艺中步骤S5挤压时的温度范围，使制得的铝棒的屈服强度、抗拉强度和延伸率均有所提高。
作为优选，所述S6采用Ni2+、F-冷封孔工艺。
通过采用上述技术方案，将得到的铝合金型材上色后的多孔氧化膜的膜孔孔隙进行封孔，使氧化膜的抗蚀和耐磨性能增强。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用配料熔炼、精炼、铸造、均质化、挤压、上色封孔的工艺步骤制作出铝棒，制得的铝棒具有较好的屈服强度、抗拉强度和延伸率，综合力学性能较好，其中，制得的高强度铝棒的屈服强度均超过415MPa、抗拉强度均超过487MPa和延伸率超过10.0％，使铝棒的力学强度和韧性均得到有效提升。
2、本申请中在铝棒原料中加入铬、锆和钼元素遏制材料在制备过程中晶粒涨大趋势，减少材料粗晶环产生，使铝棒棒材的力学强度进一步提高。
3、本申请中对铝棒原料进行熔铸，然后将熔体浇铸成铸棒，铸棒经过均质处理后再进行挤压成型成棒材，最后将挤压成型的棒材经过一系列处理后得到所需铝棒，其中原料中降低了锌和铁的含量，能够降低铝棒的脆性，从而使制得的铝棒具有较好的力学强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
本申请所用原料均为普通市售材料。
制备例
制备例1-3
一种铝棒原料，其各原料及各原料用量如表1所示，其制备步骤如下：
按照表1中的用量称量各原料，然后将各原料搅拌均匀，即得铝棒原料。
表1制备例1-3的铝棒原料各原料及各原料用量(kg)
实施例
实施例1一种高强度铝棒制作工艺，其包括以下工艺步骤：
S1、配料熔炼：按比例称取铝棒原料混合均匀，将铝棒原料加温至760℃熔化，搅拌25min，得到第一熔体；
S2、精炼：当第一熔体温度达到740℃时，搅拌25min，当熔体温度降至720℃时采用氩气喷粉精炼，精炼时间为35min，得到第二熔体；
S3、铸造：将精炼后的第二熔体静置25min分钟，然后当第二熔体温度为720℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中控制铝液到达模盘时温度为680℃，在浇铸同时加入铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为3m/min，同时通入高纯氩气，氩气含量99.8％；
S4、均质化：先将铸锭的温度加温至升温至500℃，保温8小时，保温结束后的铸锭迅速转移至冷却室内进行冷却，得到均质后铸锭；
S5、挤压：采用带圆弧工作带的挤压模具，将挤压模具加热，加热温度470℃，铸锭加热至480℃进入挤压筒挤压，挤压筒预热温度390℃，按照4m/min的挤出速度挤压，得到铝合金型材；
S6、上色、封孔：以铝合金型材为阳极，置于电解液中通电，在铝合金型材表面生成一层性能优良的Al2O3保护层，采用电解着色工艺，将镍离子、亚锡离子填充到Al2O3保护层中；然后采用Ni2+、F-对铝合金型材进行封孔。
其中，铝棒原料来自制备例1。
实施例2
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例1不同之处在于，铝棒原料来自制备例2，其余步骤与实施例1均相同。
实施例3
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例1不同之处在于，铝棒原料来自制备例3，其余步骤与实施例1均相同。
实施例4
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例2不同之处在于，铝棒原料中还添加有0.15kg的铬、0.5kg的锆，0.2kg的钼，铝的添加量为96.275kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例5
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例2不同之处在于，铝棒原料中还添加有0.25kg的铬、0.4kg的锆，0.3kg的钼，铝的添加量为96.125kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例6
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例2不同之处在于，铝棒原料中还添加有0.35kg的铬、0.3kg的锆，0.4kg的钼，铝的添加量为96.075kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例7
