本发明涉及一种铝合金型材,特别涉及一种超高强度铝合金型材,属于建材技术领域。
背景技术:
随着我国大规模的基建投资和工业化进程的快速推进,铝型材全行业的产量和消费量迅猛增长,而我国也一跃成为世界上最大的铝型材生产基地和消费市场,经过长达近10年的高速增长,我国铝型材行业步入了新的发展阶段,并展现出了诸多新的发展趋势。2012年国内工业铝型材市场需求将超过400万吨。未来,铝型材在工业领域的应用空间将十分巨大,在我国现有的124个产业部门中,有113个部门使用铝制品,比重为91%。铝型材是一种较年轻的金属材料,在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间,铝型材主要用于制造军用飞机。战后,由于军事工业对铝型材的需求量骤减,铝工业界便着手开发民用铝型材,使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门,应用到人们的日常生活当中。现在,铝型材的用量之多,范围之广,仅次于钢铁,成为第二大金属材料。但是现有技术下,很多铝型材存在制作工艺复杂、成品率不高、产品质量不稳定等现象。目前我国的铝合金型材的强度并不是特别高,在长期使用后容易扭曲或变形,这一缺点局限了铝合金型材在一些对与强度要求高的市场上的应用。
技术实现要素:
针对上述问题,本发明提供一种强度高、硬度高、耐腐蚀、性能优良的超高强度铝合金型材。
本发明所采用的技术方案如下:
一种超高强度铝合金型材,其特征在于,该铝合金型材中各元素组成的质量百分比为:锌6%~10%,铜0.1%~3%,镁1%~3%,硅0.5%~1%,锰0.3%~0.6%,钪0.03%~0.05%,锆0.02%~0.04%,铒0.02%~0.04%,镧0.03%~0.05%,钇0.01%~0.03%,铈0.01%~0.03%,钛0.03%~0.06%,硼0.08%~0.1%,余量为铝。
所述超高强度铝合金型材的制备方法为:
(1)按照所述铝合金型材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料;将余量铝投入熔炼炉在750~780℃下进行熔炼,熔化后搅拌20~30min,检测合金成分并调整;
(2)将步骤(1)所得到的合金混合熔液进行过滤,过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质,得到相对纯净的合金混合熔液;
(3)采用金属型水冷半连续铸造技术,铝液出炉温度为730~750℃,铸造温度为650~700℃,铸造速度为90~100mm/min,冷却水压为0.3~0.5MPa,得到铝合金铸锭;
(4)对铝合金铸锭进行多级热处理:
第一级:升温至290~310℃,保温3~5h;
第二级:升温至460~475℃,保温4~8h;
第三级:降温至240~260℃,保温2~3h,空冷至室温;
第四级:升温至180~240℃,保温2~3h;
第五级:升温至480~500℃,保温5~10h;
第六级:降温至150~180℃,保温1~2h,冷却至室温;
第七级:升温至320~350℃,保温2~3h,出炉空冷至室温;
(5)挤压成型:将挤压模具预热到440℃~460℃,模筒预热到380℃~440℃,将步骤(3)得到的铝合金铸锭送入模筒中,将模筒放入挤压模具内,以挤压压力为110N/mm2~120N/mm2、挤压速度为0.5m/s~0.6m/s进行挤压,得到铝合金型材;
(6)将步骤(5)中挤压出来的铝合金型材进行淬火处理,随后进行校直处理,得到成品铝合金型材;将成品铝合金型材放入退火炉中,设定温度为80~90℃,保温10~15h,再设定温度为160~190℃,保温5~10h,然后设定温度为60~80℃,保温12~18h,空冷至室温后再设定温度为95~105℃,保温8~12h,空冷至室温,经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
优选的,所述多级热处理中,第一级以120~140℃/h升温;第二级以65~75℃/h升温;第三级以强风风冷降温;第四级以80~120℃/h升温;第五级以100~150℃/h升温;第六级以140~180℃/h降温至150~180℃,以水冷方式冷至室温;第七级以100~150℃/h升温至320~350℃,保温2~3h,出炉空冷至室温。
