WO2023165032A1 - 一种在线淬火易挤压的超高强铝合金及其制造方法和应用 - Google Patents

一种在线淬火易挤压的超高强铝合金及其制造方法和应用 Download PDF

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房涛
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Definitions

  • the invention relates to the technical field of aluminum alloy profile manufacture, in particular to an online quenching and easy-to-extrude ultra-high-strength aluminum alloy and its manufacturing method and application.
  • the density of aluminum alloy is about one-third of the density of stainless steel, and it is easier to be colored, so it can better meet the requirements of thinner and more personalized development of smart phones and tablet computers. Therefore, the development of smart products is of great significance in driving the demand for aluminum structural parts.
  • 1013 aluminum alloy is currently widely used in the manufacture of smartphone appearance parts due to its good anodized appearance effect.
  • the strength of 1013 aluminum alloy is low, and the yield strength is about 220MPa, which is not conducive to the improvement of the pressure resistance or drop performance of mobile phones, thus limiting the demand for thin and light design of smart phones using 1013 aluminum alloy as appearance parts.
  • the 7-series aluminum alloy has high strength and can be applied to the manufacture of structural parts with high strength requirements.
  • the conventional off-line quenching process of 7-series aluminum alloys is cumbersome, and its corrosion resistance is poor.
  • the present invention provides an ultra-high-strength aluminum alloy that is easy to be extruded by on-line quenching and its manufacturing method and application.
  • the manufacturing method of the present invention adopts on-line quenching to produce 7-series aluminum alloys , the product production cycle is shortened, the tensile strength is high, and it can be widely used in the manufacture of 3C product appearance parts.
  • the present invention provides a method for manufacturing an ultra-high-strength aluminum alloy that is easy to extrude through online quenching, comprising the following steps:
  • the aging treatment includes the first stage and the second stage.
  • the heating temperature of the first stage is 110-120°C, and the holding time is 12h.
  • the second stage is heated to 140-110°C.
  • the holding time is 8h, out of the oven after aging treatment and air-cooled.
  • the element composition of the 7 series aluminum alloy is Si ⁇ 0.24%, Fe ⁇ 0.3%, Cu: 0.14%-0.44%, Mn ⁇ 0.3%, Mg: 1.4%-2.4%, Cr ⁇ 0.1 %, Zn: 4%-1.4%, Ti ⁇ 0.1%, other elements individually ⁇ 0.04%, sum ⁇ 0.14%, and the balance is Al.
  • the element composition of the 7 series aluminum alloy is Si: 0.11%, Fe: 0.20%, Cu: 0.37%, Mn: 0.18%, Mg: 1.47%, Cr: 0.04%, Zn: 4.81% , Ti: 0.02%, other elements individually ⁇ 0.04%, total ⁇ 0.14%, and the balance is Al.
  • step (2) the ingot is heated to 410-430°C.
  • step (2) the ingot is heated to 424°C, the ingot speed is 2.4m/min, the temperature of the extrusion cylinder is 444°C, the mold temperature is 444°C, and the mold holding time is 10h.
  • step (4) the heating temperature in the first stage is 120°C, and the heating temperature in the second stage is 110°C.
  • the present invention provides an ultra-high-strength aluminum alloy prepared by the above-mentioned manufacturing method.
  • the present invention provides an application of the above-mentioned ultra-high-strength aluminum alloy in the field of manufacturing exterior parts of 3C products.
  • step (2) of the present invention in the extrusion molding process are conducive to the development of subsequent work on the product, and the difficult problem of extrusion molding is not easy to occur;
  • the online quenching process defined in step (3) of the present invention is simple, which ensures the formed
  • the cooling speed ensures the flatness of the profile and avoids the occurrence of defects such as bending;
  • the aging of the profile and the air-cooling process of the furnace as defined in the step (4) of the present invention can effectively enhance the tensile strength of the aluminum alloy.
  • the element composition is Si: 0.12%, Fe: 0.14%, Cu: 0.24%, Mn: 0.20%, Mg: 1.41%, Cr: 0.07% by mass percentage , Zn: 4.43%, Ti: 0.02%, other elements individually ⁇ 0.04%, total ⁇ 0.14%, and the balance is Al;
  • the preparation method of the ultra-high-strength aluminum alloy comprises the following steps:
  • the aging treatment includes the first stage and the second stage.
  • the heating temperature of the first stage is 110°C, and the holding time is 12h.
  • the temperature is raised to 140°C, and the holding time is 8h. After it is out of the oven, it is air-cooled.
  • the elemental composition is Si: 0.11%, Fe: 0.20%, Cu: 0.31%, Mn: 0.18%, Mg: 1.74%, Cr: 0.07% by mass percentage , Zn: 4.34%, Ti: 0.02%, other elements individually ⁇ 0.04%, sum ⁇ 0.14%, and the balance is Al;
  • the preparation method of the ultra-high-strength aluminum alloy comprises the following steps:
  • the aging treatment includes the first stage and the second stage.
  • the heating temperature of the first stage is 112°C, and the holding time is 12h.
  • the temperature is raised to 142°C, and the holding time is 8h. After it is out of the oven, it is air-cooled.
  • the elemental composition is Si: 0.11%, Fe: 0.20%, Cu: 0.31%, Mn: 0.18%, Mg: 1.43%, Cr: 0.04% by mass percentage , Zn: 4.73%, Ti: 0.02%, other elements individually ⁇ 0.04%, total ⁇ 0.14%, and the balance is Al;
  • the preparation method of the ultra-high-strength aluminum alloy comprises the following steps:
  • the aging treatment includes the first stage and the second stage.
  • the heating temperature of the first stage is 114°C, and the holding time is 12h.
  • the temperature is raised to 144°C, and the holding time is 8h. After it is out of the oven, it is air-cooled.
  • the elemental composition is Si: 0.11%, Fe: 0.20%, Cu: 0.37%, Mn: 0.18%, Mg: 1.47%, Cr: 0.04% by mass percentage , Zn: 4.81%, Ti: 0.02%, other elements individually ⁇ 0.04%, sum ⁇ 0.14%, and the balance is Al;
  • the preparation method of the ultra-high-strength aluminum alloy comprises the following steps:
  • the aging treatment includes the first stage and the second stage.
  • the heating temperature of the first stage is 120°C, and the holding time is 12h.
  • the temperature is raised to 110°C, and the holding time is 8h. After it is out of the oven, it is air-cooled.
  • the elemental composition is Si: 0.11%, Fe: 0.20%, Cu: 0.37%, Mn: 0.18%, Mg: 1.47%, Cr: 0.04% by mass percentage , Zn: 4.81%, Ti: 0.02%, other elements individually ⁇ 0.04%, sum ⁇ 0.14%, and the balance is Al;
  • the preparation method of the ultra-high-strength aluminum alloy comprises the following steps:
  • the aging treatment includes the first stage and the second stage.
  • the heating temperature of the first stage is 120°C, and the holding time is 12h.
  • the temperature is raised to 110°C, and the holding time is 8h. After it is out of the oven, it is air-cooled.
  • the aluminum alloy prepared by the method of the present invention has high tensile strength, suitable elongation, and good flatness on the profile surface, and is suitable for use as an appearance part of 3C products.

