CN1609247A

CN1609247A - 一种高强度铝合金及生产方法

Info

Publication number: CN1609247A
Application number: CN 200310110444
Authority: CN
Inventors: 张辉; 高崧云; 熊晟; 詹自勤
Original assignee: BAIFURUI MATERIALS CO Ltd HUNAN
Current assignee: BAIFURUI MATERIALS CO Ltd HUNAN
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-04-27

Abstract

本发明公开了一种高强度铝合金建筑型材的生产方法，其成分包括Al、M，以重量百分比计含量为Al：95.75－96.5％，M为2.95－3.7％，所述的M为Mg、Si、Cu、Fe。生产方法包括以下关键步骤：新型铝合金的成份配方、熔炼、半连续铸造、热挤压成形、在线水淬(或固溶热处理)、人工时效。依此方法生产的铝合金建筑型材的抗拉压强度可达320MPa以上，屈服强度可达270MPa以上，是现行各个国家标准的2倍以上，延伸率可达10％以上，并且具有良好的耐蚀性，挤压加工性和可焊性。

Description

一种高强度铝合金及生产方法

技术领域

本发明涉及一种高强度铝合金建筑型材及生产方法，特别是涉及一种应用于建筑行业的高强度铝合金建筑型材及生产方法。

背景技术

目前，建筑行业铝合金型材各个国家标准规定的抗拉强度为150～160MPa之间，为了保证强度，不得不增加型材的壁厚，这存在两个弊端：

(1)型材的线密度增加，加大了用户的成本负担。

(2)无谓地消耗了大量的资源。

(3)无法用于高强度结构件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型铝合金和相应的型材塑性成形加工工艺，从而大大提高铝合金建筑型材的抗拉强度和屈服强度、延伸率，具有耐腐蚀，可焊接等特性。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

为获得高强度的铝合金建筑型材，本发明采用的高强度铝合金的成份包括Al、M，以重量百分比计含量为Al：95.75-96.5％，M为2.95-3.7％，M为Mg、Si、Cu、Fe。

所述铝合金成份还包括N，N的含量则不高于0.55％，N为Mn、Cr、V。

成份M中，其中Mg 0.9～1.6％、Si 0.7～1.0％、Cu 0.1～0.8％、Fe0.2～0.8％；以占整个合金重量计。

成份N中，其中Mn不高于0.3％、Cr不高于0.3、V不高于0.3％；以占整个合金重量计。

本发明采用的新型铝合金的成份配方为合金的化学成份在一定程度上决定了铝合金型材的组织，相构成，力学性能，耐蚀性，挤压加工性和可焊性。本发明采用的新型铝合金在Al-Mg-Si系(6000系)的基础上，添加了较高含量的铜，以便产生固溶强相化相s-CuMgAl₂和θ-CuAl₂和沉淀强化相Mg₂Si，加入Cr或Mn减少硅的不良影响，加入Fe、V减少硅的不良影响，增加塑性，合理的配备合金化元素是新型铝合金强度高而耐蚀性和可焊性优良的基础。合金的主要强化相是s-CuMgAl₂相、Mg₂Si相和θ-CuAl₂，它们的相对比例、弥散程度、形式和大小主要取决于合金成份配比和热处理制度。Mg₂Si相时效时形成细小颗粒，对合金起强化作用；CuAl₂相可提高合金强度，但对抗蚀性有不良影响，加入适量的Cr或Mn可抵消Cu对抗蚀性的影响。Al-Mg-Si合金的平衡成份为：镁/硅＝1.73；硅过量沉淀后有强化作用，但引起晶界偏析，引起合金脆化降低塑性，加入适量地Cr或Mn有助于减少硅的不良影响。因此合金成份优化配比和显微组织控制是本发明的关键技术，也是国外不公布的核心技术。

本发明的工艺过程为：

1、取上述合金成份配比

2、熔炼

3、半连续铸造

4、热挤压成形

5、在线水淬(或固溶热处理)

6、人工时效

本发明采用的熔炼设备燃油反射炉，电弧炉之一，熔炼温度为720～760℃。

本发明采用的半连续铸造设备为热顶铸造设备，铸锭直径为Φ80～200mm，铸造速度为70～230mm/min，冷却水压力为0.2～0.8Mpa。铸锭组织对挤压型材的组织及性能有遗传影响，晶粒均匀细小、无偏析、无缺陷的铸锭组织是最佳的组织，因此选择合适的铸造方法和工艺参数是获得满意的铸锭组织的保证。

本发明采用的热挤压成形设备为正向挤压机，反向挤压机，正反向挤压机之一，挤压力为800～4000吨，挤压出口温度为450℃～540℃

本发明采用的在线水淬设备为双向水幕，冷却水压力为0.2～0.8MPa，冷却水温＜35℃，冷却速度为100～200℃/min。

本发明采用的固溶热处理设备为隧道电阻炉，循环热风炉之一，功率为150～500KW，热处理温度为450℃～580℃，热处理时间为2～8h。本发明的高强度铝合金建筑型材属于热处理可强化的6XXX系列铝合金，含有能溶入铝中的合金元素Mg、Si、Cu、Fe、Mn、Cr、V等，主要合金元素为Mg、Si、Cu，主要强化相为Mg₂Si、CuAl₂，当型材自挤压筒出来后以足够大的速度冷却，溶质原子的扩散和重新分配来不及进行，强化相就不可能形核和长大，α固溶体就不可能沉淀出强化相，从而获得α单相过饱和固溶体，并确保亚结构晶粒尺寸细小，为后续人工时效处理提供良好的组织结构条件。控制挤压出口温度及淬火冷却速度是确保合金产品获得优异综合性能的重要工艺因素。本发明的高强度铝合金建筑型材经在线淬火后强度提高同时保持较高的塑性。

