CN103993191B - 一种高强高韧铝合金型材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强高韧铝合金型材的制备方法，该铝合金型材由以下质量百分比的元素组成：Cu 3.6‑4.2、Mg 1.5‑2.0、Mn 0.8‑1.2、Fe 0.1‑0.15、Si 0.1‑0.3、Zn 0.15‑0.25、Ti 0.05‑0.15、Cr 0.05‑0.1、Sb 0.04‑0.08、Zr 0.1‑0.2、Bi 0.05‑0.15、Pd 0.03‑0.06、B 0.005‑0.008、Sc 0.04‑0.06、Nd 0.03‑0.05、Ho 0.02‑0.03，余量为Al。本发明铝合金型材综合力学性能优异，不仅具有很高的抗拉强度，同时还具有较高的伸长率，抗拉强度≥550MPa，伸长率≥12%，应用前景广阔。
Description
技术领域
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
铝合金型材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，比强度高，弹性好，抗冲击性能良好、耐腐蚀，高导电，高导热，易表面着色，易加工，可回收再生等优良特性，广泛应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶、建筑、装修、及化学工业等领域。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金型材从仅要求强度向强调强度、韧性的综合性能方向发展。目前市场上的铝合金型材种类繁多，有的呈现高的强度，或者高的断裂韧性，但是不能同时达到高强度高韧性的综合性能。因此，急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
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种高强高韧铝合金型材的制备方法。该铝合金型材综合性能优异，不仅具有很高的抗拉强度，同时还具有较高的伸长率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铝锭、铜锭、镁锭、废铝投入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度735-765℃，待其熔清80％以上时，投入Al-Zr、Al-Mn等中间合金，待其全部熔化后，调整温度至740-770℃，加入熔体重量0.2-0.3％的六氯乙烷和0.1-0.2％的氟化钙精炼15-20min，精炼后电磁搅拌10-15min，静置20-30min，然后调整温度至750-780℃，加入Al-Ti-B-C中间合金，保温5-10min，扒渣，取样分析，严格控制铝合金溶液的各元素成分的重量百分比符合下列要求：Cu 3.6-4.2、Mg1.5-2.0、Mn 0.8-1.2、Fe 0.1-0.15、Si 0.1-0.3、Zn 0.15-0.25、Ti 0.05-0.15、Cr 0.05-0.1、Sb 0.04-0.08、Zr 0.1-0.2、Bi 0.05-0.15、Pd 0.03-0.06、B0.005-0.008、Sc 0.04-0.06、Nd 0.03-0.05、Ho 0.02-0.03，余量为Al；
(2)采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，铸造温度为720-740℃，铸造速度65-85mm/min，冷却水压0.2-0.3MPa，冷却水流量为1750-1950L/min；
(3)对铝合金铸锭进行均匀化处理：先以180-240℃/h升温至420-460℃，保温3-6h，强风冷却至200-250℃，保温2-3h，然后以100-150℃/h升温至460-500℃，保温5-10h，再以80-120℃/h降温至260-320℃，保温3-4h，然后水雾冷却至160-190℃，保温1-2h，再以120-160℃/h升温至440-480℃，保温4-6h，然后以100-150℃/h降温至180-220℃，保温1-2h，空冷至室温；
(4)将上述均匀化处理后的铸锭加热至470-490℃，然后放入预热至485-505℃的模具中用挤压机挤压成型，挤压速率为14-18m/min，出模温度为510-530℃；
(5)将上述挤压成型的铝合金型材强风风冷至150-200℃，然后以80-120℃/h升温至330-360℃，保温3-5h，再以50-100℃/h升温至490-500℃，保温1-2h，然后以100-150℃/h降温至240-280℃，保温4-6h，然后放入0-5℃冰盐水中降温至50℃以下；
(6)对铝合金型材进行时效处理：先以40-50℃/h升温至80-90℃，保温10-15h，空冷至室温，然后以30-40℃/h升温至60-70℃，保温14-18h，再以50-60℃/h升温至165-185℃，保温8-12h，再以45-55℃/h降温至75-85℃，保温12-16h，空冷至室温，然后以50-60℃/h升温至100-120℃，保温10-15h，空冷至室温，然后以85-95℃/h升温至170-190℃，保温5-10h，再以40-50℃/h降温至70-80℃，保温12-16h，空冷至室温。
本发明的有益效果：
本发明通过优化Cu、Mg、Mn元素的含量，添加微量的Sc、Nd、Ho稀土元素，以细化晶粒，改善铸态铝合金的组织，达到同时提高合金的强度和韧性。本发明还采用了四级时效处理，可以形成的粗大、断续的晶界析出相形貌，显著改善铝合金的微观组织结构和提高铝合金的力学性能。本发明铝合金型材综合力学性能优异，不仅具有很高的抗拉强度，同时还具有较高的伸长率，抗拉强度≥550MPa，伸长率≥12％，应用前景广阔。
具体实施方式