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Abstract

本发明涉及铝合金型材制造技术领域，具体涉及一种在线淬火易挤压的超高强铝合金及其制造方法和应用。制造方法包括：(1)按照7系铝合金元素组成进行熔炼，得到铸锭；(2)加热铸锭并进行挤压；(3)对型材进行水冷在线淬火，上下各80％，强度100％；(4)对型材进行时效处理，时效处理后出炉风冷；上述制造方法采用在线淬火生产7系铝合金，产品生产周期缩短，抗拉强度高，可广泛应用于3C产品外观件的制造。

Description

一种在线淬火易挤压的超高强铝合金及其制造方法和应用 技术领域
本发明涉及铝合金型材制造技术领域，具体涉及一种在线淬火易挤压的超高强铝合金及其制造方法和应用。
背景技术
目前，随着平板电脑和笔记本电脑存量设备置换及创新所带来的对设备需求的刺激，平板电脑和笔记本电脑仍有较为可观的市场发展空间。铝合金的密度约为不锈钢密度的三分之一，且更容易进行着色处理，因此更能适应智能手机、平板电脑等轻薄化、个性化发展的要求。因此，智能产品的发展对于带动对铝制结构件的需求具有重要意义。
1013铝合金由于具有较好的阳极氧化外观效果，目前被广泛应用于智能手机外观件制造。但1013铝合金的强度较低，屈服强度约为220MPa，不利于手机耐压或跌落性能的提升，因而限制了采用1013铝合金作为外观件的智能手机的轻薄化设计需求。
7系铝合金具有较高的强度，可应用于有较高强度要求的结构件的制造。但是，7系铝合金常规的离线淬火工艺繁琐，且耐腐蚀性能较差，阳极氧化之后比1013合金更容易出现“料纹”缺陷，即一种沿挤压方向分布的纤维状缺陷，这就限制了7系铝合金在智能手机外观件制造方面的广泛应用。
基于此，有必要开发一种兼顾强度、延伸率及表面平整度的3C产品外观件用7系铝合金的制造工艺。
发明内容
针对7系铝合金离线淬火工艺繁琐、外观差的技术问题，本发明提供一种在线淬火易挤压的超高强铝合金及其制造方法和应用，本发明制造方法采用在线淬火生产7系铝合金，产品生产周期缩短，抗拉强度高，可广泛应用于3C产品外观件的制造。
第一方面，本发明提供一种在线淬火易挤压的超高强铝合金的制造方法，包括如下步骤：
(1)按照7系铝合金元素组成进行熔炼，得到铸锭；
(2)加热铸锭并进行挤压，其中铸锭速度为2-3m/min，挤压筒温度为430-440℃，模具温度为484-444℃，模具保温时间为8-12h，然后所得型材在低温炉中，于340℃下保温20-24h；
(3)对型材进行水冷在线淬火，上下各80％，强度100％；
(4)对型材进行时效处理，时效处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的加热温度为110-120℃，保温时间为12h，第二阶段升温至140-110℃，保温时间为8h，时效处理后出炉风冷。
进一步的，按质量百分比计，7系铝合金的元素组成为Si≤0.24％，Fe≤0.3％，Cu：0.14％-0.44％，Mn≤0.3％，Mg：1.4％-2.4％，Cr≤0.1％，Zn：4％-1.4％，Ti≤0.1％，其它元素单个≤0.04％、总和≤0.14％，余量为Al。
进一步的，按质量百分比计，7系铝合金的元素组成为Si：0.11％，Fe：0.20％，Cu：0.37％，Mn：0.18％，Mg：1.47％，Cr：0.04％，Zn：4.81％，Ti：0.02％，其它元素单个≤0.04％、总和≤0.14％，余量为Al。
进一步的，步骤(2)中，加热铸锭至410-430℃。
进一步的，步骤(2)中，加热铸锭至424℃，铸锭速度为2.4m/min，挤压筒温度为444℃，模具温度为444℃，模具保温时间为10h。
进一步的，步骤(4)中，第一阶段的加热温度为120℃，第二阶段的加热温度为110℃。
第二方面，本发明提供一种由上述制造方法制得的超高强铝合金。
第三方面，本发明提供一种上述超高强铝合金在3C产品外观件制造领域的应用。
本发明的有益效果在于：
本发明步骤(2)挤压成型工序限定的温度和保温时间参数有利于产品后续工作开展，不易出现挤压成型困难问题；本发明步骤(3)限定的在线淬火工序简约，即保证了形成的冷却速度，又保证了型材的平面度，避免弯曲等缺陷的出现；本发明步骤(4)限定的型材时效及出炉风冷工序，可有效增强铝合金的抗拉强度。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种在线淬火易挤压的超高强铝合金，按质量百分比计，元素组成为Si：0.12％，Fe：0.14％，Cu：0.24％，Mn：0.20％，Mg：1.41％，Cr：0.07％，Zn：4.43％，Ti：0.02％，其它元素单个≤0.04％、总和≤0.14％，余量为Al；
该超高强铝合金的制备方法包括如下步骤：
(1)按照铝合金元素组成进行熔炼，得到铸锭；
(2)加热铸锭至410℃并进行挤压，其中铸锭速度为2.4m/min，挤压筒温度为430℃，模具温度为484℃，模具保温时间为10h，然后所得型材在低温炉中，于340℃下保温24h；