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例5不同之处在于，步骤S2中精炼时，熔体温度达到750℃时，搅拌25min，当熔体温度降至720℃时，采用氩气喷粉精炼，得到第二熔体，其余步骤与实施例5均相同。
实施例8
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例5不同之处在于，步骤S2中精炼时，熔体温度达到760℃时，搅拌25min，当熔体温度降至720℃时，采用氩气喷粉精炼，得到第二熔体，其余步骤与实施例5均相同。
实施例9
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例7不同之处在于，步骤S2中精炼时间为45min，其余步骤与实施例7均相同。
实施例10
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例7不同之处在于，步骤S2中精炼时间为55min，其余步骤与实施例7均相同。
实施例11
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例10不同之处在于，步骤S3中第二熔体温度为760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中控制铝液到达模盘时温度为720℃，其余步骤与实施例10均相同。
实施例12
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例10不同之处在于，步骤S4中均质化时，将铸锭的温度加温至升温至550℃，保温8小时，其余步骤与实施例10均相同。
实施例13
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例10不同之处在于，步骤S4中均质化时，将铸锭的温度加温至升温至550℃，保温10小时，其余步骤与实施例10均相同。
对比例
对比例1
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例5不同之处在于，铝棒原料中还添加有0.95kg的铬，铝的添加量为96.125kg，其余步骤与实施例10均相同。
对比例2
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例5不同之处在于，铝棒原料中还添加有0.95kg的锆，铝的添加量为96.125kg，其余步骤与实施例10均相同。
对比例3
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例5不同之处在于，铝棒原料中还添加有0.95kg的钼，铝的添加量为96.125kg，其余步骤与实施例10均相同。
对比例4
一种高强度铝棒制作工艺，与实施例7不同之处在于，步骤S2中精炼时间为65min，其余步骤与实施例7均相同。
性能检测试验
检测方法/试验方法
按照如下检测方法对实施例1-13和对比例1-4制得的高强度铝棒进行检测，其检测结果如表2所示。
屈服强度测试：依据GB/T228中记载的试验方法对本申请制得的高强度铝棒进行屈服强度测试；
抗拉强度测试：依据GB/T228中记载的试验方法对本申请制得的高强度铝棒进行抗拉强度测试；
延伸率测试：依据GB/T228中记载的试验方法对本申请制得的高强度铝棒进行延伸率测试。
表2实施例1-13和对比例1-4的检测结果
从表2的数据可以看出，本申请的高强度铝棒，在硅、镁、锰、铜、锌、钛、铁、铝中还添加有铬、锆、钼，共同制备得到高强度铝棒，本申请制得的高强度铝棒具有较好的力学强度。
结合实施例1-3的检测数据可以看出，实施例2的各铝棒原料配比比较优，采用该配比制得的高强度铝棒具有较好的屈服强度、抗拉强度和延伸率，说明采用此配比的原料为制造高强度铝棒的最优配比，其原料经过熔炼、精炼、铸造、均质化、挤压和上色封孔后，可得到的力学性能较优的高强度铝棒。
结合实施例2和实施例4-6的检测数据可以看出，在铝棒原料中添加有铬、锆和钼元素后，制得的高强度铝棒经检测，其具有较好的，说明铬、锆和钼元素的加入可与其他原料组分充分发挥作用，可有效提高铝棒的屈服强度、抗拉强度和延伸率，使铝棒的强度和韧性均得到有效提升。其中，当铝棒原料中添加有0.35kg的铬、0.3kg的锆，0.4kg的钼时，制得的高强度铝棒性能较好，其中制得的高强度铝棒屈服强度达到426MPa、抗拉强度达到497MPa和延伸率达到10.3％，说明实施例5中铬、锆和钼元素的添加量更为合适，能够提高铝棒的力学强度。
