用于铝合金门窗的材料及其制作工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝合金的制作工艺，具体涉及了一种用于铝合金门窗材料的制作工艺。
【背景技术】
[0002]随着人们生活家居方式日益丰富多样，对于生活家居方式的需求也随之提高，其中对于建筑质量要求的提高更显得尤为突出，对建筑门窗的要求最为突出，现今所用的门窗有金属制的、塑料制、木制等几种，所以制作门窗的材料成为主要研究的对象。
[0003]材料是当今科学技术的重要支柱，又因是人类社会发展和所有科学技术的基础显的尤为重要，材料的科技发展程度直接会影响生产力的变革，近年来兴起的材料科学是具有全局性的科学领域之一；世界各经济强国把材料发展提高到经济发展的战略高度，材料科学与工程正进入一个史无前例的高速发展时期，社会的发展，人类文明的进步表明，对材料的要求越来越高。
[0004]而现有的一种铝合金材料，所述铝合金材料化学成分的质量份数为:Sr:
1.23-1.45 份，Si:1.34-1.36 份，Nb:1.25-2.28 份，Cu:4.52-4.55 份，T1:1.56-3.27 份，Mg:0.22-0.24 份，C:0.01-0.02 份，Cr:16.1-16.8 份，V: 1.25-2.24 份，N1:12.1-13.3 份，Μη:
3.35-3.38份，复合稀土:2.51-2.85份，其余为A1和杂质；所述复合稀土中，按重量份数包含以下组分:Tm:12.5-13.8 份，Tb:1.1-1.5 份，Pr:11.8-14.9 份，Nd:14.3-15.5 份，Lu:
2.8-3.2份，Sm:17.2-17.3份，余量为Ho。该铝合金材料中加入了 Sr元素，锶是表面活性元素，锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量，提高材料力学性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度，并且能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能，加ΛΝ?和Cr元素，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，铬又能提高铝合金的抗氧化性和耐腐蚀性，镍能提高铝合金的强度、硬度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；加入Cu元素，能增加铝合金的强度和抗氧化性能，提高使用寿命；加入Mg元素能改善其焊接性能，增加其抗腐蚀性能和强度；并且还加入了稀土元素，不仅能在热处理过程中细化晶粒的作用，增加其结构强度，还能提高其抗腐蚀性能和摩擦性能，提高其使用寿命，降低成本；此结构的铝合金，虽然具有较强的抗腐蚀性能、摩擦性能，但其强度一般，并且其铝合金材料中加入的铬和镍质量份数过高，使材料的硬度过高，从而使材料变得不易弯折，其屈服能力和抗拉能力将降低，导致在对其材料施加力时，其材料易断裂，使得门窗损坏。
【发明内容】
[0005]本发明意在提供一种强度高、屈服强度高、抗拉强度好，不易断裂，合金的疲劳寿命长的用于铝合金门窗材料的制作工艺。
[0006]本发明提供了一种用于制作门窗的铝合金材料，包括如下的质量份数的组分:铜
4.30-5.80 份、硅 0.45-0.80 份、镍 1-5 份、镁 2.30-4.30 份、锌 4.60-8.60 份、锰 0.60-0.80份、铁 0.20-0.40 份、钛 0.04-0.06 份、硼 0.02-0.035 份、铬 0.10-0.20 份、锶 0.03-0.05份、锆0.15-0.25份和复合稀土 0.05-0.08份，其余为铝和杂质；所述复合稀土化学成分的质量份数为:镧 17.00-18.60 份、铈 12.40-15.30 份、镨 9.80-11.70 份、钕 12.30-14.20 份、镱1.10-1.20份、铥13.40-14.50份，其余为钬；所述杂质的含量彡0.09份。
[0007]本发明还提供了一种用于铝合金门窗材料的制作工艺，包括如下步骤:
(1)熔炉预热:对熔炉进行预热，预热温度为530~570°C，持续40-120min ;
(2 )初炼材料:先将铝锭和杂质加入熔炉中，熔炉温度提高到6 30~6 50 °C，保持30~35min ;然后炉温升至680~700 °C，放入复合稀土，保持40~45min ;再将温度升至730~750 °C，依次加入铜、硅、镁、锰、锌，保温15~20min，在依次加入镍、铬、钛、硼、锆、锶，保温42-45min，再将炉温升至770_800°C，全程吹氮气搅拌，保温33~36min ；
