一種球棒用強(qiáng)韌鋁合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種球棒用強(qiáng)韌鋁合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 棒球以及壘球運(yùn)動(dòng)是一種以棒子打球?yàn)橹饕攸c(diǎn)、集體性、對(duì)抗性很強(qiáng)的球類運(yùn) 動(dòng)項(xiàng)目，球棒多采用金屬球棒。隨著體育事業(yè)的發(fā)展，越來越多的人喜歡享受這類運(yùn)動(dòng)帶來 的樂趣。球棒的好壞直接決定著運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，一個(gè)質(zhì)量好的球棒不僅需要一定的硬度和強(qiáng) 度承受劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)球的沖擊，還應(yīng)該具有良好的韌性，降低運(yùn)動(dòng)過程中球?qū)θ梭w的沖擊力， 減少運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)人體造成的傷害。
[0003] 鋁合金是以鋁為基的合金的總稱，主要合金元素包括銅、硅、鎂、鋅、錳，次要元素 含有鎳、鐵、鈦、鋰，合金中的主要元素含量、配比以及雜質(zhì)含量對(duì)合金成品的性能有很大影 響。目前，鋁合金材料大量被應(yīng)用于建筑、軍用和工業(yè)領(lǐng)域，民用和軍工企業(yè)生產(chǎn)的鋁合金 材料強(qiáng)度低、硬度低、韌性差，不能滿足現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)鋁合金材料高載荷、輕質(zhì)化、韌性好 的要求?，F(xiàn)有的鋁合金材料制成的球棒往往強(qiáng)度和硬度較低，不能承受劇烈擊球時(shí)球?qū)Π?的沖擊力，另外，現(xiàn)有的鋁合金材料制成的球棒韌性較差，受到球的劇烈沖擊不能迅速恢復(fù) 原狀，往往會(huì)發(fā)生脆裂，或者給人體造成振動(dòng)沖擊，使人感到不適，降低運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量。
[0004] 因此，如何通過優(yōu)化鋁合金生產(chǎn)工藝，得到一種綜合性能好的鋁合金材料，滿足球 棒重量輕、彈性好、擊球遠(yuǎn)的要求是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種球棒用強(qiáng)韌鋁合金，實(shí)現(xiàn)了 鋁合金生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，其綜合性能好，非常適合于制作壘球棒或棒球棒。
[0006] 本發(fā)明公開了一種球棒用強(qiáng)韌鋁合金，其組成成分按重量百分比包括：Si:0. 05 % , Fe:0. 08-0. 15% , Cu:2. 0-2. 2% , Mn:0. 05% , Mg:2. 3-2. 8% , Cr:0. 01%,Zn:7. 2-7. 8%, Ti:0. 06-0. 08%，Zr:0. 12-0. 15%，余量為Al，并按照以下步驟制備得到：
[0007] SI :熔煉，根據(jù)其組成成分稱取各原料，將鋁錠加入熔煉爐中并加熱至700-750°C 使之完全熔化后，按熔點(diǎn)從高到低的順序依次加入其它各原料，待其它各原料完全熔化后， 在680-720°C保溫30min-2h，得到合金熔體，并進(jìn)行澆注，待合金熔體凝固后開模，并將鑄 錠空冷至室溫；各原料熔化過程在密封空間中進(jìn)行；
[0008] S2 :均勻化，將S1中得到的鑄錠放置于400-420°C的保溫爐中，并在400-420°C下 保溫2〇-30h，保溫完成后保溫爐冷至300 C后，空冷至室溫；
[0009] S3 :固溶，將S2中得到的鑄錠放置于保溫爐中，以10°C /h的平均速度，從室溫加 熱至470°C并在470°C下保溫l_2h后，以100°C /h的速度將溫度從470°C升至480°C，并在 480°C保溫20-40min后，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn)移到淬火爐中，水冷至室溫，其中從保溫爐中將 鑄錠轉(zhuǎn)移至淬火爐中的時(shí)間小于5s ;