优选的,步骤(3)中,所述冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃。
优选的,所述淬火处理通过将铝合金型材缓慢通过水温为50℃~55℃的水槽内进行。
优选的,步骤(5)中,所述铝合金型材的厚度为30~40mm。
本发明的有益效果为:本发明采用铝、锌、镁、铜为主要元素制成的铝合金型材,加入适当比例的锌和镁,可大大提高铝合金的强度,适当比例的铜的加入,保证了铝合金在具有超高强度的同时,可对合金产生附加的强化效果,提高合金的耐腐蚀和疲劳性能;通过加入微量钪元素和锆元素,在铝合金中形成复合强化相,对晶界的钉扎作用更强,能更有效地抑制再结晶;采用微量铒、镧等稀土元素,在铝合金中起到净化、变质作用,同时细化铸态组织,易填补铝相表面缺陷,改善合金的热塑性,提高铝合金力学性能;添加锰元素可细化晶粒,降低合金淬火敏感性,提高铝合金型材的应力腐蚀性能,提高材料的韧性。在制造过程中,对热处理及时效处理采用多级处理方式,可改善超高强度铝合金型材的抗应力腐蚀性。综上所述,本发明不仅保证了铝合金型材具有超高强度,同时提高了铝合金型材的综合力学性能。
具体实施方式
以下结合最佳实施例对本发明作进一步详述。
实施例1
一种超高强度铝合金型材,该铝合金型材中各元素组成的质量百分比为:锌6%,铜0.1%,镁1%,硅0.5%,锰0.3%,钪0.03%,锆0.02%,铒0.02%,镧0.03%,钇0.01%,铈0.01%,钛0.03%,硼0.08%,余量为铝。
所述超高强度铝合金型材的制备方法为:
(1)按照所述铝合金型材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料;将余量铝投入熔炼炉在750℃下进行熔炼,熔化后搅拌20min,检测合金成分并调整;
(2)将步骤(1)所得到的合金混合熔液进行过滤,过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质,得到相对纯净的合金混合熔液;
(3)采用金属型水冷半连续铸造技术,铝液出炉温度为730℃,铸造温度为650℃,铸造速度为90mm/min,冷却水压为0.3MPa,冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃;得到铝合金铸锭;
(4)对铝合金铸锭进行多级热处理:
第一级:以120℃/h升温至290℃,保温3h;
第二级:以65℃/h升温至460℃,保温4h;
第三级:以强风风冷至240℃,保温2h,空冷至室温;
第四级:以80℃/h升温至180℃,保温2h;
第五级:以100℃/h升温至480℃,保温5h;
第六级:以140℃/h降温至150℃,保温1h,水冷至室温;
第七级:以100℃/h升温至320℃,保温2h,出炉空冷至室温;
(5)挤压成型:将挤压模具预热到440℃,模筒预热到380℃,将步骤(3)得到的铝合金铸锭送入模筒中,将模筒放入挤压模具内,以挤压压力为110N/mm2、挤压速度为0.5m/s进行挤压,得到厚度为30mm的铝合金型材;
(6)将步骤(5)中挤压出来的铝合金型材缓慢通过水温为50℃的水槽内进行淬火处理,随后进行校直处理,得到成品铝合金型材;将成品铝合金型材放入退火炉中,设定温度为80℃,保温10h,再设定温度为160℃,保温5h,然后设定温度为60℃,保温12h,空冷至室温后再设定温度为95℃,保温8h,空冷至室温,经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
实施例2
一种超高强度铝合金型材,该铝合金型材中各元素组成的质量百分比为:锌10%,铜3%,镁3%,硅1%,锰0.6%,钪0.05%,锆0.04%,铒0.04%,镧0.05%,钇0.03%,铈0.03%,钛0.06%,硼0.1%,余量为铝。
所述超高强度铝合金型材的制备方法为:
(1)按照所述铝合金型材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料;将余量铝投入熔炼炉在780℃下进行熔炼,熔化后搅拌30min,检测合金成分并调整;
(2)将步骤(1)所得到的合金混合熔液进行过滤,过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质,得到相对纯净的合金混合熔液;
(3)采用金属型水冷半连续铸造技术,铝液出炉温度为750℃,铸造温度为700℃,铸造速度为100mm/min,冷却水压为0.5MPa,冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃;得到铝合金铸锭;
(4)对铝合金铸锭进行多级热处理:
第一级:以140℃/h升温至310℃,保温5h;
第二级:以75℃/h升温至475℃,保温8h;
第三级:以强风风冷至260℃,保温3h,空冷至室温;
第四级:以120℃/h升温至240℃,保温3h;
第五级:以150℃/h升温至500℃,保温10h;
第六级:以180℃/h降温至180℃,保温2h,水冷至室温;
第七级:以150℃/h升温至350℃,保温3h,出炉空冷至室温;
(5)挤压成型:将挤压模具预热到460℃,模筒预热到440℃,将步骤(3)得到的铝合金铸锭送入模筒中,将模筒放入挤压模具内,以挤压压力为120N/mm2、挤压速度为0.6m/s进行挤压,得到厚度为40mm的铝合金型材;
(6)将步骤(5)中挤压出来的铝合金型材缓慢通过水温为55℃的水槽内进行淬火处理,随后进行校直处理,得到成品铝合金型材;将成品铝合金型材放入退火炉中,设定温度为90℃,保温15h,再设定温度为190℃,保温10h,然后设定温度为80℃,保温18h,空冷至室温后再设定温度为105℃,保温12h,空冷至室温,经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
实施例3
一种超高强度铝合金型材,该铝合金型材中各元素组成的质量百分比为:锌8%,铜1.5%,镁1.5%,硅0.7%,锰0.45%,钪0.04%,锆0.03%,铒0.03%,镧0.04%,钇0.02%,铈0.02%,钛0.05%,硼0.09%,余量为铝。
所述超高强度铝合金型材的制备方法为:
(1)按照所述铝合金型材中各元素组成的质量百分比对各元素进行配料;将余量铝投入熔炼炉在770℃下进行熔炼,熔化后搅拌25min,检测合金成分并调整;
(2)将步骤(1)所得到的合金混合熔液进行过滤,过滤掉合金混合熔液所混有的未熔化的杂质,得到相对纯净的合金混合熔液;
(3)采用金属型水冷半连续铸造技术,铝液出炉温度为740℃,铸造温度为675℃,铸造速度为95mm/min,冷却水压为0.4MPa,冷却水进水口温度不高于25℃,出水口水温不高于45℃;得到铝合金铸锭;
(4)对铝合金铸锭进行多级热处理:
第一级:以130℃/h升温至300℃,保温4h;
第二级:以70℃/h升温至470℃,保温6h;
第三级:以强风风冷至250℃,保温2.5h,空冷至室温;
第四级:以100℃/h升温至210℃,保温2.5h;
第五级:以125℃/h升温至490℃,保温7.5h;
第六级:以160℃/h降温至165℃,保温1.5h,水冷至室温;
第七级:以125℃/h升温至340℃,保温2.5h,出炉空冷至室温;
(5)挤压成型:将挤压模具预热到450℃,模筒预热到410℃,将步骤(3)得到的铝合金铸锭送入模筒中,将模筒放入挤压模具内,以挤压压力为115N/mm2、挤压速度为0.55m/s进行挤压,得到厚度为35mm的铝合金型材;
(6)将步骤(5)中挤压出来的铝合金型材缓慢通过水温为53℃的水槽内进行淬火处理,随后进行校直处理,得到成品铝合金型材;将成品铝合金型材放入退火炉中,设定温度为85℃,保温13h,再设定温度为175℃,保温8h,然后设定温度为70℃,保温16h,空冷至室温后再设定温度为100℃,保温10h,空冷至室温,经表面处理、精整、检查验收、包装即得成品。
以上对本发明的三个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。