(3)精炼材料:将步骤(2)得到的材料加入精炼炉内进行精炼，进精炼炉加热至715-735°C并保温3-5h，空冷至470-500°C保温60_80min，然后再加热至620-650°C保温2-2.5h，精炼炉冷至300-320°C，最后出炉空冷至室温；
(4)热处理:将步骤(3)得到的材料加热到530-550°C，保温22_25min，在其表面均匀地涂抹珍珠岩粉末，然后加热至430-450°C，保温42-45min ;
(5)冷却:将步骤(4)得到的材料用水冷以17-20°C/s的速度冷却到室温，最后清洗表面，检验尺寸。
[0008]上述两个方案的技术原理及有益效果为:步骤(1)中为了保护熔炉，提高熔炉使用效率，尽可能地将熔炉工作状态保持在一定温度范围是非常必要的；如果熔炉不预热，一方面，由于熔炉温度低，很容易造成熔炼困难、粘炉等缺陷，另一方面，由于熔炉温度变化太大，冷热应力很大，很容易造成熔炉损坏，严重的情况下，可能造成熔炉炸裂。所以，熔炉使用前的预热非常重要。
[0009]步骤(2)中该铝合金材料中加入了稀土元素，不仅能在热处理过程中细化晶粒的作用，增加其结构强度，还能提高其抗腐蚀性能和摩擦性能，提高其使用寿命，降低成本；加入铜元素，能增加铝合金的强度和抗氧化性能，提高使用寿命；加入硅元素，硅可提高铝合金的铸造件性能和抗蚀性；加入镁元素能改善其焊接性能，增加其抗腐蚀性能和强度；加入锰元素，锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒；加入锌元素，锌可显著提高铝合金的抗拉强度和屈服强度，而其与镁同时加入，可对铝合金的强度进一步强化。
[0010]加入镍和铬元素，镍能提高铝合金的强度，而又保持良好的塑性和韧性，镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力；铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，铬又能提尚招合金的抗氧化性和耐腐蚀性。
[0011]钛是铝合金中常用的添加元素，以中间合金形式加入。钛与铝形成TiAlJg，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al~Ti系合金产生包晶反应时，钛的临界含量约为0.15%，如果有硼存在，则减小到0.01%。
[0012]在本发明的成分中添加了硼，硼可以提高合金的转变温度，显著细化铸态合金的原始晶粒，细化程度可达一个数量级，提高了合金的屈服强度和抗拉强度；同时硼不仅可以细化合金的铸态组织，而且可将铸态合金直接进行乳制变形，并且显微组织中沿原始晶粒没有明显的微裂纹，提高了合金的疲劳寿命；此外硼的加入在合金中晶界的偏聚阻碍了晶粒的长大，从而有利于提尚室温初性。
[0013]钛是铝合金中常用的添加元素，以中间合金形式加入。钛与铝形成TiAlJg，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al~Ti系合金产生包晶反应时，钛的临界含量约为0.15%，如果有硼存在，则减小到0.01%。
[0014]锆对多种酸(如盐酸、硝酸、硫酸和醋酸)、碱和盐有优良的抗蚀性，所以锆合金也用于制作耐蚀部件，锆与氧、氮等气体有强烈的亲和力，锆和锆合金都有同质异晶转变，高温相是体心立方结构的P~Zr，低温相是密排六方结构的a~Zr，纯锆的转变温度为862°C，合金和工业锆的转变温度受合金元素和杂质元素的影响:铁、镍、铬的加入缩小a ~Zr相区，使转变温度降低；氧、氮、锡扩大a ~Zr相区，使转变温度升高，Zr~2.5Nb合金有明显的淬火强化效应，这种合金加热到β区或(α+β)高温区，经过水中淬火后，其室温抗拉强度可达90公斤力/毫米2 ;合金淬火后再经500°C适当时效处理，其强度不降低，而塑性却显著提高；这种固溶时效合金有极好的耐腐蚀性能，从而提高了铝合金的塑性和耐腐蚀性能。
[0015]加入锶元素，锶是表面活性元素，锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量，提高材料力学性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度，并且能减小初晶娃粒子尺寸，改善塑性加工性能。
[0016]该发明申请提供的制作工艺，通过依次加入合金元素，能促进合金元素结合紧密，提高其强度，起到细化晶粒的作用，增加其强度，而且能提高铝合金的抗腐蚀性能和焊接性能，提高产品的质量，能降低加工成本，缩短加工周期。
[0017]经过上述物质有序的添加，此铝合金材料具备较强的抗拉强度和屈服强度，所以其延展性和可塑性较好，在对其施加外力时，其易弯曲变形，不容易断裂。
[0018]步骤(3 )中精炼炉，是用来对初炼炉(电弧炉、平炉、转炉)所熔钢水进