专利名称：一种铝硅基铝型材及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝型材及其制备工艺，具体来说，涉及一种铝硅基铝型材及其制备工艺。
背景技术：
招型材分为建筑招型材(建筑门窗、.墙、室内外装饰及建筑结构用招型材，占招型材消费量的75%)和工业用铝型材(建筑铝型材外所有铝型材)。我国是铝型材生产大国，建筑铝型材占整个铝型材市场的绝大部分，但提供的往往是低端产品，主要用作建筑门窗、室内外装饰及要求不高的幕墙结构。而对性能要求较高的幕墙结构，其铝型材不得不采用价格昂贵的进口产品。这主要是因为我国建筑铝型材采用6000系列Al-Si-Mg合金制造。该合金含有重量分数大约各为0.5%的Mg和Si，其余为Al，属于单相合金。由于所含强化元素的量少，强度低，特别是刚度小，耐磨性差，易变形，但具有非常优异的延 展性，可方便地采用挤压成形(GB 5237. 1-2004标准6063合金T6状态下g b ^ 205MPa,o 0 2 彡 180MPa, 8 ^ 8. 0% ) o
发明内容
技术问题本发明所要解决的技术问题是提供一种铝硅基铝型材，该铝型材具有强度高、硬度高、耐磨性能好、成本低廉的优点，同时还提供了一种铝硅基铝型材的制备工艺，该制备工艺简单。技术方案为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种铝硅基铝型材，按照重量百分数，该铝型材由以下组分组成硅5.0%~14. 0%,镁0.2%-0. 7%,硼〈() 03%,锶〈() 06%,增强元素0.1%-6. 55%,杂质元素〈O.25%，招余量；所述的杂质元素是指铁、锡、铅、钙中的任何一种或组合，所述的增强元素是指钛、锰、硼中的任何一种或组合。一种铝硅基铝型材的制备工艺，该制备工艺包括以下步骤第一步将铝硅合金置入石墨坩埚中，采用电阻丝加热至760°C熔清后，保温30分钟，形成熔体；第二步向第一步制得的熔体中加入镁元素、硅元素和增强元素，使得硅元素的重量百分比在5. 0% —14. 0%之间，镁元素的重量百分比在0. 2%—0. 7%之间，增强元素的重量百分比在0. 1% — 6. 55%之间，保温30分钟后，再降温到730°C，形成熔体；
第三步向第二步制得的熔体中加入六氯乙烷精炼，静置10分钟后，形成熔体；第四步向第三步制得的熔体中加入锶元素变质，锶元素的重量百分数在0. 03%—0. 06%之间，保温30分钟后，形成熔体，保温5分钟后，将该熔体浇铸到预热到200摄氏度的铸铁模具中，自然冷却后形成铸锭；第五步将第四步制得的铸锭进行均匀化退火后，在400°C — 550°C温度下进行热挤压和热轧变形，随后在500°C — 550°C温度之间进行固溶处理，固溶处理时间为3— 6小时，接着在150°C—250°C温度之间进行时效处理，时效处理时间为3 — 20小时，从而制得铝
娃基招型材。有益效果与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
I.本发明的铝硅基铝型材具有强度高、硬度高、耐磨性能好的技术优点。本发明的合金通过在熔炼时添加Sr或Sr+B细化组织中的共晶Si和枝晶团，改善了硅颗粒的形貌。在热变形过程中改善硅颗粒分布，使组织均匀。Mg的加入使得合金可是通过固溶时效进行强化。制备的型材在T6热处理态下强度、硬度和耐磨性远高于6000系型材，延伸率略低，但均闻于国豕标准。2.低成本。本发明的合金系列用硅代替铝，可以降低电解铝的消耗量。如含硅量12. 3%左右的近共晶铝硅镁合金，可以降低12%左右的电解铝用量，降低电能消耗，节能环保。3.热变形的流变应力低。本发明的合金系列热变形过程中流变抗力与通常铝型材的相当，可方便地进行热变形制备铝型材。
图I本发明中实施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在铸态下的组织结构图。图2本发明中实施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在热挤压后的组织结构图。