[0010] S4 :時(shí)效，將S3中水冷至室溫的鑄錠除去表面水珠后，從淬火中取出并放入100°C 保溫爐中保溫20h后，水冷至室溫后，轉(zhuǎn)移至保溫爐中并將保溫爐溫度以60°C /min的平均 速度升溫至180°C保溫40min后，將保溫爐溫度以20°C /min的平均速度降溫至室溫后，轉(zhuǎn) 移至120°C保溫爐中，并在120°C下保溫20h，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn)移到淬火爐中水冷至室溫， 獲得所述鋁合金，其中，從淬火爐中轉(zhuǎn)移至保溫爐中的時(shí)間小于30s。
[0011] 優(yōu)選地，其組成成分中，Zn與Mg的摩爾比為（1.1-1.3):1。
[0012] 優(yōu)選地，在步驟S3中，鑄錠從室溫升溫至470°C的過程中，隨溫度的升高，升溫速 率增大，且溫度與時(shí)間成正弦函數(shù)關(guān)系。
[0013] 優(yōu)選地，在步驟S1中，合金熔體凝固過程中，對(duì)合金熔體進(jìn)行振動(dòng)。
[0014] 優(yōu)選地，在步驟S1中，各原料添加后完全熔化后，均進(jìn)行除渣操作。
[0015] 優(yōu)選地，其組成成分按重量百分比為Si:0.05 %，F(xiàn)e:0. 12 %，Cu:2. 1 %， Mn:0. 05%，Mg:2. 4%，Cr:0. 01%，Zn:7. 8%，Ti:0. 08%，Zr:0. 15%，余量為 Al。
[0016] 本發(fā)明中，提出的球棒用強(qiáng)韌鋁合金通過成分優(yōu)化，熱處理工藝改進(jìn)，提升了鋁合 金的綜合性能，使之適合制作高質(zhì)量球棒，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具體優(yōu)點(diǎn)如下：
[0017] 1、對(duì)合金成分進(jìn)行了優(yōu)化，提高了合金中鋅元素的含量，并根據(jù)鋅元素含量的變 化，調(diào)整了鎂元素和銅元素的含量值，從而控制了MgZn2相、AIZnMgCu相、Al2MgCu相的析出 數(shù)量和比例關(guān)系，同時(shí)，采用鉻元素、鋯元素和鈦元素的復(fù)合添加，起到釘扎晶界、細(xì)化晶粒 的作用，提供了獲得優(yōu)良的綜合性能的基礎(chǔ)；
[0018] 2、對(duì)熔煉和熱處理工藝進(jìn)行了優(yōu)化，通過對(duì)熔煉工藝的優(yōu)化，使得各合金元素實(shí) 現(xiàn)良好的融合，通過對(duì)均勻化處理工藝的優(yōu)化，可以消除鑄錠晶界上的非平衡凝固共晶組 織，通過對(duì)固溶處理工藝的優(yōu)化，可以獲得空位與溶質(zhì)原子的過飽和固溶體，為后續(xù)時(shí)效處 理中強(qiáng)化相析出做好準(zhǔn)備，通過對(duì)時(shí)效處理工藝的優(yōu)化，強(qiáng)化相析出且分布合理，控制晶內(nèi) 晶界處強(qiáng)化相分布形態(tài)，獲得良好的強(qiáng)度與韌性。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)了解，實(shí)施例只用于說明本發(fā)明， 而不是用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，任何在本發(fā)明基礎(chǔ)上所做的修改、等同替換等均在本發(fā)明 的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0020] 本發(fā)明所公開的球棒用強(qiáng)韌鋁合金，各實(shí)施例中鑄錠的成分配比（重量百分比） 檢測(cè)結(jié)果如表1所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種球棒用強(qiáng)韌鋁合金，其特征在于，其組成成分按重量百分比包括：Si:0. 05% ,Fe:0. 08-0. 15% ,Cu:2. 0-2.2% ,Mn:0. 05% ,Mg:2. 3-2.8% ,Cr:0.01%,Zn:7. 2-7.8%, Ti:0. 06-0. 08%,Zr:0. 12-0. 