CN113278827A - 一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，主要通过以下步骤制得：1）按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn：0.8%~0.9%，Mg：3.5%～3.8%，Cr：0.15%～0.20%，Zr：0.08%～0.13%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al；2）将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，再铸造为铝合金铸锭；3）将熔铸后的铝合金铸锭转入均质炉内进行均质处理，均质处理后冷却。经实际生产验证，本发明生产的5系铝合金铸锭（铝棒）在进行挤压时，同样工艺条件下变形抗力较5383合金降低10%~15%，挤压速度提升30%~50%。

Description

一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭
技术领域
本发明涉及一种5系铝合金的热处理生产技术领域，尤其涉及一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭的制备工艺。
背景技术
因为铝合金具备重量轻（钢铁的1/3）、不生锈不易腐蚀、易回收使用的特点，同时铝可以通过加工硬化或者热处理提高强度，从而实现高的强度-重量比；铝合金加工性能好，适合于铸造、挤压、冲压、锻造和机械加工等不同的生产工艺；铝合金也可以添加不同合金元素及通过热处理工艺，获得不同程度的强化；铝合金表面易于形成致密的氧化膜而耐蚀性能良好；铝合金还具有良好的导电性和导热性，且无磁性等特点；另外，铝合金具有非常优秀的可回收再生性。所以铝合金材料在船舶与交通轻量化的制造应用中开始逐步壮大发展。
其中5系Al-Mg合金因为耐腐蚀性优良，且耐热性好，焊接性优良，塑性优良，同时具备中等强度，适合焊接、折弯、锻压等加工，在船舶、海事工程、特种工程的应用领域使用广泛。
但是5系铝合金因为内部固溶Mg含量高，在挤压过程中合金变形抗力大，导致成型困难，特别是Mg含量较高的中高强度5系合金，即使可以进行挤压生产，其生产效率与成材率均明显偏低，生产成本过高导致无法工业化批量生产应用。
因此通过成份及热处理工艺开发优化，在保证合金强度、塑性、焊接性能等各项性能合格的情况下，提升5系铝合金的热挤压效率是铝合金应用拓展的重要部分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝棒挤压是变形抗力更低、挤压速度显著提升的中等强度易挤压5系铝合金铸锭的制备工艺。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，其特征在于，主要通过以下步骤制得：1）按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn：0.8%~0.9%，Mg：3.5%～3.8%，Cr：0.15%～0.20%，Zr：0.08%～0.13%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al；2）将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并经搅拌、精炼除气、过滤步骤后，铸造为铝合金铸锭；3）将熔铸后的铝合金铸锭转入均质炉内，先使用3~5℃/min的加温速度加热至430℃~450℃，保温8h~10h，再使用3~5℃/min的加温速度加热至500℃~520℃，保温20h~24h，均质处理后冷却。
更为优选的是，在步骤1）中，按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn：0.85%，Mg：3.6%，Cr：0.18%，Zr：0.10%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。
更为优选的是，在步骤1）中，搅拌使用的是电磁搅拌设备；当然，在一些实施方式中，根据实际需要的不同，还可以采用其他现有的或将来能够实现的一些搅拌设备代替电磁搅拌设备。
更为优选的是，在步骤1）中，精炼除气的方式为使用精炼剂进行精炼除气。当然，在一些实施方式中，根据实际需要的不同，还可以采用其他现有的或将来能够实现的一些精炼除气方式代替精炼剂进行精炼除气。
更为优选的是，在步骤1）中，过滤使用的是陶瓷过滤板。陶瓷过滤板的好处是，可以尽可能的避免一些其他金属杂质的引入。当然，在一些实施方式中，根据实际需要的不同，还可以采用其他现有的或将来能够实现的一些过滤装置代替陶瓷过滤板。
更为优选的是，在步骤2）中，均质时，先使用4℃/min的加温速度加热至440℃，保温8h~10h，再使用4℃/min的加温速度加热至510℃，然后保温22h。
更为优选的是，在步骤2）中，冷却方式为空冷方式。具体的空冷方式可以为自然冷却或风机辅助冷却。
本发明的有益效果是：通过对合金成份及热处理工艺进行调整，使5系铝合金中的AlMn、AlCr、AlZr相的弥散析出更加均匀充分，通过AlMn、AlCr、AlZr弥散相抑制合金在挤压过程中的再结晶过程，保证固溶强化与细晶强化共同作用达到强度要求；同时，结合Mg成份的降低，减小铝棒固溶强化来减小铝棒在挤压过程的变形抗力，从而达到提升挤压效率的效果。经实际生产验证，本发明生产的5系铝合金铸锭（铝棒）在进行挤压时，同样工艺条件下变形抗力较5383合金降低10%~15%，挤压速度提升30%~50%，挤压后成品型材较5383抗拉强度低10%，但是屈服强度可以达到同样水平，性能指标为：硬度≥70HV，抗拉强度≥280Mpa，屈服强度≥200Mpa，断后延伸率≥13%，焊接强度损失≤10%，具备优秀的后续折弯、焊接加工性能。
附图说明
图1所示为本发明实施例1制得的铝合金铸锭的微观组织SEM照片。
图2所示为对比例1制得的铝合金铸锭的微观组织SEM照片。
图3所示为对比例2制得的铝合金铸锭的微观组织SEM照片。
具体实施方式
下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
实施例1。
一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，主要通过以下步骤制得。
1）按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn：0.85%，Mg：3.6%，Cr：0.18%，Zr：0.10%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。
将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并再使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。
其中电磁搅拌的目的是加强整体搅拌均匀性，避免高镁铝合金内的镁元素分布不均匀，出现挤压型材的硬度及力学性能不均匀的状况。
2）将熔铸后的铝合金铸锭转入均质炉内，先使用4℃/min的加温速度加热至440℃，然后保温9h，再使用4℃/min的加温速度加热至510℃，然后保温22h。均质处理后使用空冷方式冷却。
采用这种特定的均质处理方式所带来的好处是，可以使铸锭内的AlMn、AlCr弥散分布，进而提升挤压过程中的钉扎细化效果，获得更细小的挤压型材晶粒组织，通过细晶强化效果提升型材的力学性能。
实施例2。
一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，主要通过以下步骤制得。
1）按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn：0.8%，Mg：3.5%，Cr：0.15%，Zr：0.08%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。
将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并在使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。其中电磁搅拌的目的是加强整体搅拌均匀性，避免高镁铝合金内的镁元素分布不均匀，出现挤压型材的硬度及力学性能不均匀的状况。
2）将熔铸后的铝合金铸锭转入均质炉内，先使用3℃/min的加温速度加热至430℃，然后保温10h，再使用3℃/min的加温速度加热至500℃，然后保温24h，均质处理后使用空冷方式冷却。采用这种特定的均质处理方式所带来的好处是，可以使铸锭内的AlMn、AlCr弥散分布，进而提升挤压过程中的钉扎细化效果，获得更细小的挤压型材晶粒组织，通过细晶强化效果提升型材的力学性能。
实施例3。
一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，主要通过以下步骤制得。
1）按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn： 0.9%，Mg： 3.8%，Cr： 0.20%，Zr： 0.13%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。
将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并在使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。其中电磁搅拌的目的是加强整体搅拌均匀性，避免高镁铝合金内的镁元素分布不均匀，出现挤压型材的硬度及力学性能不均匀的状况。
2）将熔铸后的铝合金铸锭转入均质炉内，先使用5℃/min的加温速度加热至50℃，然后保温8h，再使用5℃/min的加温速度加热至520℃，然后保温20h，均质处理后使用空冷方式冷却。采用这种特定的均质处理方式所带来的好处是，可以使铸锭内的AlMn、AlCr弥散分布，以提升挤压过程中的钉扎细化效果，获得更细小的挤压型材晶粒组织，通过细晶强化效果提升型材的力学性能。
为更好体现本发明的进步性，下面进行对比实验。
对比例1。
一种铝合金铸锭，主要通过以下步骤制得：1）按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn：0.85%，Mg：3.6%，Cr：0.18%，Zr：0.10%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。2）将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并再使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。3）将熔铸后的铝合金铸锭转入均质炉内，采用510℃x31h的一次均质处理工艺。均质处理后使用空冷方式冷却。
对比例2。
1）按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn：0.85%，Mg：3.6%，Cr：0.18%，Zr：0.10%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。2）将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并再使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。3）将熔铸后的铝合金铸锭转入均质炉内，先使用10℃/min的加温速度加热至430℃，然后保温10h，再使用10℃/min的加温速度加热至500℃，然后保温24h，均质处理后使用空冷方式冷却。
实施例1、对比例1、对比例2制得的铝合金铸锭其微观组织的SEM照片分别如图1-图3所示。
从图1-图3的对比可以看出：铸锭在均匀化热处理后析出了大量的白色点状AlMn及AlCr相。对比例2的热处理制度下，AlMn及AlCr相尺寸略大于实施例1和对比例1，因而会造成弥散强化效果下降，从而影响型材力学性能。实施例1较对比例1的热处理制度，AlMn及AlCr弥散相在小区域内更加均匀，有利于铸锭在形变过程再结晶的抑制和形变后强度的提高。
经实际生产验证，本发明生产的5系铝合金铸锭（铝棒）在进行挤压时，同样工艺条件下变形抗力较5383合金降低10%~15%，挤压速度提升30%~50%，挤压后成品型材较5383抗拉强度低10%，但是屈服强度可以达到同样水平，性能指标为：硬度≥70HV，抗拉强度≥280Mpa，屈服强度≥200Mpa，断后延伸率≥13%，焊接强度损失≤10%，具备优秀的后续折弯、焊接加工性能。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (7)

