一种高强耐疲劳铝合金门框及其制备工艺的制作方法

文档序号:15457750发布日期:2018-09-15 01:38
本发明涉及铝合金门框
技术领域
,具体涉及一种高强耐疲劳铝合金门框及其制备工艺。
背景技术
:铝合金门框是将表面处理过的铝合金型材,经下料、打孔、铣槽、攻丝、制作等加工工艺面制作成的门框构件,再用连接件、密封材料和开闭五金配件一起组合装配而成。随着科技的不断进步和生活水平的不断提高,对铝合金门框机械强度、耐疲劳等性能的要求也不断提高。因此,有必要去寻找一种高强耐疲劳铝合金门框。经过对现有技术进行了检索,在中国发明专利申请201510285971.X(公开日2015年9月2日)披露了一种耐疲劳损伤建筑模板用铝合金,涉及建筑工程材料领域,它由以下重量百分含量的组分组成:Si0.02-0.04%,Fe0.05-0.06%,Cu1.4-1.8%,Mn0.005-0.01%,Mg2.3-2.6%,Zn5.2-6.3%,Ti0.01-0.03%,Cr0.01-0.015%,Ni0.01-0.02%,Mo0.2-0.6%,V0.15-0.2%,B0.06-0.12%,合计杂质≦0.15%,其余为Al。本发明解决了现有建筑模板用铝合金耐候性和耐腐蚀性低的问题。但该铝合金制品机械强度、耐疲劳无法达到使用要求。而在中国发明专利申请201310687806.8(公开日2014年4月9日)披露了一种高强耐疲劳铝合金型材的制备工艺,该铝合金型材各元素组成的质量百分比为:Si0.02-0.05、Fe0.04-0.08、Cu4.4-5.2、Mg1.8-2.6、Mn0.6-1.2、Ni0.4-0.8、Sb0.3-0.5、Ag0.15-0.35、Zn0.03-0.06、Ti0.02-0.04、Cr0.01-0.02、Bi0.005-0.015、Nd0.02-0.03、Tb0.01-0.02,余量为Al。本发明通过降低Fe、Si等元素的含量,提高Mn、Ni等元素以及合理的热处理工艺,改善合金的断裂韧性、耐疲劳性、抗应力腐蚀性和热稳定性。制得的铝合金强度高,韧性好,高抗疲劳,使用寿命长,应用范围广。但仍满足不了高强度高耐疲劳性能的要求。技术实现要素:本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种高强耐疲劳铝合金门框,具有强度高,耐疲劳性能优异,可满足生产使用的要求。为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现的:一种高强耐疲劳铝合金门框,按重量百分比计,所述高强耐疲劳铝合金门框含有以下元素:硅粉:6.18-12.87%,镁:1.28-3.56%,铁粉:0.89-1.75%,纳米碳粉:0.56-0.95%,硼:0.12-0.31%,钛:0.03-0.16%,铬:0.26-0.48%,氮:0.16-0.54%,微量添加元素:0.005-0.12%,杂质控制在小于等于0.01%,其余为铝。优选的,按重量百分比计,所述高强耐疲劳铝合金门框含有以下元素:硅粉:8.26-10.15%,镁:1.84-2.37%,铁粉:0.89-1.75%,纳米碳粉:0.56-0.95%,硼:0.12-0.31%,钛:0.03-0.16%,铬:0.31-0.43%,氮:0.38-0.50%,微量添加元素:0.005-0.12%,杂质控制在小于等于0.01%,其余为铝。优选的,所述铝合金门框中的氮元素以氮化物的形式存在。优选的,所述氮化物为氮化钛、氮化铝和氮化硅中的至少一种。优选的,所述微量元素添加元素为钇、铈、钷、镓、铋中的至少一种。本发明还提供了上述高强耐疲劳铝合金门框的制备工艺,包括以下步骤:(1)将纯铝加到电阻炉中,并将炉温升至760-780℃,待铝块融化后,再依次加入铝镁中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝硼中间合金,待中间合金完全融化后,搅拌溶液2-4min,得到铝合金液;(2)将硅粉、铁粉、纳米碳粉、氮、微量元素磨成混合物粉末;(3)将步骤(2)混合物粉末加入到熔融铝合金液中,并将炉温升至830-850℃,充分搅拌均匀,然后静置保温30-50min,将炉温降至700℃,接着用高纯氩气除气10-15min,扒渣,保温静置10min,之后再将炉温降至600℃,再次扒渣后进行浇铸,得到铝合金铸锭;(4)将步骤(3)中的铝合金铸锭放入均化炉内进行均匀化退火处理;(5)将均匀化处理后的铝合金铸锭坯预热至450-470℃,然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤出成型;(6)将步骤(5)挤压出来的铝合金门框,在真空条件下,将铝合金铸锭升温至320-340℃下保温1-2h,继续加热至450-460℃,保温40-50min,然后水冷至220-240℃,再空冷至室温。