具体实施例方式本发明的一种铝硅基铝型材，按照重量百分数，该铝型材由以下组分组成硅5.0% —14. 0%，镁0.2%—0. 7%,硼〈() 03%,锶〈() 06%,增强元素0.1%-6. 55%，杂质元素〈() 25%,招余量。杂质元素是指铁、锡、铅、钙中的任何一种或组合。例如，杂质元素可以是铁和锡两种元素组成；杂质元素可以是铁、铅和钙三种元素的组合。作为一种优选方案，杂质元素由铁、锡、铅和钙四种元素组成，且杂质元素在铝硅基铝型材中的重量百分数优选铁〈O. 2%、锡〈O. 01%、铅〈O. 01%、钙〈O. 03%。增强元素是指钛、锰、硼中的任何一种或组合。例如，增强元素可以是钛和锰两种元素的组合；增强元素可以是硼元素。作为一种优选方案，增强元素由钛、锰和硼三种元素组成，且增强元素在铝硅基铝型材中的重量百分数优选铜2. 5%-5. 0%，钛TiO. l%-0. 35%，锰:0. 3%-l. 2%。含硅量在重量百分比为5. 0%到14. 0%的铝硅基铝合金由于优异的铸造性能多用于铸造成型，在该铸造铝硅基合金的中加入少量Mg可大大提高其强度性能。该成分范围铸造铝硅基合金采用热变形，包括但不限于挤压、轧制、锻造和拉拔，其强度、硬度与耐磨性远高于6000系列的Al-SiMg合金型材，弹性模量略有提高，伸长率则相当。但该合金系列用硅代替铝，可以降低电解铝的消耗量，如含硅量12. 3%左右的近共晶铝硅镁合金，可以降低12%左右的电解铝用量，降低电能的消耗，节能环保。上述铝硅基铝型材的制备工艺，包括以下步骤第一步将铝硅合金置入石墨坩埚中，采用电阻丝加热至760°C熔清后，保温30分钟，形成熔体。 第二步向第一步制得的熔体中加入镁元素、硅元素和增强元素，使得硅元素的重量百分比在5. 0% —14. 0%之间，镁元素的重量百分比在0. 2%—0. 7%之间，增强元素的重量百分比在0. 1% — 6. 55%之间，保温30分钟后，再降温到730°C，形成熔体。第三步向第二步制得的熔体中加入六氯乙烷精炼，静置10分钟后，形成熔体。第四步向第三步制得的熔体中加入锶元素变质，锶元素的重量百分数在0. 03%—0. 06%之间，保温30分钟后，形成熔体；保温5分钟后，将该熔体浇铸到预热到200摄氏度的铸铁模具中，自然冷却后形成铸锭；在第四步中，向熔体中加入Al 3B，其中，硼元素的占整个熔体的重量百分比小于0. 03%，保温5分钟，然后再制备铸锭。第五步将第四步制得的铸锭进行均匀化退火后，在400°C — 550°C温度下进行热挤压和热轧变形，随后在500°C — 550°C温度之间进行固溶处理，固溶处理时间为3— 6小时，接着在150°C—250°C温度之间进行时效处理，时效处理时间为3—20小时，从而制得铝
娃基招型材。在第五步中，铸锭进行均匀化退火后，在400°C — 550°C温度下进行热挤压和热轧变形后，获得的型材进行淬火后为挤压态型材。固溶处理和时效处理为金属材料领域的T6处理。经过固溶处理和时效处理的型材为T6处理态型材。下面给出利用本发明的制备工艺制备铝硅基铝型材的两个实施例。实施例I原料为ZL102(ZL102表示铸铝102，含硅量为10. 0%_13. 0%，余量为铝)。将ZL102加入石墨坩埚中，采用电阻丝加热至760°C熔清后，保温30分钟；然后向ZL102中加入0. 4wt%的纯镁，保温30分钟后再降温到730°C，加六氯乙烷精炼，静置10分钟后加锶Sr元素，保温30分钟后，形成熔体；保温5分钟后，将得到的熔体浇铸到预热到200摄氏度的铸铁模具中，自然冷却形成铸锭，铸锭进行均匀化退火后，在400°C—550°C温度下进行热挤压和热轧变形，随后在500°C—550°C温度之间进行固溶处理，固溶处理时间为3— 6小时，接着在150°C — 250°C温度之间进行时效处理，时效处理时间为3 — 20小时，从而制得铝硅基铝型材。铝硅基铝型材的化学成分用ICP直读光谱仪测定，结果如下Si: 12.3%、Mg:0. 411%,Fe:0. 151%, Sr:0. 020%,Pb:<0. 0005, Sn:<0. 001、Ca:0. 00080、余量为 Al。利用金相显微镜对实施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在铸态下和热挤压后的组织结构进行拍照，结果如图I和图2所示。从两幅图中可以看出热挤压过程使得硅颗粒沿流线分布，分散更加均匀，挤压过程中硅颗粒发生了球化、长大，降低了其对机体的割裂作用，有利于提高材料的强度，改善材料的塑性。