一种高强高韧铝合金型材的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强高韧铝合金型材的制备方法，该铝合金型材各元素组成的质量百分比为：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，余量为Al。本发明通过优化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，改善合金的组织结构，细化晶粒，强化晶界，达到同时提高铝合金的强度和延伸率。本发明制得的铝合金型材综合性能优异，抗拉强度≥495MPa，屈服强度≥380MPa，延伸率≥17%。
【专利说明】一种高强高韧铝合金型材的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强高韧铝合金型材的制备方法，属于铝合金材料加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，因其密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能，可加工成各种型材，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。
[0003]随着现代工业的迅速发展，对铝合金型材的强度和韧性提出了更高的要求。因此，据需开发一种同时具有高强度高韧性的铝合金型材。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种高强高韧铝合金型材的制备方法，该铝合金型材不仅具有较高的强度，同时还具有较高的延伸率。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照元素质量百分数满足下列要求：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，余量为 Al 进行配料，将炉料投入熔炼炉在740-760°C下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌30-35min，检测合金成分并调整；然后加入精炼剂进行精炼，精炼温度为725-745°C，精炼时间为15-20min,扒渣后静置 20_25min，再调整温度至 710_730°C，铝液中通 60%N2+20%Ar+20%Cl2多元混合气体除气精炼15-20min，气体压力为O. 18-0. 24atm,气体流量为I. 6-2. 2 m3/min,静置25-30min，使氧化渣充分上浮，扒渣后开始浇铸；
(2)采用金属型水冷半连续铸造技术，铝液出炉温度为705-725°C，铸造温度为690-7100C，铸造速度为90-100 mm/min,冷却水压为O. 2-0. 3MPa，冷却水进水口温度不高于20°C，出水口水温不高于40°C ；
(3)将铸坯进行均匀化处理：先以120-160°C/h升温至250-300°C，保温3_5h，再以80-120°C /h 升温至 470-490°C，保温 5_10h，然后强风风冷至 240_260°C，再以 70_90°C /h升温至380-420°C，保温3-6h，然后以80_120°C /h降温至220_240°C，保温2_3h，放入0_5°C冰盐水中冷却至50°C以下，然后取出型材以100-150°C /h升温至260-290°C，保温2_3h，再以 80-120°C /h 升温至 465-485°C，保温 5_10h，然后以 150_200°C /h 降温至 170_190°C，保温l_2h，空冷至室温；
(4)将均匀化处理后的铸锭加热至450-470°C，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为420-440°C，挤压筒预热温度415-435°C，挤压速率为16_22m/min ；(5)上述挤压出来的铝合金型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，在线淬火后进行时效处理：先以 40-60°C /h 升温至 80-100°C，保温 8-12h，再以 30_50°C /h 升温至 185_205°C，保温5-10h，再以50-70°C /h降温至70-80°C，保温10_15h，空冷至室温后再以80_90°C /h升温至160-180°C，保温5-10h，再以30-50°C /h降温至85_95°C，保温10_15h，空冷至室温后再以40-50°C /h升温至80-90°C，保温10_15h，空冷至室温，经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
[0006]所述的精炼剂制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化镁10-15、氯化钾15-20、高炉矿渣4-8、火山灰5-10、萤石3_6、苦菱土 4_8、废砖粉3_6、石墨粉2_5、白云石8-12、硫化锰2-3、纳米氧化铝2-3、乙烯基三乙氧基硅烷O. 5_1、三乙醇胺1_2 ；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，730-760°C煅烧2-3h，冷却至室温后放入浓度为15-20%的盐酸溶液中浸泡l_2h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1200-1250°C煅烧l_2h，冷却至室温，粉碎，过100-150目筛与高炉矿渣、火山灰、废砖粉、石墨粉混合均匀，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.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至780-81 (TC，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min,喷射造粒，即得精炼剂。
[0007]本发明的有益效果：
本发明通过优化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，改善合金的组织结构，细化晶粒，强化晶界，达到同时提高铝合金的强度和延伸率。本发明制得的铝合金型材综合性能优异，抗拉强度> 495MPa，屈服强度> 380MPa，延伸率^ 17%。
【具体实施方式】
[0008]一种高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照元素质量百分数满足下列`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，余量为 Al 进行配料，将炉料投入熔炼炉在750°C下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌35min，检测合金成分并调整；然后加入精炼剂进行精炼，精炼温度为735°C，精炼时间为20min，扒渣后静置25min，再调整温度至720°C，铝液中通60%N2+20%Ar+20%Cl2多元混合气体除气精炼15min，气体压力为O. 22atm，气体流量为I. 8 m3/min，静置30min，使氧化渣充分上浮，扒渣后开始浇铸；
