一種高強高韌鋁合金型材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強高韌鋁合金型材的制備方法，該鋁合金型材各元素組成的質量百分比為：Si0.3-0.5、Cu4.4-5.8、Mg2.2-3.6、Ni1.0-1.5、V0.1-0.3、Mn0.4-0.6、Ti0.15-0.35、Zn0.05-0.15、Be0.1-0.2、Cd0.15-0.25、Zr0.1-0.2、Ga0.04-0.08、Pm0.03-0.05、Er0.02-0.04，余量為Al。本發(fā)明通過優(yōu)化Cu、Mg、Mn等元素的含量以及添加微量的Pm、Er稀土元微合金化作用，改善合金的組織結構，細化晶粒，強化晶界，達到同時提高鋁合金的強度和延伸率。本發(fā)明制得的鋁合金型材綜合性能優(yōu)異，抗拉強度≥495MPa，屈服強度≥380MPa，延伸率≥17%。
【專利說明】一種高強高韌鋁合金型材的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強高韌鋁合金型材的制備方法，屬于鋁合金材料加工【技術領域】。
【背景技術】
[0002]鋁合金是工業(yè)中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，因其密度低，強度比較高，接近或超過優(yōu)質鋼，塑性好，具有優(yōu)良的導電性、導熱性、抗蝕性等性能，可加工成各種型材，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等方面。
[0003]隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對鋁合金型材的強度和韌性提出了更高的要求。因此，據(jù)需開發(fā)一種同時具有高強度高韌性的鋁合金型材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高強高韌鋁合金型材的制備方法，該鋁合金型材不僅具有較高的強度，同時還具有較高的延伸率。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：
一種高強高韌鋁合金型材的制備方法，包括以下步驟：
(1)按照元素質量百分數(shù)滿足下列要求：SiO. 3-0. 5、Cu 4. 4-5. 8、Mg 2. 2-3. 6,Ni I. 0-1. 5、V O. 1-0. 3, Mn O. 4-0. 6, Ti O. 15-0. 35, Zn 0.05-0. 15、BeO. 1-0. 2、Cd
O.15-0. 25, Zr O. 1-0. 2, Ga 0.04-0. 08, Pm 0.03-0. 05, Er 0.02-0. 04，余量為 Al 進行配料，將爐料投入熔煉爐在740-760°C下進行熔煉，加待爐料全部熔化，攪拌30-35min，檢測合金成分并調(diào)整；然后加入精煉劑進行精煉，精煉溫度為725-745°C，精煉時間為15-20min,扒渣后靜置 20_25min，再調(diào)整溫度至 710_730°C，鋁液中通 60%N2+20%Ar+20%Cl2多元混合氣體除氣精煉15-20min，氣體壓力為O. 18-0. 24atm,氣體流量為I. 6-2. 2 m3/min,靜置25-30min，使氧化渣充分上浮，扒渣后開始澆鑄；
(2)采用金屬型水冷半連續(xù)鑄造技術，鋁液出爐溫度為705-725°C，鑄造溫度為690-7100C，鑄造速度為90-100 mm/min,冷卻水壓為O. 2-0. 3MPa，冷卻水進水口溫度不高于20°C，出水口水溫不高于40°C ；
(3)將鑄坯進行均勻化處理：先以120-160°C/h升溫至250-300°C，保溫3_5h，再以80-120°C /h 升溫至 470-490°C，保溫 5_10h，然后強風風冷至 240_260°C，再以 70_90°C /h升溫至380-420°C，保溫3-6h，然后以80_120°C /h降溫至220_240°C，保溫2_3h，放入0_5°C冰鹽水中冷卻至50°C以下，然后取出型材以100-150°C /h升溫至260-290°C，保溫2_3h，再以 80-120°C /h 升溫至 465-485°C，保溫 5_10h，然后以 150_200°C /h 降溫至 170_190°C，保溫l_2h，空冷至室溫；
(4)將均勻化處理后的鑄錠加熱至450-470°C，然后利用擠壓機將預熱后的鑄錠放入模具中擠出成型，模具預熱溫度為420-440°C，擠壓筒預熱溫度415-435°C，擠壓速率為16_22m/min ；(5)上述擠壓出來的鋁合金型材采用在線風冷或水霧冷卻淬火，在線淬火后進行時效處理：先以 40-60°C /h 升溫至 80-100°C，保溫 8-12h，再以 30_50°C /h 升溫至 185_205°C，保溫5-10h，再以50-70°C /h降溫至70-80°C，保溫10_15h，空冷至室溫后再以80_90°C /h升溫至160-180°C，保溫5-10h，再以30-50°C /h降溫至85_95°C，保溫10_15h，空冷至室溫后再以40-50°C /h升溫至80-90°C，保溫10_15h，空冷至室溫，經(jīng)表面處理、精整、檢查驗收、包裝即得成品。
