CN1752248A

CN1752248A - 一种变形铝－锰系合金及其制备方法

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Publication number: CN1752248A
Application number: CN 200510018057
Authority: CN
Inventors: 左秀荣; 李广钦; 王明星; 宋天福; 翁永刚; 刘忠侠
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: CN100460544C

Abstract

本发明提供一种变形铝－锰系合金，化学成分为：Si≤0.6％，Fe≤0.7％，Cu≤0.30％，Mn为0.30－1.6％，Mg≤1.3％，Ti为0.005－0.15％，稀土≤0.40％，B≤0.03％，杂质≤0.7％，余量为铝。同时提供了一种制备该合金的方法，即在细晶铝锭熔体中添加Si，Fe，Cu，Mn，Mg，稀土，B等元素，熔炼成铝－锰系合金锭，经压力加工后得变形铝－锰系合金。利用该方法制造的变形铝－锰系合金，铸态晶粒细小均匀，性能优异，生产成本低廉，可广泛应用于热交换材料、感光材料、装饰材料、焊接材料、包装和容器等各个方面。

Description

一种变形铝-锰系合金及其制备方法

所属技术领域

本发明属于铝合金制造领域，具体涉及一种用细晶铝锭制造的变形铝-锰系合金及其制造方法。

背景技术

铝-锰系合金属于热处理不可强化的铝合金，其突出的特点是密度低、耐蚀、导电、导热性能好，且具有良好的反射性、非磁性、优良的焊接性能和加工性，广泛应用于热交换材料、感光材料、装饰材料、焊接材料、包装和容器等各个方面。

在铝-锰系合金熔炼过程中，通常通过添加Al-Ti、Al-Ti-B中间合金进行晶粒细化。Al-Ti、Al-Ti-B中间合金通常是由铝与含氟酸盐(如氟钛酸钾K₂TiF₆和氟硼酸钾KBF₄)的反应来制备的，对环境污染严重；或由纯铝与纯钛采用对掺法制备，这会消耗大量我国产能不足的纯金属钛。以上方法制造工艺复杂，成本较高。Al-Ti、Al-Ti-B中间合金中的Al₃Ti相、TiB₂相在铝液的凝固过程中充当异质形核核心，引起晶粒细化。中间合金中Al₃Ti相较大且分布不均，TiB₂相易聚集，影响对铝-锰系合金的细化效果。

细晶铝锭是在电解铝生产设施和生产工艺不变的条件下，通过在电解质中添加一定比例的氧化钛，利用铝-钛共析原理生产的钛的质量分数为0.01-0.20％的晶粒细化的铝锭。在用电解法生产细晶铝锭的过程中，钛以原子的形式存在于阴极铝液中，由于钛含量低，而且铝液受电解电流产生的磁场和阳极气体沸腾的作用处在不停的运动搅拌之中，钛元素分布均匀。因此，细晶铝锭中Al₃Ti细小、均匀，对铝合金的晶粒细化能力较强。用细晶铝锭制造的变形铝-锰系合金，可不加或少加中间合金晶粒细化剂，而获得更加优异的细化效果。

在铝合金中添加稀土元素可净化、强化和细化铝合金基体。在含钛的铝合金中添加硼元素，可显著细化铝合金的晶粒。因此，以细晶铝锭加钛为基础，加入稀土元素，以一定的Ti/B比加入B元素熔炼变形铝-锰系合金，可综合细晶铝锭，稀土元素，硼元素对合金综合性能影响的优势，获得更好的细化及强化效果。

申请号为03117068.4的专利申请提供了一种无油烟不沾锅及其制造方法。该无油烟不沾锅所用材料为一种含Si，Fe，Mn，Ti的铝合金，其中Si为0.2％，Fe为0.5％，Mn为1％，Ti为0.05％。该合金成分与本发明铝锰合金相同，但不含RE及B，并且该发明未提及合金是否采用细晶铝锭制造。

