CN104726754A - 一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法，该铝合金材料的制备方法具体包括以下步骤：坯料经热轧冷却得半成品-对本成品进行扩氢热处理-机械去除热轧氧化皮-冷却-行晶粒稳定化处理-检查入库，该制备方法简单易操作、节省成本，制备出的铝合金材料强度高、屈服强度高、抗拉强度好，易焊接、镦锻性能好，合金的疲劳寿命长。

Description

一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料的制备方法，具体涉及一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法，属于门窗材料技术领域。

背景技术

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。

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，而门窗用铝合金因为其硬度较高、重量轻、不老化、彩涂后美观实用而受到市场的青睐，市场需求越来越旺盛，但是传统的铝合金的加工硬度过高，塑性差，强度不够等，产品价格明显高于同类的铝合金的普通板材产品，从而影响到其推广使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法，该制备方法简单易操作、节省成本，制备出的铝合金材料强度高、屈服强度高、抗拉强度好，易焊接、镦锻性能好，合金的疲劳寿命长。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法，该铝合金材料的制备方法具体包括以下步骤：

（1）以铝合金结构钢为坯料，将坯料加热到850-950℃进行热轧，开轧温度为900-1000℃，终轧温度为800-900℃，热轧后的坯料经压缩空气以每秒3-6℃的冷却速度先冷却到550-620℃，然后再缓慢冷却到室温得到半成品；

铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.2-0.4%，镁：0.8-1.0%，锌：2-4%，钛：0.08-0.10%，铬：0.05-0.08%，镍：1-2%，钪：0.02-0.05%，钇：0.01-0.03%，硼：1-3%，钕：0.9-1.5%，铜:0-0.20%，硅：0.7-0.9%，氮：0.01-0.03%，氧：0.007-0.009%，碳：0.02-0.03%，残余元素：0.09-0.45%，稀土元素：0.5-1.5%，其余为铝，

稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：5-9%， 钐：9-11%，镝：15-18%，饵：6-8%，镧：5-8%，铽：3-7%，镥：10-14%，钬：8-10%，余量为镧系元素；

（2）对步骤（1）中得到的半成品在氩气中进行扩氢热处理1-3h，扩氢热处理具体工艺如下：

将步骤（1）得到的坯料进炉加热至780±15℃并保温1-3h，空冷至450±10℃保温50-70min，然后再加热至600±10℃保温1-2h，炉冷至350±15℃，最后出炉空冷至室温；

（3）对步骤（2）中经扩氢热处理后的半成品经机械去鳞设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到处理后的半成品；

（4）将步骤（3）得到的半成品放到空心管感应加热器内快速感应加热到800-900℃，然后经冷却工序冷却到室温；

冷却工序具体操作为：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2.5-3.0℃/s的冷却速率将半成品水冷至500-580℃，然后空冷至300-380℃，再采用水冷以2.8-3.5℃/s的冷却速率将半成品水冷至150-200℃，最后空冷至室温；

（5）将步骤（4）中冷却至室温的半成品继续加热到350-400℃，并保温40-60min，然后进行晶粒稳定化处理，处理后采用斯太尔摩延迟冷却工艺缓慢冷却至室温即可得到门窗用高强度铝合金材料成品，斯太尔摩入口端速度控制在10-15m/min，出口端速度控制在25-30m/min，平均冷却速度为3-5℃/s；

（6）对步骤（5）中得到的门窗用高强度铝合金材料成品进行逐个检查，剔除表面有缺陷的，将检验合格的入库。

本发明进一步的技术方案为：

前速门窗用高强度铝合金材料的制备方法中，铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.3%，镁：0.9%，锌：3%，钛：0.09%，铬：0.06%，镍：2%，钪：0.04%，钇：0.01%，硼：2%，钕：1.2%，铜:0.20%，硅：0.9%，氮：0.02%，氧：0.009%，碳：0.02%，残余元素： 0.45%，稀土元素：0.9%，其余为铝，

稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：5-9%， 钐：9%，镝：15%，饵：8%，镧：6%，铽：5%，镥：10%，钬：9%，余量为镧系元素。

前速门窗用高强度铝合金材料的制备方法中，铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.4%，镁：0.8%，锌：4%，钛：0.08%，铬：0.05%，镍：1%，钪：0.05%，钇：0.02%，硼：1%，钕：0.9%，铜:0.15%，硅：0.7%，氮：0.01%，氧：0.007%，碳：0.03%，残余元素：0.45%，稀土元素：0.5%，其余为铝，

稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：5-9%， 钐：11%，镝：18%，饵：6%，镧：8%，铽：7%，镥：14%，钬：10%，余量为镧系元素。