结合实施例5和实施例7-8的检测数据可以看出，本申请制备高强度铝棒时，随着步骤S2中精炼时，熔体温度的提高，所制得的高强度铝棒的屈服强度、抗拉强度和延伸率均有所提高，其中，当步骤S2中精炼时，采用熔体温度达到760℃时，搅拌25min，当熔体温度降至720℃时，采用氩气喷粉精炼，得到第二熔体的工艺步骤时，得到的高强度铝棒的屈服强度达到430MPa、抗拉强度达到499MPa和延伸率达到10.3％，优于其他实施例，说明采用实施例7的高强度铝棒的制备工艺，制得的高强度铝棒的力学强度最优。
结合实施例7和实施例9-10和对比例4的检测数据可以看出，本申请制备高强度铝棒时，随着步骤S2中精炼时间的增加，所制得的高强度铝棒的屈服强度、抗拉强度和延伸率均有所提高，其中，当步骤S2中精炼时间为55min时，得到的高强度铝棒的屈服强度达到434MPa、抗拉强度达到505MPa和延伸率达到10.4％，优于其他实施例，说明采用实施例7的高强度铝棒的制备工艺，制得的高强度铝棒的力学强度最优。
结合实施例10和实施例11的检测数据可以看出，步骤S3中提高铸造时第二熔体的温度和浇铸过程中铝液到达模盘时的温度，均不会对最终制得的铝棒的力学性能有显著提升。
再结合实施例12-13的检测数据可以看出，步骤S4中均质化时，提高温度和保温时间，可有效提高铝棒的力学性能，其中当温度升温至550℃，保温时间为10小时时，得到的高强度铝棒的屈服强度达到436MPa、抗拉强度达到508MPa和延伸率达到10.4％，优于其他实施例，说明均质化采用该制备工艺，制得的高强度铝棒的力学强度最优。
结合实施例5和对比例1-3的检测数据可以看出，当铝棒原料中添加的元素仅为等量的铬、锆或者钼时，制得的高强度铝棒的屈服强度、抗拉强度和延伸率均有所下降，进一步说明铬、锆和钼之间具有协同作用，只有当三者同时添加时，可有效提高铝棒的力学强度。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种高强度铝棒制作工艺，其特征在于，其包括以下工艺步骤：
S1、配料熔炼：按比例称取铝棒原料混合均匀，将铝棒原料加温至720-760℃熔化，搅拌20-25min，得到第一熔体；
S2、精炼：当第一熔体温度达到740-760℃时，搅拌20-25min，当第一熔体温度降至720-740℃时，采用氩气喷粉精炼，得到第二熔体；
S3、铸造：将精炼后的第二熔体静置20-25min分钟，浇铸成铸锭；
S4、均质化：采用均质处理工艺对铸锭均质化处理，得到均质后铸锭；
S5、挤压：将铸锭按照4-8m/min的挤出速度进行挤压，得到铝合金型材；
S6、上色、封孔：对挤压好的铝合金型材，进行上色、封孔，得到高强度铝棒。
2.根据权利要求1所述的一种高强度铝棒制作工艺，其特征在于：所述步骤S1中铝棒包括如下重量百分比的原料：硅1.1-1.25%、镁0.7-0.9% 、锰0.6-0.7%、铜0.045-0.08%、锌0.03-0.08%、钛0.02-0.04%、铁0.05-0.12%，余量为铝。
3.根据权利要求2所述的一种高强度铝棒制作工艺，其特征在于：所述铝棒原料中还添加有如下重量百分比的原料：铬0.15-0.35%、锆0.3-0.5%和钼0.2-0.4%。
4.根据权利要求1所述的一种高强度铝棒制作工艺，其特征在于：所述步骤S2中精炼时间为35-55min。
5.根据权利要求1所述的一种高强度铝棒制作工艺，其特征在于：所述步骤S3中第二熔体温度为720-760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中控制铝液到达模盘时温度为680-720℃，在浇铸同时加入铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2-3m/min。
6.根据权利要求5所述的一种高强度铝棒制作工艺，其特征在于：所述铸造时通入高纯氩气，氩气含量99.7%以上。
7.根据权利要求1所述的一种高强度铝棒制作工艺，其特征在于：所述S4均质化先将铝合金铸棒的温度加温至升温至500-550℃，保温8-10h，保温结束后的铝合金铸棒迅速转移至冷却室内进行冷却，得到均质后铸锭。
8.根据权利要求1所述的一种高强度铝棒制作工艺，其特征在于：所述S5挤压时将挤压模具加热，加热温度470-490℃，铸锭加热至480-520℃进入挤压筒挤压，挤压筒预热温度390-440℃，得到铝合金型材。
9.根据权利要求1所述的一种高强度铝棒制作工艺，其特征在于：所述S6采用Ni2+、F-冷封孔工艺。
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