发明内容

本发明的目的是针对现有变形铝-锰系合金晶粒细化方法存在的问题，提供了一种含有Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ti、稀土和B元素的变形铝-锰系合金，同时提供一种制备该合金的方法，即通过在细晶铝锭中添加Si、Fe、Cu、Mn、Mg、稀土和B元素，使得本发明合金铸态晶粒细小均匀，综合性能提高，生产成本降低。

本发明的技术方案如下。

一种变形铝-锰系合金，其各元素的质量分数为：

Si ≤0.6％

Fe ≤0.7％

Cu ≤0.30％

Mn 0.30-1.6％

Mg ≤1.3％

Ti 0.005-0.15％

稀土 ≤0.40％

B ≤0.03％

杂质 ≤0.7％

余量为铝。

其中：

Ti的质量分数优选0.02-0.05％，

稀土的质量分数优选0.20-0.30％，

B的质量分数优选0.001-0.01％。

制备上述所述变形铝-锰系合金的方法，其特征在于：通过在细晶铝锭中添加Si，Fe，Cu，Mn，Mg，稀土，B元素制成，包括以下步骤：

a.向细晶铝锭熔体中加入所需质量的纯Al，搅拌均匀，使熔体钛的质量分数为0.005-0.15％，

b.按权利要求1给定的质量分数添加Si、Fe、Cu、Mn、Mg、稀土、B，各元素的添加没有严格顺序，

c.温度为720-760℃，向熔体至少喷吹一次精炼剂或气体10-30min，喷吹气体为氮气或氩气，

d.对熔体成分进行分析，通过向熔体补充钛以及纯铝对产物含钛量进行调节，

e.690-735℃浇注，即得铝-锰系合金锭，

所得铝-锰系合金锭经压力加工后即得目标产物，

上述b、c、d步骤没有严格的先后顺序。

其中：

细晶铝锭熔体为直接出电解槽的含钛熔体或细晶铝锭熔化形成的含钛熔体；

对熔体成分进行分析，通过向熔体补充钛以及纯铝对产物含钛量进行调节的具体方法为：如果含钛量低于产物含钛量目标值，则添加铝钛中间合金晶粒细化剂、钛添加剂、氟钛酸钾、铝钛硼中间合金晶粒细化剂、钛硼添加剂中的一种或几种进行补充；如果高于产物钛含量目标值，则添加纯铝进行稀释。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、细晶铝锭制造的变形铝-锰系合金由于其细晶铝锭加钛方式，生产成本低廉；

2、细晶铝锭、稀土、B的联合添加使本发明合金铸态组织晶粒细小均匀，析出相细化，强度提高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。

实施例1

选取Ti的质量分数为0.10％的细晶铝锭为原料制备变形铝-锰系合金，目标产物中Ti的质量分数为0.05％。

按目标产物中Si的质量分数0.2％的比例，将纯硅放置于熔炼炉中，预热到500℃，然后加入直接出电解槽的细晶铝锭熔体，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.05％；

采用二次喷吹精炼剂，铝熔体温度降至760℃，第一次喷吹15min，喷吹气体为氮气，所用精炼剂为从溶剂厂购买的变形铝合金用精炼剂；

添加铝铁中间合金，使Fe的质量分数为0.50％；

添加铝铜中间合金，使Cu的质量分数为0.10％；

添加铝锰中间合金，使Mn的质量分数为1.0％；

对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.04％，添加AlTi5中间合金晶粒细化剂进行补充，如果高于0.06％，添加纯铝进行稀释；

第二次喷吹精炼剂10min；

静置20min，浇铸，浇注温度为715℃，得铝-锰系合金锭。

铝-锰系合金锭经610℃均匀化，铣面12mm，开轧温度为500℃热轧，冷轧至0.22mm后，即得目标产物。

经检测，产物的化学成分为：0.20％Si，0.50％Fe，0.10％Cu，1.0％Mn，0.05％Ti，杂质0.15％，余量为Al。目标产物力学性能：σ_b为190MPa，σ_0.2为182MPa，δ为3.0％。