[0006]所述的精煉劑制備方法如下：a.稱取以下重量份的原料：氯化鎂10-15、氯化鉀15-20、高爐礦渣4-8、火山灰5-10、螢石3_6、苦菱土 4_8、廢磚粉3_6、石墨粉2_5、白云石8-12、硫化錳2-3、納米氧化鋁2-3、乙烯基三乙氧基硅烷O. 5_1、三乙醇胺1_2 ；b.將螢石、苦菱土、白云石混合均勻，730-760°C煅燒2-3h，冷卻至室溫后放入濃度為15-20%的鹽酸溶液中浸泡l_2h，取出用蒸餾水洗滌至中性，烘干，1200-1250°C煅燒l_2h，冷卻至室溫，粉碎，過100-150目篩與高爐礦渣、火山灰、廢磚粉、石墨粉混合均勻，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，2000-3000rpm高速研磨10_15min，待用；c.將氯化鎂和氯化鉀混合均勻，加熱至780-81 (TC，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20-30min,噴射造粒，即得精煉劑。
[0007]本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明通過優(yōu)化Cu、Mg、Mn等元素的含量以及添加微量的Pm、Er稀土元微合金化作用，改善合金的組織結構，細化晶粒，強化晶界，達到同時提高鋁合金的強度和延伸率。本發(fā)明制得的鋁合金型材綜合性能優(yōu)異，抗拉強度> 495MPa，屈服強度> 380MPa，延伸率^ 17%。
【具體實施方式】
[0008]一種高強高韌鋁合金型材的制備方法，包括以下步驟：
(1)按照元素質量百分數(shù)滿足下列`要求：SiO. 3-0. 5、Cu 4. 4-5. 8、Mg 2. 2-3. 6,Ni I. 0-1. 5、V O. 1-0. 3, Mn O. 4-0. 6, Ti O. 15-0. 35, Zn 0.05-0. 15、BeO. 1-0. 2、Cd
O.15-0. 25、Zr O. 1-0. 2、Ga 0.04-0. 08、Pm 0.03-0. 05、Er 0.02-0. 04，余量為 Al 進行配料，將爐料投入熔煉爐在750°C下進行熔煉，加待爐料全部熔化，攪拌35min，檢測合金成分并調(diào)整；然后加入精煉劑進行精煉，精煉溫度為735°C，精煉時間為20min，扒渣后靜置25min，再調(diào)整溫度至720°C，鋁液中通60%N2+20%Ar+20%Cl2多元混合氣體除氣精煉15min，氣體壓力為O. 22atm，氣體流量為I. 8 m3/min，靜置30min，使氧化渣充分上浮，扒渣后開始澆鑄；
(2)采用金屬型水冷半連續(xù)鑄造技術，鋁液出爐溫度為715°C，鑄造溫度為705°C，鑄造速度為95 mm/min,冷卻水壓為O. 25MPa，冷卻水進水口溫度不高于20°C，出水口水溫不聞于40 °C ；
(3)將鑄坯進行均勻化處理：先以140°C/h升溫至280°C，保溫4h，再以100°C/h升溫至4800C，保溫8h，然后強風風冷至250°C，再以80°C /h升溫至410°C，保溫4h，然后以100°C /h降溫至220°C，保溫3h，放入0°C冰鹽水中冷卻至50°C以下，然后取出型材以150°C /h升溫至270°C，保溫3h，再以120°C /h升溫至475°C，保溫10h，然后以180°C /h降溫至175°C，保溫2h，空冷至室溫；(4)將均勻化處理后的鑄錠加熱至460°C，然后利用擠壓機將預熱后的鑄錠放入模具中擠出成型，模具預熱溫度為430°C，擠壓筒預熱溫度420°C，擠壓速率為20m/min ； (5)上述擠壓出來的鋁合金型材采用在線風冷或水霧冷卻淬火，在線淬火后進行時效處理：先以50°C /h升溫至95°C，保溫10h，再以40°C /h升溫至195°C，保溫7h，再以60°C /h降溫至75°C，保溫12h，空冷至室溫后再以85°C /h升溫至170°C，保溫8h，再以40°C /h降溫至90°C，保溫15h，空冷至室溫后再以50°C /h升溫至85°C，保溫15h，空冷至室溫，經(jīng)表面處理、精整、檢查驗收、包裝即得成品。
[0009]所述的精煉劑制備方法如下：a.稱取以下重量（kg)的原料：氯化鎂12、氯化鉀18、高爐礦渣5、火山灰8、螢石6、苦菱土 5、廢磚粉4、石墨粉4、白云石10、硫化錳2. 5、納米氧化鋁2. 5、乙烯基三乙氧基硅烷O. 6、三乙醇胺1.5 ;b.將螢石、苦菱土、白云石混合均勻，740°C煅燒3h，冷卻至室溫后放入濃度為18%的鹽酸溶液中浸泡lh，取出用蒸餾水洗滌至中性，烘干，1220°C煅燒2h，冷卻至室溫，粉碎，過150目篩與高爐礦渣、火山灰、廢磚粉、石墨粉混合均勻，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺，3000rpm高速研磨lOmin，待用；c.將氯化鎂和氯化鉀混合均勻，加熱至810°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20min，噴射造粒，即得精煉劑。