(3)对型材进行水冷在线淬火，上下各80％，强度100％；
(4)对型材进行时效处理，时效处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的加热温度为110℃，保温时间为12h，第二阶段升温至140℃，保温时间为8h，时效处理后出炉风冷。
实施例2
一种在线淬火易挤压的超高强铝合金，按质量百分比计，元素组成为Si：0.11％，Fe： 0.20％，Cu：0.31％，Mn：0.18％，Mg：1.74％，Cr：0.07％，Zn：4.34％，Ti：0.02％，其它元素单个≤0.04％、总和≤0.14％，余量为Al；
该超高强铝合金的制备方法包括如下步骤：
(1)按照铝合金元素组成进行熔炼，得到铸锭；
(2)加热铸锭至414℃并进行挤压，其中铸锭速度为2.4m/min，挤压筒温度为434℃，模具温度为440℃，模具保温时间为12h，然后所得型材在低温炉中，于340℃下保温24h；
(3)对型材进行水冷在线淬火，上下各80％，强度100％；
(4)对型材进行时效处理，时效处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的加热温度为112℃，保温时间为12h，第二阶段升温至142℃，保温时间为8h，时效处理后出炉风冷。
实施例3
一种在线淬火易挤压的超高强铝合金，按质量百分比计，元素组成为Si：0.11％，Fe：0.20％，Cu：0.31％，Mn：0.18％，Mg：1.43％，Cr：0.04％，Zn：4.73％，Ti：0.02％，其它元素单个≤0.04％、总和≤0.14％，余量为Al；
该超高强铝合金的制备方法包括如下步骤：
(1)按照铝合金元素组成进行熔炼，得到铸锭；
(2)加热铸锭至420℃并进行挤压，其中铸锭速度为2.4m/min，挤压筒温度为440℃，模具温度为440℃，模具保温时间为12h，然后所得型材在低温炉中，于340℃下保温24h；
(3)对型材进行水冷在线淬火，上下各80％，强度100％；
(4)对型材进行时效处理，时效处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的加热温度为114℃，保温时间为12h，第二阶段升温至144℃，保温时间为8h，时效处理后出炉风冷。
实施例4
一种在线淬火易挤压的超高强铝合金，按质量百分比计，元素组成为Si：0.11％，Fe：0.20％，Cu：0.37％，Mn：0.18％，Mg：1.47％，Cr：0.04％，Zn：4.81％，Ti：0.02％，其它元素单个≤0.04％、总和≤0.14％，余量为Al；
该超高强铝合金的制备方法包括如下步骤：
(1)按照铝合金元素组成进行熔炼，得到铸锭；
(2)加热铸锭至424℃并进行挤压，其中铸锭速度为2.4m/min，挤压筒温度为444℃，模具温度为444℃，模具保温时间为10h，然后所得型材在低温炉中，于340℃下保温20h；
(3)对型材进行水冷在线淬火，上下各80％，强度100％；
(4)对型材进行时效处理，时效处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的加热温度为120℃，保温时间为12h，第二阶段升温至110℃，保温时间为8h，时效处理后出炉风冷。
对比例1
一种在线淬火易挤压的超高强铝合金，按质量百分比计，元素组成为Si：0.11％，Fe：0.20％，Cu：0.37％，Mn：0.18％，Mg：1.47％，Cr：0.04％，Zn：4.81％，Ti：0.02％，其它元素单个≤0.04％、总和≤0.14％，余量为Al；
该超高强铝合金的制备方法包括如下步骤：
(1)按照铝合金元素组成进行熔炼，得到铸锭；
(2)加热铸锭至430℃并进行挤压，其中铸锭速度为2.4m/min，挤压筒温度为440℃，模具温度为444℃，模具保温时间为12h，然后所得型材在低温炉中，于340℃下保温20h；
(3)对型材进行水冷在线淬火，上下各100％，强度100％；
(4)对型材进行时效处理，时效处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的加热温度为120℃，保温时间为12h，第二阶段升温至110℃，保温时间为8h，时效处理后出炉风冷。
对实施例1-4及对比例1的铝合金进行检测，结果如下表1所示。
表1检测结果
项目 抗拉强度/MPa 延伸率/％ 型材情况(表面)
实施例1 422 412 表面平整
实施例2 434 414 表面平整
实施例3 440 480 表面平整
实施例4 444 484 表面平整
对比例1 442 478 表面略有弯曲
可以看出，采用本发明方法制备的铝合金抗拉强度高、延伸率适宜，且型材表面平整度好，适于用作3C产品的外观件。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