实施例2

选取Ti的质量分数为0.05％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.03％。

直接出电解槽的细晶铝锭熔体倒入熔炼炉中，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.03％；

添加锰添加剂，使Mn的质量分数为1.2％；

添加铝铁中间合金，使Fe的质量分数为0.45％；

添加铝铜中间合金，使Cu的质量分数为0.05％；

添加铝硅中间合金，使Si的质量分数为0.45％，

添加铝稀土中间合金(富铈混合稀土)，使稀土的质量分数为0.30％；

对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.025％，添加AlTi5中间合金晶粒细化剂进行补充，如果高于0.035％，添加纯铝进行稀释；

760℃喷吹精炼剂20min，喷吹气体为氮气，所用精炼剂为从溶剂厂购买的变形铝合金用精炼剂；

静置20min，浇铸，浇注温度为725℃，得铝-锰系合金锭。

铝-锰系合金锭经水平式连续铸轧机铸轧至8.0mm厚，冷轧至0.8mm后，经500℃再结晶退火，即得目标产物。

经检测，产物的化学成分为：0.45％Si，0.45％Fe，0.05％Cu，1.2％Mn，0.03％Ti，0.30％RE，杂质0.23％，余量为Al。产物的力学性能为：σ_b为140MPa，σ_0.2为122MPa，δ为28％。

实施例3

选取Ti的质量分数为0.03％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.015％。

直接出电解槽的细晶铝锭熔体倒入熔炼炉中，并加入所需质量的纯铝，使熔体Ti的质量分数为0.015％；

添加铝铁中间合金，使Fe的质量分数为0.50％；

添加锰添加剂，使Mn的质量分数为0.95％；

添加铜添加剂，使Cu的质量分数为0.05％；

添加铝稀土中间合金(富镧混合稀土)，使稀土的质量分数为0.25％；

对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.010％，添加铝及铝合金用钛添加剂进行补充，如果高于0.020％，添加纯铝进行稀释；

750℃喷吹精炼剂18min，喷吹气体为氮气，所用精炼剂为从溶剂厂购买的变形铝合金用精炼剂；

静置20min，浇铸，浇注温度为705℃，得铝-锰系合金锭。

铝-锰系合金锭经600℃均匀化，铣面15mm，开轧温度为500℃热轧，冷轧至0.22mm后，即得目标产物。

经检测，产物的化学成分为：0.04％Si，0.50％Fe，0.05％Cu，0.95％Mn，0.015％Ti，0.25％RE，杂质0.29％，余量为Al。目标产物力学性能：σ_b为193MPa，σ_0.2为180MPa，δ为3.2％。

实施例4

选取Ti的质量分数为0.08％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.06％。

细晶铝锭、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铜中间合金、纯铝一起放入熔炼炉中，加热熔化，使熔体Ti的质量分数为0.06％，Fe的质量分数为0.40％，Mn的质量分数为0.95％，Cu的质量分数为0.05％，

向熔体中添加纯Mg，使Mg的质量分数为0.35％，

对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.05％，添加氟钛酸钾进行补充，如果高于0.07％，添加纯铝进行稀释；

760℃喷吹精炼剂13min，喷吹气体为氩气，所用精炼剂为从溶剂厂购买的变形铝合金用精炼剂；

静置20min，浇铸，浇注温度为700℃，得铝-锰系合金锭。

铝-锰系合金锭经连续铸轧至6.5mm厚，冷轧至0.4mm厚薄板后，即得目标产物。

经检测，产物的化学成分为：0.08％Si，0.40％Fe，0.05％Cu，0.95％Mn，0.35％Mg，0.06％Ti，杂质0.32％，余量为Al。产物的力学性能为：σ_b为225MPa，σ_0.2为198MPa，δ为1.8％。