将淬火后的挤压态样品和T6处理态样品用线切割加工成板状拉伸样，每个状态取三个平行样。按照国家标准《GBT228-2002金属材料室温拉伸试验方法》，在WJ-10型机械式万能实验机上，对挤压态样品和T6处理态样品进行屈服强度、抗拉强度和延伸率的测试。测试结果如表I所示。另外，对实施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在Gleeble3500在热模拟机上，进行热压缩模拟实验，获得的不同温度、不同应变速率下的稳态流变应力(MPa)。热压缩模拟实验的过程是将材料加工成热压缩模拟所需的5X(p 10的圆柱体，在535°C下进行均匀化退火6小时后水淬；在Gleeble3500热模拟机将试样以5°C /s的升温速度加热到相应温度，保温I分钟，以相应的真应变速率进行热压缩模拟，至真应变为I。记录下热压缩过程的真应力-真应变曲线，取各变现条件下的稳态流变应力得到表2。结果如表2所示。表2中的第一列表示温度，表2的第一行表示应变速率。从表2可以看出该合金在400°C到500°C之间具有较小的流变抗力，具有很好的挤压性能。表I
权利要求
1.一种铝硅基铝型材，其特征在于，按照重量百分数，该铝型材由以下组分组成硅5. 0%—14. 0%,镁0. 2%—0. 7%,硼<0. 03%,锶<0. 06%, 增强元素:0. 1%-6. 55%， 杂质元素〈0. 25%, 招余量; 所述的杂质元素是指铁、锡、铅、钙中的任何一种或组合，所述的增强元素是指钛、锰、硼中的任何一种或组合。
2.按照权利要求I所述的铝硅基铝型材，其特征在于，按照重量百分数，所述的增强元素中，铜:2. 5%-5. 0%，钛TiO. l%-0. 35%，锰:0. 3%-1. 2%。
3.按照权利要求I所述的铝硅基铝型材，其特征在于，按照重量百分数，所述的杂质元素中，铁〈O. 2%、锡〈O. 01%、铅〈O. 01%、钙〈O. 03%。
4.一种权利要求I所述的铝硅基铝型材的制备工艺，其特征在于，该制备工艺包括以下步骤 第一步将铝硅合金置入石墨坩埚中，采用电阻丝加热至760°C熔清后，保温30分钟，形成熔体； 第二步向第一步制得的熔体中加入镁元素、硅元素和增强元素，使得硅元素的重量百分比在5. 0%—14. 0%之间，镁元素的重量百分比在0. 2%—0. 7%之间，增强元素的重量百分比在0. I % -6. 55%之间，保温30分钟后，再降温到730°C，形成熔体； 第三步向第二步制得的熔体中加入六氯乙烷精炼，静置10分钟后，形成熔体； 第四步向第三步制得的熔体中加入锶元素变质，锶元素的重量百分数在0.03%-0. 06%之间，保温30分钟后，形成熔体；保温5分钟后，将该熔体浇铸到预热到200摄氏度的铸铁模具中，自然冷却后形成铸锭； 第五步将第四步制得的铸锭进行均匀化退火后，在400°C—550°C温度下进行热挤压和热轧变形，随后在500°C—550°C温度之间进行固溶处理，固溶处理时间为3— 6小时，接着在150°C — 250°C温度之间进行时效处理，时效处理时间为3 — 20小时，从而制得铝硅基铝型材。
5.按照权利要求4所述的铝硅基铝型材的制备工艺，其特征在于，在所述的第四步中，向熔体中加入Al 3B，其中，硼元素的占整个熔体的重量百分比小于0. 03%。
全文摘要
本发明公开了一种铝硅基铝型材，按照重量百分数，该铝型材由以下组分组成硅5.0%—14.0%，镁0.2%—0.7%，硼<0.03%，锶<0.06%，增强元素0.1%-6.55%，杂质元素<0.25%，铝余量。该铝硅基铝型材具有强度高、硬度高、耐磨性能好的优点。本发明还公开了铝硅基铝型材的制备工艺第一步将铝硅合金置入石墨坩埚中，加热形成熔体；第二步加入镁元素、硅元素和增强元素；第三步加入六氯乙烷精炼；第四步加入锶元素变质，浇铸到铸铁模具中，形成铸锭；第五步将铸锭进行退火后，依次进行热挤压、热轧变形、固溶处理和时效处理，从而制得铝硅基铝型材。该制备工艺简单。
文档编号C22F1/043GK102747256SQ20121020340
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者吴玉娜, 廖恒成, 杨健 申请人:东南大学