  1. 一种在线淬火易挤压的超高强铝合金的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
    (1)按照7系铝合金元素组成进行熔炼，得到铸锭；
    (2)加热铸锭并进行挤压，其中铸锭速度为2-3m/min，挤压筒温度为430-440℃，模具温度为484-444℃，模具保温时间为8-12h，然后所得型材在低温炉中，于340℃下保温20-24h；
    (3)对型材进行水冷在线淬火，上下各80％，强度100％；
    (4)对型材进行时效处理，时效处理包括第一阶段和第二阶段，第一阶段的加热温度为110-120℃，保温时间为12h，第二阶段升温至140-110℃，保温时间为8h，时效处理后出炉风冷。
  2. 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，按质量百分比计，7系铝合金的元素组成为Si≤0.24％，Fe≤0.3％，Cu：0.14％-0.44％，Mn≤0.3％，Mg：1.4％-2.4％，Cr≤0.1％，Zn：4％-1.4％，Ti≤0.1％，其它元素单个≤0.04％、总和≤0.14％，余量为Al。
  3. 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，按质量百分比计，7系铝合金的元素组成为Si：0.11％，Fe：0.20％，Cu：0.37％，Mn：0.18％，Mg：1.47％，Cr：0.04％，Zn：4.81％，Ti：0.02％，其它元素单个≤0.04％、总和≤0.14％，余量为Al。
  4. 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤(2)中，加热铸锭至410-430℃。
  5. 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤(2)中，加热铸锭至424℃，铸锭速度为2.4m/min，挤压筒温度为444℃，模具温度为444℃，模具保温时间为10h。
  6. 如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤(4)中，第一阶段的加热温度为120℃，第二阶段的加热温度为110℃。
  7. 一种由如权利要求1-1任一所述的制造方法制得的超高强铝合金。
  8. 一种如权利要求7所述的超高强铝合金在3C产品外观件制造领域的应用。
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