前速门窗用高强度铝合金材料的制备方法中，铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.2%，镁：1.0%，锌：2%，钛：0.10%，铬：0.08%，镍：2%，钪：0.02%，钇：0.03%，硼：2%，钕：1.5%，铜:0.08%，硅：0.8%，氮：0.03%，氧：0.008%，碳：0.02%，残余元素：0.25%，稀土元素：1.5%，其余为铝，

稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：5-9%， 钐：10%，镝：17%，饵：7%，镧：5%，铽：3%，镥：12%，钬：8%，余量为镧系元素。

前速门窗用高强度铝合金材料的制备方法中，步骤（1）中铝合金结构钢坯料的具体制备方法为：

将铝合金结构钢坯料的各组分进行调配，并将所有组分送至熔炼炉中，在800-1000℃下进行熔炼，待所有元素完全熔化后，搅拌10-15min，然后在500-700℃下静置15-28min；

将熔炼液浇入已经预热的金属模具中，预热后金属模具的温度为150-200℃，经模具制成铸锭：

对铸锭的大面或小面进行铣削，然后对铸锭加热至500-580℃，保温1-2h，自然冷却至室温，即得到合金结构钢坯料。

本发明的有益效果是：

在本发明的成分中添加了B，B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B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轧制变形，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B的加入在合金中晶界的偏聚阻碍了晶粒的长大，从而有利于提高室温韧性。

本发明中含有微量的N、C、O，在本发明中微量的N、C、O作为一种等间隙元素，它们能提高合金的强度，可明显细化和强化马氏体，N在热处理过程中，使得合金得到强化的同时保持了较好的塑性。

扩氢热处理后的半成品经机械去鳞设备去除热轧氧化皮可提高合金的高温抗氧化性能、硬度以及摩擦磨损性能。

本发明中的扩氢热处理，保证坯料氢含量在2.0ppm以下的前提下，进一步降低氢的含量，防止坯料产生白点裂纹和热处理应力诱发氢致裂纹及氢致延迟滞后裂纹。

本发明中半成品采用斯太尔摩延迟冷却工艺，半成品的冷却速度可以进行人为的控制，比较容易保证半成品的质量，也能适应不同钢种的要求，同时斯太尔摩工艺较为稳妥、可靠且设备不需要深的地基，操作方便。

本发明在最后的成品进行逐个检查，确保产品合格率，本发明的门窗用高强度铝合金材料，强度高、屈服强度高、抗拉强度好，易焊接、镦锻性能好，合金的疲劳寿命长，同时其制备方法简单易操作、节省成本，给厂商带来良好的收益。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法，该铝合金材料的制备方法具体包括以下步骤：

（1）以铝合金结构钢为坯料，将坯料加热到900℃进行热轧，开轧温度为1000℃，终轧温度为850℃，热轧后的坯料经压缩空气以每秒5℃的冷却速度先冷却到580℃，然后再缓慢冷却到室温得到半成品；

铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.3%，镁：0.9%，锌：3%，钛：0.09%，铬：0.06%，镍：2%，钪：0.04%，钇：0.01%，硼：2%，钕：1.2%，铜:0.20%，硅：0.9%，氮：0.02%，氧：0.009%，碳：0.02%，残余元素： 0.45%，稀土元素：0.9%，其余为铝，

稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：5%， 钐：9%，镝：15%，饵：8%，镧：6%，铽：5%，镥：10%，钬：9%，余量为镧系元素；

（2）对步骤（1）中得到的半成品在氩气中进行扩氢热处理2h，扩氢热处理具体工艺如下：

将步骤（1）得到的坯料进炉加热至780℃并保温1h，空冷至440℃保温60min，然后再加热至600℃保温1h，炉冷至335℃，最后出炉空冷至室温；

（3）对步骤（2）中经扩氢热处理后的半成品经机械去鳞设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到处理后的半成品；

（4）将步骤（3）得到的半成品放到空心管感应加热器内快速感应加热到900℃，然后经冷却工序冷却到室温；

冷却工序具体操作为：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以3.0℃/s的冷却速率将半成品水冷至500℃，然后空冷至350℃，再采用水冷以3.1℃/s的冷却速率将半成品水冷至150℃，最后空冷至室温；

（5）将步骤（4）中冷却至室温的半成品继续加热到400℃，并保温50min，然后进行晶粒稳定化处理，处理后采用斯太尔摩延迟冷却工艺缓慢冷却至室温即可得到门窗用高强度铝合金材料成品，斯太尔摩入口端速度控制在13m/min，出口端速度控制在30m/min，平均冷却速度为4℃/s；

（6）对步骤（5）中得到的门窗用高强度铝合金材料成品进行逐个检查，剔除表面有缺陷的，将检验合格的入库。

实施例2

本实施例提供一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法，该铝合金材料的制备方法具体包括以下步骤：