(7)再对铝合金门框进行首次时效处理,随后保温,再进行第二次时效处理。优选的,步骤(2)中,还包括混合物粉末过100目筛。优选的,步骤(4)中,所述均匀化退火处理:先以50-60℃/h升温至180-200℃,保温3-5h,再以30-40℃/h升温至360-380℃,保温4-6h,再以50-60℃/h升温至460-480℃,保温2-3h,然后以70-80℃/h降温至230-250℃,保温3-5h,再以90-100℃/h升温至460-480℃,保温2-3h,然后以120-140℃/h降温至140-150℃,保温4-6h,空冷至室温。优选的,步骤(5)中,所述挤压速率为3-5mm/min。优选的,步骤(7)中,所述首次时效处理的温度为140-150℃,保温时间为9-11h;第二次时效处理工艺为温度为130-150℃,保温时间为17-19h。本发明与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:(1)本发明通过优化各组分的含量,相互补偿,解决了现有铝合金使用过程中强度低,容易变形的特点,而且利用本发明材料制成的铝合金门框具有很好的抗冲击性和耐疲劳性,大大的提高了其寿命,减小了意外事故的发生。(2)本发明在铝合金门框中引入氮化物,提高铝合金门框强度,同时氮化物较强的稳定性能,提高铝合金门框的耐疲劳性能。(3)本发明通过添加少量钇、铈、钷、镓、铋等多种合金元素来细化晶粒,改变再结晶状态,提高合金的高温强度以及耐疲劳、耐磨、抗冲击等性能。(4)本发明通过对铸造、均匀化处理、固溶处理、时效处理等步骤优化,提高铝合金门框的强度和耐疲劳性能。具体实施方式以下通过实施例形式,对本发明的上述内容再作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例,凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。实施例1本实施例的高强耐疲劳铝合金门框,按重量百分比计,所述高强耐疲劳铝合金门框含有以下元素:硅粉:6.18%,镁:1.28%,铁粉:0.89%,纳米碳粉:0.56%,硼:0.12%,钛:0.03%,铬:0.26%,氮:0.16%,微量添加元素:0.005%,杂质控制在小于等于0.01%,其余为铝。其中,所述铝合金门框中的氮元素以氮化物的形式存在。其中,所述氮化物为氮化钛、氮化铝和氮化硅中的至少一种。其中,所述微量元素添加元素为钇、铈、钷、镓、铋中的至少一种。本发明还提供了上述高强耐疲劳铝合金门框的制备工艺,包括以下步骤:(1)将纯铝加到电阻炉中,并将炉温升至760-780℃,待铝块融化后,再依次加入铝镁中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝硼中间合金,待中间合金完全融化后,搅拌溶液2-4min,得到铝合金液;(2)将硅粉、铁粉、纳米碳粉、氮、微量元素磨成混合物粉末;(3)将步骤(2)混合物粉末加入到熔融铝合金液中,并将炉温升至830-850℃,充分搅拌均匀,然后静置保温30-50min,将炉温降至700℃,接着用高纯氩气除气10-15min,扒渣,保温静置10min,之后再将炉温降至600℃,再次扒渣后进行浇铸,得到铝合金铸锭;(4)将步骤(3)中的铝合金铸锭放入均化炉内进行均匀化退火处理;(5)将均匀化处理后的铝合金铸锭坯预热至450-470℃,然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤出成型;(6)将步骤(5)挤压出来的铝合金门框,在真空条件下,将铝合金铸锭升温至320-340℃下保温1-2h,继续加热至450-460℃,保温40-50min,然后水冷至220-240℃,再空冷至室温。(7)再对铝合金门框进行首次时效处理,随后保温,再进行第二次时效处理。其中,步骤(2)中,还包括混合物粉末过100目筛。其中,步骤(4)中,所述均匀化退火处理:先以50-60℃/h升温至180-200℃,保温3-5h,再以30-40℃/h升温至360-380℃,保温4-6h,再以50-60℃/h升温至460-480℃,保温2-3h,然后以70-80℃/h降温至230-250℃,保温3-5h,再以90-100℃/h升温至460-480℃,保温2-3h,然后以120-140℃/h降温至140-150℃,保温4-6h,空冷至室温。其中,步骤(5)中,所述挤压速率为3-5mm/min。