1.一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，其特征在于，主要通过以下步骤制得：
1）按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn：0.8%~0.9%，Mg：3.5%～3.8%，Cr：0.15%～0.20%，Zr：0.08%～0.13%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al；
2）将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并经搅拌、精炼除气、过滤步骤后，铸造为铝合金铸锭；
3）将熔铸后的铝合金铸锭转入均质炉内，先使用3~5℃/min的加温速度加热至430℃~450℃，保温8h~10h，再使用3~5℃/min的加温速度加热至500℃~520℃，保温20h~24h，均质处理后冷却。
2.根据权利要求1所述的一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，其特征在于，在步骤1）中，按照如下重量百分比配制铝合金原料：Si:≤0.1%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.05%，Mn：0.85%，Mg：3.6%，Cr：0.18%，Zr：0.10%，Zn：≤0.15%，Ti：≤0.015%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，其特征在于，在步骤1）中，搅拌使用的是电磁搅拌设备。
4.根据权利要求1所述的一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，其特征在于，在步骤1）中，精炼除气的方式为使用精炼剂进行精炼除气。
5.根据权利要求1所述的一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，其特征在于，在步骤1）中，过滤使用的是陶瓷过滤板。
6.根据权利要求1所述的一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，其特征在于，在步骤2）中，均质时，先使用4℃/min的加温速度加热至440℃，保温8h~10h，再使用4℃/min的加温速度加热至510℃，然后保温22h。
7.根据权利要求1所述的一种中等强度易挤压5系铝合金铸锭，其特征在于，在步骤2）中，冷却方式为空冷方式。
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