一种高强高韧铝合金型材的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铝锭、铜锭、镁锭、废铝投入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度750℃，待其熔清80％以上时，投入Al-Zr、Al-Mn等中间合金，待其全部熔化后，调整温度至765℃，加入熔体重量0.25％的六氯乙烷和0.15％的氟化钙精炼18min，精炼后电磁搅拌12min，静置25min，然后调整温度至770℃，加入Al-Ti-B-C中间合金，保温7min，扒渣，取样分析，严格控制铝合金溶液的各元素成分的重量百分比符合下列要求：Cu 3.6-4.2、Mg 1.5-2.0、Mn 0.8-1.2、Fe 0.1-0.15、Si 0.1-0.3、Zn 0.15-0.25、Ti 0.05-0.15、Cr 0.05-0.1、Sb 0.04-0.08、Zr0.1-0.2、Bi 0.05-0.15、Pd 0.03-0.06、B 0.005-0.008、Sc 0.04-0.06、Nd0.03-0.05、Ho 0.02-0.03，余量为Al；
(2)采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，铸造温度为730℃，铸造速度75mm/min，冷却水压0.3MPa，冷却水流量为1800L/min；
(3)对铝合金铸锭进行均匀化处理：先以220℃/h升温至440℃，保温4h，强风冷却至220℃，保温2h，然后以120℃/h升温至480℃，保温8h，再以100℃/h降温至280℃，保温3h，然后水雾冷却至170℃，保温1h，再以140℃/h升温至460℃，保温5h，然后以120℃/h降温至220℃，保温2h，空冷至室温；
(4)将上述均匀化处理后的铸锭加热至485℃，然后放入预热至495℃的模具中用挤压机挤压成型，挤压速率为16m/min，出模温度为520℃；
(5)将上述挤压成型的铝合金型材强风风冷至180℃，然后以100℃/h升温至350℃，保温4h，再以80℃/h升温至495℃，保温1h，然后以120℃/h降温至260℃，保温5h，然后放入1℃冰盐水中降温至50℃以下；
(6)对铝合金型材进行时效处理：先以45℃/h升温至90℃，保温10h，空冷至室温，然后以35℃/h升温至70℃，保温16h，再以50℃/h升温至170℃，保温10h，再以45℃/h降温至80℃，保温14h，空冷至室温，然后以60℃/h升温至110℃，保温12h，空冷至室温，然后以90℃/h升温至185℃，保温8h，再以50℃/h降温至80℃，保温12h，空冷至室温。
经检验，上述制得的铝合金型材化学成分为：Cu 3.94％、Mg 1.86％、Mn 1.08％、Fe 0.12％、Si 0.24％、Zn 0.19％、Ti 0.094％、Cr 0.077％、Sb 0.065％、Zr 0.17％、Bi 0.086％、Pd 0.045％、B 0.0073％、Sc 0.056％、Nd 0.044％、Ho 0.027％，余量为Al；力学性能为：抗拉强度591MPa，屈服强度475MPa，伸长率15.7％。
Claims (1)
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）将铝锭、铜锭、镁锭、废铝投入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度735-765℃，待其熔清80%以上时，投入Al-Zr、Al-Mn中间合金，待其全部熔化后，调整温度至740-770℃，加入熔体重量0.2-0.3%的六氯乙烷和0.1-0.2%的氟化钙精炼15-20min，精炼后电磁搅拌10-15min，静置20-30min，然后调整温度至750-780℃，加入Al-Ti-B-C中间合金，保温5-10min，扒渣，取样分析，严格控制铝合金溶液的各元素成分的重量百分比符合下列要求：Cu 3.6-4.2、Mg 1.5-2.0、Mn 0.8-1.2、Fe 0.1-0.15、Si 0.1-0.3、Zn 0.15-0.25、Ti 0.05-0.15、Cr 0.05-0.1、Sb 0.04-0.08、Zr 0.1-0.2、Bi 0.05-0.15、Pd 0.03-0.06、B 0.005-0.008、Sc 0.04-0.06、Nd 0.03-0.05、Ho 0.02-0.03，余量为Al；
（2）采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，铸造温度为720-740℃，铸造速度65-85mm/min，冷却水压0.2-0.3MPa，冷却水流量为1750-1950 L/min；
（3）对铝合金铸锭进行均匀化处理：先以180-240℃/h升温至420-460℃，保温3-6h，强风冷却至200-250℃，保温2-3h，然后以100-150℃/h升温至460-500℃，保温5-10h，再以80-120℃/h降温至260-320℃，保温3-4h，然后水雾冷却至160-190℃，保温1-2h，再以120-160℃/h升温至440-480℃，保温4-6h，然后以100-150℃/h降温至180-220℃，保温1-2h，空冷至室温；
（4）将上述均匀化处理后的铸锭加热至470-490℃，然后放入预热至485-505℃的模具中用挤压机挤压成型，挤压速率为14-18m/min，出模温度为510-530℃；
（5）将上述挤压成型的铝合金型材强风风冷至150-200℃，然后以80-120℃/h升温至330-360℃，保温3-5h，再以50-100℃/h升温至490-500℃，保温1-2h，然后以100-150℃/h降温至240-280℃，保温4-6h，然后放入0-5℃盐水中降温至50℃以下；
（6）对铝合金型材进行时效处理：先以40-50℃/h升温至80-90℃，保温10-15h，空冷至室温，然后以30-40℃/h升温至60-70℃，保温14-18h，再以50-60℃/h升温至165-185℃，保温8-12h，再以45-55℃/h降温至75-85℃，保温12-16h，空冷至室温，然后以50-60℃/h升温至100-120℃，保温10-15h，空冷至室温，然后以85-95℃/h升温至170-190℃，保温5-10h，再以40-50℃/h降温至70-80℃，保温12-16h，空冷至室温。
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