实施例5

选取Ti的质量分数为0.08％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.05％。

细晶铝锭、铝铁中间合金、铝锰中间合金、纯铝一起放入熔炼炉中，加热熔化，使熔体Ti的质量分数为0.05％，Fe的质量分数为0.37％，Mn的质量分数为1.10％，

向熔体中添加铝硅中间合金，使Si的质量分数为0.25％，

向熔体中添加铝铜中间合金，使Cu的质量分数为0.20％，

向熔体中添加纯Mg，使Mg的质量分数为1.02％，

对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.04％，添加铝及铝合金用钛添加剂进行补充，如果高于0.06％，添加纯铝进行稀释；

730℃喷吹精炼剂23min，喷吹气体为氩气，所用精炼剂为从溶剂厂购买的变形铝合金用精炼剂；

静置20min，浇铸，浇注温度为730℃，得铝-锰系合金锭。

铝-锰系合金锭经570℃均匀化，铣面，热轧，冷轧至2.4mm，360℃退火，得目标产物。

经检测，产物的化学成分为：0.25％Si，0.37％Fe，0.20％Cu，1.10％Mn，1.02％Mg，0.05％Ti，杂质0.44％，余量为Al。目标产物力学性能：σ_b为185MPa，σ_0.2为178MPa，δ为20％。

实施例6

选取Ti的质量分数为0.05％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.02％。

直接出电解槽的细晶铝锭熔体倒入熔炼炉中，并加入所需质量的纯铝(如Al 99.70A)，使熔体Ti的质量分数为0.02％；

添加锰添加剂，使Mn的质量分数为1.0％；

添加铝铁中间合金，使Fe的质量分数为0.32％；

添加铜添加剂，使Cu的质量分数为0.22％；

添加铝硅中间合金，使Si的质量分数为0.27％，

添加纯镁，使Mg的质量分数为1.20％；

添加铝硼中间合金，使B的质量分数为0.0015％；

对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.015％，添加氟钛酸钾进行补充，如果高于0.025％，添加纯铝进行稀释；

735℃喷吹氩气30min，

静置20min，浇铸，浇注温度为725℃，得铝-锰系合金锭。

铝-锰系合金锭经580℃均匀化，铣面，热轧，退火，冷轧至0.35mm，得目标产物。

经检测，产物的化学成分为：0.27％Si，0.32％Fe，0.22％Cu，1.0％Mn，1.20％Mg，0.02％Ti，0.0015％B，杂质0.08％，余量为Al。力学性能：σ_b为330MPa，σ_0.2为298MPa，δ为5.3％。

实施例7

选取Ti的质量分数为0.14％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.10％。

直接出电解槽的细晶铝锭熔体倒入熔炼炉中，并加入所需质量的纯铝，使熔体Ti的质量分数为0.10％；

添加铝铁中间合金，使Fe的质量分数为0.21％；

添加铜添加剂，使Cu的质量分数为0.15％；

添加锰添加剂，使Mn的质量分数为1.3％；

对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.09％，添加铝钛中间合金晶粒细化剂进行补充，如果高于0.11％，添加纯铝进行稀释；

755℃喷吹氮气28min，

静置20min，浇铸，浇注温度为728℃，铝-锰系合金锭。

经检测，产物的化学成分为：0.09％Si，0.21％Fe，0.15％Cu，1.3％Mn，0.10％Ti，杂质0.16％，余量为Al。目标产物力学性能：σ_b为200MPa，σ_0.2为188MPa，δ为2.8％。