15%，余量為Al,并按照以下步驟制備得到： 51 :熔煉，根據(jù)其組成成分稱取各原料，將鋁錠加入熔煉爐中并加熱至700-75(TC使之 完全熔化后，按熔點(diǎn)從高到低的順序依次加入其它各原料，待其它各原料完全熔化后，在 680-720°C保溫30min-2h，得到合金熔體，并進(jìn)行澆注，待合金熔體凝固后開模，并將鑄錠空 冷至室溫；各原料熔化過程在密封空間中進(jìn)行； 52 :均勻化，將Sl中得到的鑄錠放置于400-420°C的保溫爐中，并在400-420°C下保溫 20-30h，保溫完成后保溫爐冷至300°C后，空冷至室溫； 53 :固溶，將S2中得到的鑄錠放置于保溫爐中，以KTC/h的平均速度，從室溫加熱至 470°C并在470°C下保溫l_2h后，以100°C/h的速度將溫度從470°C升至480°C，并在480°C 保溫20-40min后，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn)移到淬火爐中，水冷至室溫，其中從保溫爐中將鑄錠 轉(zhuǎn)移至淬火爐中的時(shí)間小于5s; 54 :時(shí)效，將S3中水冷至室溫的鑄錠除去表面水珠后，從淬火中取出并放入KKTC保溫 爐中保溫20h后，水冷至室溫后，轉(zhuǎn)移至保溫爐中并將保溫爐溫度以60°C/min的平均速度 升溫至180°C保溫40min后，將保溫爐溫度以20°C/min的平均速度降溫至室溫后，轉(zhuǎn)移至 120°C保溫爐中，并在120°C下保溫20h，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn)移到淬火爐中水冷至室溫，獲得 所述球棒用強(qiáng)韌鋁合金，其中，從淬火爐中轉(zhuǎn)移至保溫爐中的時(shí)間小于30s。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球棒用強(qiáng)韌鋁合金，其特征在于，其組成成分中，Zn與Mg的 摩爾比為（1. 1-1. 3) :1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球棒用強(qiáng)韌鋁合金，其特征在于，在步驟S3中，鑄錠從室溫升 溫至470°C的過程中，隨溫度的升高，升溫速率增大，且溫度與時(shí)間成正弦函數(shù)關(guān)系。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球棒用強(qiáng)韌鋁合金，其特征在于，在步驟Sl中，合金熔體凝固 過程中,對(duì)合金熔體進(jìn)行振動(dòng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球棒用強(qiáng)韌鋁合金，其特征在于，在步驟Sl中，各原料添加后 完全烙化后，均進(jìn)行除漁操作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球棒用強(qiáng)韌鋁合金，其特征在于，其組成成分按重量百分 比為Si:0. 05 %，F(xiàn)e:0. 12 %，Cu:2. 1 %，Mn:0. 05 %，Mg:2. 4 %，Cr:0. 01 %，Zn:7. 8 %， Ti:0. 08%，Zr:0. 15%，余量為Al。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種球棒用強(qiáng)韌鋁合金，所述鋁合金組成成分按重量百分比包含：Si:0.05％，F(xiàn)e:0.08-0.15％，Cu:2.0-2.2％，Mn:0.05％，Mg:2.3-2.8％，Cr:0.01％，Zn:7.2-7.8％，Ti:0.06-0.08％，Zr:0.12-0.15％，余量為Al。本發(fā)明中所公開的球棒用強(qiáng)韌鋁合金，通過增加其組成中鋅的含量，有效改善了鋁合金的強(qiáng)度和硬度；通過提高鋁合金中鈦的含量，細(xì)化了晶粒，抑制了脆性，克服了現(xiàn)存鋁合金韌性差的缺點(diǎn)，通過對(duì)熔煉和熱處理工藝的改進(jìn)，有效實(shí)現(xiàn)了鋁合金綜合性能的改善，能夠滿足現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)鋁合金材料高載荷、輕質(zhì)化和韌性好的要求，應(yīng)用于球棒方面具有重量輕、韌性好和擊球遠(yuǎn)的特點(diǎn)。
【IPC分類】C22F1-053, C22C1-02, C22C21-10
【公開號(hào)】CN104789838
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410191462
【發(fā)明人】周良正
【申請(qǐng)人】天長(zhǎng)市正牧鋁業(yè)科技有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2014年5月7日