本发明采用的人工时效设备为隧道电阻炉，循环热风炉之一，功率为150～500KW，时效温度为120～200℃，时效时间为12～36h；本发明的高强度铝合金建筑型材经人工时效处理后，会发生时效强化，合理的人工时效处理制度能确保充分发挥合金强化相的作用，获得最大的强度和最佳的塑性以及良好的耐蚀性和可焊性的组合。时效温度与时间的优化是重要的工艺参数。

依此方法生产的铝合金建筑型材的抗拉压强度可达320MPa以上，屈服强度可达270MPa以上，是现行各个国家标准的2倍以上，延伸率可达10％以上，并且具有良好的耐蚀性，挤压加工性和可焊性。

具体实施方式

实施例1

首先进行熔炼，采用燃油反射炉熔炼铝锭、镁锭及中间合金，其中铝锭8846kg、镁锭174kg、Al-Si中间合金480kg，Al-Cu中间合金335kg，Al-Fe中间合金115kg，Al-Mn中间合金50kg，经炉前分析合金成份为Mg1.45％、Si 0.96％、Cu 0.67％、Fe 0.45％、Mn0.08％余量为Al；熔炼温度为730℃；接着采用热顶铸造设备进行半连续铸造，铸造直径为Φ110mm，铸造速度为135mm/min，冷却水压力为0.6MPa；采用正向挤压机进行热挤压成形，挤压力为1000t，挤压出口温度为540℃；采用双向水幕进行在线水淬，冷却水压为0.6MPa，冷却水温＜35℃，冷却速度为140℃/min；采用循环热风炉进行人工时效处理，时效温度为175℃，时效时间为24h。

依此方法生产的铝合金建筑型材T5状态下的抗拉强度达到320MPa，屈服强度达到270MPa，是普通铝合金建筑型材6063-T5的2倍，延伸率达到12％，并且具有良好的耐蚀性(耐中性盐雾腐蚀试验达到a级)和可焊性(焊接系数达到0.75以上)。

实施例2

采用燃油反射炉熔炼铝锭、镁锭及中间合金，其中铝锭8769kg、镁锭156kg、Al-Si中间合金450kg，Al-Cu中间合金350kg，Al-Fe中间合金100kg，Al-Mn中间合金50kg、Al-Cr中间合金50kg、Al-V中间合金75kg，熔炼温度为740℃，经炉前分析合金成份为Mg1.3％、Si 0.9％、Cu 0.7％、Fe 0.4％、Mn0.08％、Cr 0.1％、V 0.15％、余量为Al；采用热顶铸造设备进行半连续铸造，铸造直径为Φ120mm，铸造速度为120mm/min，冷却水压力为0.6MPa；采用正向挤压机进行热挤压成形，挤压力为1600t，挤压出口温度为525℃；采用隧道电阻炉进行固溶热处理，功率为150KW，热处理温度为543℃，热处理时间为2h；采用循环热风炉进行人工时效处理，时效温度为200℃，时效时间为12h。

依此方法生产的铝合金建筑型材T5状态下的抗拉强度达到325MPa，屈服强度达到275MPa，是普通铝合金建筑型材6063-T5的2倍以上，延伸率达到12％，并且具有良好的耐蚀性(耐中性盐雾腐蚀试验达到a级)和可焊性(焊接系数达到0.8以上)。

Claims

1、一种高强度铝合金，其成份包括Al、M，以重量百分比计含量为Al：95.75-96.5％，M为2.95-3.7％，所述的M为Mg、Si、Cu、Fe。

2、根据权利要求1所述的一种高强度铝合金，所述铝合金成份还包括N，N的含量则不高于0.55％，以占整个合金重量计，N为Mn、Cr、V。

3、根据权利要求1所述的一种高强度铝合金，成份M中，其中Mg 0.9～1.6％、Si 0.7～1.0％、Cu 0.1～0.8％、Fe 0.2～0.8％；以占整个合金重量计。

4、根据权利2所述的一种高强度铝合金，成份N中，其中Mn不高于0.3％、Cr不高于0.3％、V不高于0.3％；以占整个合金重量计。

5、根据权利要求1至4任一所述高强度铝合金其生产方法包括以下步骤：

A、取合金配比

B、熔炼

C、半连续铸造

D、热挤压成形

E、在线水淬(或固溶热处理)

F、人工时效

6、根据权利要求5所述的一种高强度铝合金建筑型材及生产方法，其特征是本发明采用熔炼设备燃油反射炉、电弧炉之一，熔炼温度为720～760℃。

7、根据权利要求5所述的一种高强度铝合金的生产方法，采用半连续铸造设备为热顶铸造设备，铸锭直径为Φ80～200mm，铸造速度为70～230mm/min，冷却水压力为0.2～0.8MPa。

8、根据权利要求5所述的一种高强度铝合金的生产方法，采用的热挤压成形设备为正向挤压机，反向挤压机，正反向挤压机之一，挤压力为800～4000吨，挤压出口温度为450℃～540℃。

9、根据权利要求5所述的一种高强度铝合金建筑型材及生产方法，采用在线水淬设备为双向水幕，冷却水压力为0.2～0.8MPa，冷却水温＜35℃，冷却速度为100～200℃/min，或采用的固溶热处理设备为隧道电阻炉，循环热风炉之一，功率为150～500KW，热处理温度为450℃～580℃，热处理时间为2～8h。

10、根据权利要求5所述的一种高强度铝合金建筑型材及生产方法，其特征是本发明采用的人工时效设备为隧道电阻炉，循环热风炉之一，功率为150～500KW，时效温度为120～200℃，时效时间为12～36h。