实施例8

细晶铝锭、铝锰中间合金一起放入熔炼炉中，加热熔化，使熔体Ti的质量分数为0.025％，Mn的质量分数为1.06％，

向熔体中添加纯硅，使Si的质量分数为0.26％，

向熔体中添加铝铁中间合金，使Fe的质量分数为0.41％，

向熔体中添加铝铜中间合金，使Cu的质量分数为0.16％，

向熔体中添加纯镁，使Mg的质量分数为1.06％，

向熔体中添加铝镧中间合金，使La的质量分数为0.20％，

向熔体中添加氟硼酸钾，使B的质量分数为0.005％，

对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.020％，添加铝钛硼中间合金进行补充，如果高于0.030％，添加纯铝进行稀释，

740℃喷吹精炼剂29min，喷吹气体为氮气，所用精炼剂为从溶剂厂购买的变形铝合金用精炼剂；

静置20min，浇铸，浇注温度为720℃，得铝-锰系合金锭。

经检测，产物的化学成分为：0.26％Si，0.41％Fe，0.16％Cu，1.06％Mn，1.06％Mg，0.025％Ti，0.20％La，0.005％B，杂质0.36％，余量为Al。力学性能：σ_b为335MPa，σ_0.2为300MPa，δ为5.5％。

实施例9

选取Ti的质量分数为0.03％的细晶铝锭为原料制备本发明铝合金，目标产物中Ti的质量分数为0.01％。

直接出电解槽的细晶铝锭熔体倒入熔炼炉中，并加入所需质量的纯铝，使熔体Ti的质量分数为0.01％；

添加锰添加剂，使Mn的质量分数为1.4％；

添加铝铁中间合金，使Fe的质量分数为0.35％；

添加铝硅中间合金，使Si的质量分数为0.30％，

添加铝铜中间合金，使Cu的质量分数为0.10％；

添加纯镁，使Mg的质量分数为0.30％；

添加铝硼中间合金，使B的质量分数为0.003％；

对熔体成分进行分析，Ti的质量分数如果低于0.005％，添加铝及铝合金用钛硼添加剂进行补充，如果高于0.015％，添加纯铝进行稀释；

740℃喷吹氩气30min，

静置20min，浇铸，浇注温度为710℃，得铝-锰系合金锭。

铝-锰系合金锭经均匀化，铣面，热轧，退火，冷轧至0.35mm，得目标产物。

经检测，产物的化学成分为：0.30％Si，0.35％Fe，0.10％Cu，1.4％Mn，0.30％Mg，0.01％Ti，0.003％B，杂质0.6％，余量为Al。产物的力学性能为：σ_b为305MPa，σ_0.2为272MPa，δ为5.0。

Claims

1.一种变形铝-锰系合金，其特征在于：各元素的质量分数为

Si ≤0.6％

Fe ≤0.7％

Cu ≤0.30％

Mn 0.30-1.6％

Mg ≤1.3％

Ti 0.005-0.15％

稀土 ≤0.40％

B ≤0.03％

杂质 ≤0.7％

余量为铝。

2.根据权利要求1所述的变形铝-锰系合金，其特征在于：Ti的质量分数为0.02-0.05％。

3.根据权利要求1或2所述的变形铝-锰系合金，其特征在于：稀土的质量分数为0.20-0.30％。

4.根据上述任一权利要求所述的变形铝-锰系合金，其特征在于：B的质量分数为0.001-0.01％。

5.制备权利要求1所述变形铝-锰系合金的方法，其特征在于：通过在细晶铝锭中添加Si，Fe，Cu，Mn，Mg，稀土，B元素制成，包括以下步骤：

e.690-735℃浇注，即得产物，

上述b、c、d步骤没有严格的先后顺序。

6.根据权利要求5所述变形铝-锰系合金的制备方法，其特征在于：对熔体成分进行分析，通过向熔体补充钛以及纯铝对产物含钛量进行调节的具体方法为：如果含钛量低于产物含钛量目标值，则添加铝钛中间合金晶粒细化剂、钛添加剂、氟钛酸钾、铝钛硼中间合金晶粒细化剂、钛硼添加剂中的一种或几种进行补充；如果高于产物钛含量目标值，则添加纯铝进行稀释。