（1）以铝合金结构钢为坯料，将坯料加热到850℃进行热轧，开轧温度为900℃，终轧温度为800℃，热轧后的坯料经压缩空气以每秒3℃的冷却速度先冷却到550℃，然后再缓慢冷却到室温得到半成品；

铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.4%，镁：0.8%，锌：4%，钛：0.08%，铬：0.05%，镍：1%，钪：0.05%，钇：0.02%，硼：1%，钕：0.9%，铜:0.15%，硅：0.7%，氮：0.01%，氧：0.007%，碳：0.03%，残余元素：0.45%，稀土元素：0.5%，其余为铝，

稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：9%， 钐：11%，镝：18%，饵：6%，镧：8%，铽：7%，镥：14%，钬：10%，余量为镧系元素；

（2）对步骤（1）中得到的半成品在氩气中进行扩氢热处理1h，扩氢热处理具体工艺如下：

将步骤（1）得到的坯料进炉加热至765℃并保温2h，空冷至450℃保温50min，然后再加热至590℃保温2h，炉冷至365℃，最后出炉空冷至室温；

（3）对步骤（2）中经扩氢热处理后的半成品经机械去鳞设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到处理后的半成品；

（4）将步骤（3）得到的半成品放到空心管感应加热器内快速感应加热到800℃，然后经冷却工序冷却到室温；

冷却工序具体操作为：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2.5℃/s的冷却速率将半成品水冷至580℃，然后空冷至300℃，再采用水冷以3.5℃/s的冷却速率将半成品水冷至200℃，最后空冷至室温；

（5）将步骤（4）中冷却至室温的半成品继续加热到350℃，并保温60min，然后进行晶粒稳定化处理，处理后采用斯太尔摩延迟冷却工艺缓慢冷却至室温即可得到门窗用高强度铝合金材料成品，斯太尔摩入口端速度控制在10m/min，出口端速度控制在25m/min，平均冷却速度为5℃/s；

（6）对步骤（5）中得到的门窗用高强度铝合金材料成品进行逐个检查，剔除表面有缺陷的，将检验合格的入库。

实施例3

本实施例提供一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法，该铝合金材料的制备方法具体包括以下步骤：

（1）以铝合金结构钢为坯料，将坯料加热到950℃进行热轧，开轧温度为960℃，终轧温度为900℃，热轧后的坯料经压缩空气以每秒6℃的冷却速度先冷却到620℃，然后再缓慢冷却到室温得到半成品；

铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.2%，镁：1.0%，锌：2%，钛：0.10%，铬：0.08%，镍：2%，钪：0.02%，钇：0.03%，硼：2%，钕：1.5%，铜:0.08%，硅：0.8%，氮：0.03%，氧：0.008%，碳：0.02%，残余元素：0.25%，稀土元素：1.5%，其余为铝，

稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：7%， 钐：10%，镝：17%，饵：7%，镧：5%，铽：3%，镥：12%，钬：8%，余量为镧系元素；

（2）对步骤（1）中得到的半成品在氩气中进行扩氢热处理3h，扩氢热处理具体工艺如下：

将步骤（1）得到的坯料进炉加热至795℃并保温3h，空冷至460℃保温70min，然后再加热至610℃保温2h，炉冷至350℃，最后出炉空冷至室温；

（3）对步骤（2）中经扩氢热处理后的半成品经机械去鳞设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到处理后的半成品；

（4）将步骤（3）得到的半成品放到空心管感应加热器内快速感应加热到850℃，然后经冷却工序冷却到室温；

冷却工序具体操作为：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2.8℃/s的冷却速率将半成品水冷至550℃，然后空冷至380℃，再采用水冷以2.8℃/s的冷却速率将半成品水冷至180℃，最后空冷至室温；

（5）将步骤（4）中冷却至室温的半成品继续加热到380℃，并保温60min，然后进行晶粒稳定化处理，处理后采用斯太尔摩延迟冷却工艺缓慢冷却至室温即可得到门窗用高强度铝合金材料成品，斯太尔摩入口端速度控制在15m/min，出口端速度控制在28m/min，平均冷却速度为3℃/s；

（6）对步骤（5）中得到的门窗用高强度铝合金材料成品进行逐个检查，剔除表面有缺陷的，将检验合格的入库。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种门窗用高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于，该铝合金材料的制备方法具体包括以下步骤：

（1）以铝合金结构钢为坯料，将坯料加热到850-950℃进行热轧，开轧温度为900-1000℃，终轧温度为800-900℃，热轧后的坯料经压缩空气以每秒3-6℃的冷却速度先冷却到550-620℃，然后再缓慢冷却到室温得到半成品；

的铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.2-0.4%，镁：0.8-1.0%，锌：2-4%，钛：0.08-0.10%，铬：0.05-0.08%，镍：1-2%，钪：0.02-0.05%，钇：0.01-0.03%，硼：1-3%，钕：0.9-1.5%，铜:0-0.20%，硅：0.7-0.9%，氮：0.01-0.03%，氧：0.007-0.009%，碳：0.02-0.03%，残余元素：0.09-0.45%，稀土元素：0.5-1.5%，其余为铝，

所述的稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：5-9%， 钐：9-11%，镝：15-18%，饵：6-8%，镧：5-8%，铽：3-7%，镥：10-14%，钬：8-10%，余量为镧系元素；

（2）对步骤（1）中得到的半成品在氩气中进行扩氢热处理1-3h，所述的扩氢热处理具体工艺如下：

将步骤（1）得到的坯料进炉加热至780±15℃并保温1-3h，空冷至450±10℃保温50-70min，然后再加热至600±10℃保温1-2h，炉冷至350±15℃，最后出炉空冷至室温；

（3）对步骤（2）中经扩氢热处理后的半成品经机械去鳞设备去除热轧氧化皮，然后依次进入清洗槽、酸洗槽及磷化设备分别进行清洗、酸洗及磷化处理，最后进入烘干设备烘干，得到处理后的半成品；

（4）将步骤（3）得到的半成品放到空心管感应加热器内快速感应加热到800-900℃，然后经冷却工序冷却到室温；

所述的冷却工序具体操作为：采用水冷与空冷结合，先采用水冷以2.5-3.0℃/s的冷却速率将半成品水冷至500-580℃，然后空冷至300-380℃，再采用水冷以2.8-3.5℃/s的冷却速率将半成品水冷至150-200℃，最后空冷至室温；

（5）将步骤（4）中冷却至室温的半成品继续加热到350-400℃，并保温40-60min，然后进行晶粒稳定化处理，处理后采用斯太尔摩延迟冷却工艺缓慢冷却至室温即可得到门窗用高强度铝合金材料成品，斯太尔摩入口端速度控制在10-15m/min，出口端速度控制在25-30m/min，平均冷却速度为3-5℃/s；

（6）对步骤（5）中得到的门窗用高强度铝合金材料成品进行逐个检查，剔除表面有缺陷的，将检验合格的入库。

2.根据权利要求1所述的门窗用高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述的铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.3%，镁：0.9%，锌：3%，钛：0.09%，铬：0.06%，镍：2%，钪：0.04%，钇：0.01%，硼：2%，钕：1.2%，铜:0.20%，硅：0.9%，氮：0.02%，氧：0.009%，碳：0.02%，残余元素： 0.45%，稀土元素：0.9%，其余为铝，

所述的稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：5%， 钐：9%，镝：15%，饵：8%，镧：6%，铽：5%，镥：10%，钬：9%，余量为镧系元素。

3.根据权利要求1所述的门窗用高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述的铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.4%，镁：0.8%，锌：4%，钛：0.08%，铬：0.05%，镍：1%，钪：0.05%，钇：0.02%，硼：1%，钕：0.9%，铜:0.15%，硅：0.7%，氮：0.01%，氧：0.007%，碳：0.03%，残余元素：0.45%，稀土元素：0.5%，其余为铝，

所述的稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：9%， 钐：11%，镝：18%，饵：6%，镧：8%，铽：7%，镥：14%，钬：10%，余量为镧系元素。

4.根据权利要求1所述的门窗用高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述的铝合金结构钢坯料按质量百分比计包括以下组分：

铁：0.2%，镁：1.0%，锌：2%，钛：0.10%，铬：0.08%，镍：2%，钪：0.02%，钇：0.03%，硼：2%，钕：1.5%，铜:0.08%，硅：0.8%，氮：0.03%，氧：0.008%，碳：0.02%，残余元素：0.25%，稀土元素：1.5%，其余为铝，

所述的稀土元素按质量百分比计包括以下组分：铈：7%， 钐：10%，镝：17%，饵：7%，镧：5%，铽：3%，镥：12%，钬：8%，余量为镧系元素。

5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的门窗用高强度铝合金材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述铝合金结构钢坯料的具体制备方法为：

将铝合金结构钢坯料的各组分进行调配，并将所有组分送至熔炼炉中，在800-1000℃下进行熔炼，待所有元素完全熔化后，搅拌10-15min，然后在500-700℃下静置15-28min；

将熔炼液浇入已经预热的金属模具中，所述预热后金属模具的温度为150-200℃，经模具制成铸锭：

对铸锭的大面或小面进行铣削，然后对铸锭加热至500-580℃，保温1-2h，自然冷却至室温，即得到合金结构钢坯料。