[0010]所得的鋁合金型材經(jīng)檢驗其主要性能為：抗拉強度527Mpa，屈服強度為402Mpa，伸長率為22. 4%。
【權利要求】
1.一種高強高韌鋁合金型材的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1)按照元素質量百分數(shù)滿足下列要求：SiO. 3-0. 5、Cu 4. 4-5. 8、Mg 2. 2-3. 6,Ni I. 0-1. 5、V O. 1-0. 3, Mn O. 4-0. 6, Ti O. 15-0. 35, Zn 0.05-0. 15、BeO. 1-0. 2、CdO.15-0. 25, Zr O. 1-0. 2, Ga 0.04-0. 08, Pm 0.03-0. 05, Er 0.02-0. 04，余量為 Al 進行配料，將爐料投入熔煉爐在740-760°C下進行熔煉，加待爐料全部熔化，攪拌30-35min，檢測合金成分并調(diào)整；然后加入精煉劑進行精煉，精煉溫度為725-745°C，精煉時間為15-20min,扒渣后靜置 20_25min，再調(diào)整溫度至 710_730°C，鋁液中通 60%N2+20%Ar+20%Cl2多元混合氣體除氣精煉15-20min，氣體壓力為O. 18-0. 24atm,氣體流量為I. 6-2. 2 m3/min,靜置25-30min，使氧化渣充分上浮，扒渣后開始澆鑄； (2)采用金屬型水冷半連續(xù)鑄造技術，鋁液出爐溫度為705-725°C，鑄造溫度為690-7100C，鑄造速度為90-100 mm/min,冷卻水壓為O. 2-0. 3MPa，冷卻水進水口溫度不高于20°C，出水口水溫不高于40°C ； (3)將鑄坯進行均勻化處理：先以120-160°C/h升溫至250-300°C，保溫3_5h，再以80-120°C /h 升溫至 470-490°C，保溫 5_10h，然后強風風冷至 240_260°C，再以 70_90°C /h升溫至380-420°C，保溫3-6h，然后以80_120°C /h降溫至220_240°C，保溫2_3h，放入0_5°C冰鹽水中冷卻至50°C以下，然后取出型材以100-150°C /h升溫至260-290°C，保溫2_3h，再以 80-120°C /h 升溫至 465-485°C，保溫 5_10h，然后以 150_200°C /h 降溫至 170_190°C，保溫l_2h，空冷至室溫； (4)將均勻化處理后的鑄錠加熱至450-470°C，然后利用擠壓機將預熱后的鑄錠放入模具中擠出成型，模具預熱溫度為420-440°C，擠壓筒預熱溫度415-435°C，擠壓速率為16_22m/min ； (5)上述擠壓出來的鋁合金型材采用在線風冷或水霧冷卻淬火，在線淬火后進行時效處理：先以 40-60°C /h 升溫至 80-100°C，保溫 8-12h，再以 30_50°C /h 升溫至 185_205°C，保溫5-10h，再以50-70°C /h降溫至70-80°C，保溫10_15h，空冷至室溫后再以80_90°C /h升溫至160-180°C，保溫5-10h，再以30-50°C /h降溫85-95至。C，保溫10_15h，空冷至室溫后再以40-50°C /h升溫至80-90°C，保溫10_15h，空冷至室溫，經(jīng)表面處理、精整、檢查驗收、包裝即得成品。
2.根據(jù)權利要求1所述的高強高韌用鋁合金型材的制備方法，其特征在于，所述的精煉劑制備方法如下：a.稱取以下重量份的原料：氯化鎂10-15、氯化鉀15-20、高爐礦渣4-8、火山灰5-10、螢石3-6、苦菱土 4-8、廢磚粉3_6、石墨粉2_5、白云石8_12、硫化錳2_3、納米氧化鋁2-3、乙烯基三乙氧基硅烷O. 5-1、三乙醇胺1-2 ；b.將螢石、苦菱土、白云石混合均勻，730-760°C煅燒2-3h，冷卻至室溫后放入濃度為15-20%的鹽酸溶液中浸泡l_2h，取出用蒸餾水洗滌至中性，烘干，1200-1250°C煅燒l_2h，冷卻至室溫，粉碎，過100-150目篩與高爐礦渣、火山灰、廢磚粉、石墨粉混合均勻，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷和三乙醇胺,2000-3000rpm高速研磨10_15min,待用；c.將氯化鎂和氯化鉀混合均勻，加熱至780-810°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步驟b制得的粉末，攪拌20-30min，噴射造粒，即得精煉劑。
【文檔編號】C22C21/18GK103710653SQ201310687953
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】吳賢春 申請人:蕪湖萬潤機械有限責任公司