(2)采用金属型水冷半连续铸造技术，铝液出炉温度为715°C，铸造温度为705°C，铸造速度为95 mm/min,冷却水压为O. 25MPa，冷却水进水口温度不高于20°C，出水口水温不闻于40 °C ；
(3)将铸坯进行均匀化处理：先以140°C/h升温至280°C，保温4h，再以100°C/h升温至4800C，保温8h，然后强风风冷至250°C，再以80°C /h升温至410°C，保温4h，然后以100°C /h降温至220°C，保温3h，放入0°C冰盐水中冷却至50°C以下，然后取出型材以150°C /h升温至270°C，保温3h，再以120°C /h升温至475°C，保温10h，然后以180°C /h降温至175°C，保温2h，空冷至室温；(4)将均匀化处理后的铸锭加热至460°C，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为430°C，挤压筒预热温度420°C，挤压速率为20m/min ； (5)上述挤压出来的铝合金型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，在线淬火后进行时效处理：先以50°C /h升温至95°C，保温10h，再以40°C /h升温至195°C，保温7h，再以60°C /h降温至75°C，保温12h，空冷至室温后再以85°C /h升温至170°C，保温8h，再以40°C /h降温至90°C，保温15h，空冷至室温后再以50°C /h升温至85°C，保温15h，空冷至室温，经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
[0009]所述的精炼剂制备方法如下：a.称取以下重量（kg)的原料：氯化镁12、氯化钾18、高炉矿渣5、火山灰8、萤石6、苦菱土 5、废砖粉4、石墨粉4、白云石10、硫化锰2. 5、纳米氧化铝2. 5、乙烯基三乙氧基硅烷O. 6、三乙醇胺1.5 ;b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，740°C煅烧3h，冷却至室温后放入浓度为18%的盐酸溶液中浸泡lh，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1220°C煅烧2h，冷却至室温，粉碎，过150目筛与高炉矿渣、火山灰、废砖粉、石墨粉混合均匀，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.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至810°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20min，喷射造粒，即得精炼剂。
[0010]所得的铝合金型材经检验其主要性能为：抗拉强度527Mpa，屈服强度为402Mpa，伸长率为22. 4%。
【权利要求】
1.一种高强高韧铝合金型材的制备方法，其特征在于包括以下步骤： (1)按照元素质量百分数满足下列要求：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，余量为 Al 进行配料，将炉料投入熔炼炉在740-760°C下进行熔炼，加待炉料全部熔化，搅拌30-35min，检测合金成分并调整；然后加入精炼剂进行精炼，精炼温度为725-745°C，精炼时间为15-20min,扒渣后静置 20_25min，再调整温度至 710_730°C，铝液中通 60%N2+20%Ar+20%Cl2多元混合气体除气精炼15-20min，气体压力为O. 18-0. 24atm,气体流量为I. 6-2. 2 m3/min,静置25-30min，使氧化渣充分上浮，扒渣后开始浇铸； (2)采用金属型水冷半连续铸造技术，铝液出炉温度为705-725°C，铸造温度为690-7100C，铸造速度为90-100 mm/min,冷却水压为O. 2-0. 3MPa，冷却水进水口温度不高于20°C，出水口水温不高于40°C ； (3)将铸坯进行均匀化处理：先以120-160°C/h升温至250-300°C，保温3_5h，再以80-120°C /h 升温至 470-490°C，保温 5_10h，然后强风风冷至 240_260°C，再以 70_90°C /h升温至380-420°C，保温3-6h，然后以80_120°C /h降温至220_240°C，保温2_3h，放入0_5°C冰盐水中冷却至50°C以下，然后取出型材以100-150°C /h升温至260-290°C，保温2_3h，再以 80-120°C /h 升温至 465-485°C，保温 5_10h，然后以 150_200°C /h 降温至 170_190°C，保温l_2h，空冷至室温； (4)将均匀化处理后的铸锭加热至450-470°C，然后利用挤压机将预热后的铸锭放入模具中挤出成型，模具预热温度为420-440°C，挤压筒预热温度415-435°C，挤压速率为16_22m/min ； (5)上述挤压出来的铝合金型材采用在线风冷或水雾冷却淬火，在线淬火后进行时效处理：先以 40-60°C /h 升温至 80-100°C，保温 8-12h，再以 30_50°C /h 升温至 185_205°C，保温5-10h，再以50-70°C /h降温至70-80°C，保温10_15h，空冷至室温后再以80_90°C /h升温至160-180°C，保温5-10h，再以30-50°C /h降温85-95至。C，保温10_15h，空冷至室温后再以40-50°C /h升温至80-90°C，保温10_15h，空冷至室温，经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
2.根据权利要求1所述的高强高韧用铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述的精炼剂制备方法如下：a.称取以下重量份的原料：氯化镁10-15、氯化钾15-20、高炉矿渣4-8、火山灰5-10、萤石3-6、苦菱土 4-8、废砖粉3_6、石墨粉2_5、白云石8_12、硫化锰2_3、纳米氧化铝2-3、乙烯基三乙氧基硅烷O. 5-1、三乙醇胺1-2 ；b.将萤石、苦菱土、白云石混合均匀，730-760°C煅烧2-3h，冷却至室温后放入浓度为15-20%的盐酸溶液中浸泡l_2h，取出用蒸馏水洗涤至中性，烘干，1200-1250°C煅烧l_2h，冷却至室温，粉碎，过100-150目筛与高炉矿渣、火山灰、废砖粉、石墨粉混合均匀，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.将氯化镁和氯化钾混合均匀，加热至780-810°C，待其全部熔融后，加入其余原料以及步骤b制得的粉末，搅拌20-30min，喷射造粒，即得精炼剂。
【文档编号】C22C21/18GK103710653SQ201310687953
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】吴贤春 申请人:芜湖万润机械有限责任公司