其中,步骤(7)中,所述首次时效处理的温度为140-150℃,保温时间为9-11h;第二次时效处理工艺为温度为130-150℃,保温时间为17-19h。实施例2本实施例的高强耐疲劳铝合金门框,按重量百分比计,所述高强耐疲劳铝合金门框含有以下元素:硅粉:12.87%,镁:3.56%,铁粉:1.75%,纳米碳粉:0.95%,硼:0.31%,钛:0.16%,铬:0.48%,氮:0.54%,微量添加元素:0.12%,杂质控制在小于等于0.01%,其余为铝。其中,所述铝合金门框中的氮元素以氮化物的形式存在。其中,所述氮化物为氮化钛、氮化铝和氮化硅中的至少一种。其中,所述微量元素添加元素为钇、铈、钷、镓、铋中的至少一种。本发明还提供了上述高强耐疲劳铝合金门框的制备工艺,包括以下步骤:(1)将纯铝加到电阻炉中,并将炉温升至760-780℃,待铝块融化后,再依次加入铝镁中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝硼中间合金,待中间合金完全融化后,搅拌溶液2-4min,得到铝合金液;(2)将硅粉、铁粉、纳米碳粉、氮、微量元素磨成混合物粉末;(3)将步骤(2)混合物粉末加入到熔融铝合金液中,并将炉温升至830-850℃,充分搅拌均匀,然后静置保温30-50min,将炉温降至700℃,接着用高纯氩气除气10-15min,扒渣,保温静置10min,之后再将炉温降至600℃,再次扒渣后进行浇铸,得到铝合金铸锭;(4)将步骤(3)中的铝合金铸锭放入均化炉内进行均匀化退火处理;(5)将均匀化处理后的铝合金铸锭坯预热至450-470℃,然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤出成型;(6)将步骤(5)挤压出来的铝合金门框,在真空条件下,将铝合金铸锭升温至320-340℃下保温1-2h,继续加热至450-460℃,保温40-50min,然后水冷至220-240℃,再空冷至室温。(7)再对铝合金门框进行首次时效处理,随后保温,再进行第二次时效处理。其中,步骤(2)中,还包括混合物粉末过100目筛。其中,步骤(4)中,所述均匀化退火处理:先以50-60℃/h升温至180-200℃,保温3-5h,再以30-40℃/h升温至360-380℃,保温4-6h,再以50-60℃/h升温至460-480℃,保温2-3h,然后以70-80℃/h降温至230-250℃,保温3-5h,再以90-100℃/h升温至460-480℃,保温2-3h,然后以120-140℃/h降温至140-150℃,保温4-6h,空冷至室温。其中,步骤(5)中,所述挤压速率为3-5mm/min。其中,步骤(7)中,所述首次时效处理的温度为140-150℃,保温时间为9-11h;第二次时效处理工艺为温度为130-150℃,保温时间为17-19h。实施例3本实施例的高强耐疲劳铝合金门框,按重量百分比计,所述高强耐疲劳铝合金门框含有以下元素:硅粉:9.45%,镁:2.05%,铁粉:1.25%,纳米碳粉:0.70%,硼:0.22%,钛:0.11%,铬:0.37%,氮:0.44%,微量添加元素:0.08%,杂质控制在小于等于0.01%,其余为铝。其中,所述铝合金门框中的氮元素以氮化物的形式存在。其中,所述氮化物为氮化钛、氮化铝和氮化硅中的至少一种。其中,所述微量元素添加元素为钇、铈、钷、镓、铋中的至少一种。本发明还提供了上述高强耐疲劳铝合金门框的制备工艺,包括以下步骤:(1)将纯铝加到电阻炉中,并将炉温升至760-780℃,待铝块融化后,再依次加入铝镁中间合金、铝钛中间合金、铝铬中间合金、铝硼中间合金,待中间合金完全融化后,搅拌溶液2-4min,得到铝合金液;(2)将硅粉、铁粉、纳米碳粉、氮、微量元素磨成混合物粉末;(3)将步骤(2)混合物粉末加入到熔融铝合金液中,并将炉温升至830-850℃,充分搅拌均匀,然后静置保温30-50min,将炉温降至700℃,接着用高纯氩气除气10-15min,扒渣,保温静置10min,之后再将炉温降至600℃,再次扒渣后进行浇铸,得到铝合金铸锭;(4)将步骤(3)中的铝合金铸锭放入均化炉内进行均匀化退火处理;(5)将均匀化处理后的铝合金铸锭坯预热至450-470℃,然后利用挤压机将预热后的铸坯放入模具中挤出成型;(6)将步骤(5)挤压出来的铝合金门框,在真空条件下,将铝合金铸锭升温至320-340℃下保温1-2h,继续加热至450-460℃,保温40-50min,然后水冷至220-240℃,再空冷至室温。(7)再对铝合金门框进行首次时效处理,随后保温,再进行第二次时效处理。其中,步骤(2)中,还包括混合物粉末过100目筛。其中,步骤(4)中,所述均匀化退火处理:先以50-60℃/h升温至180-200℃,保温3-5h,再以30-40℃/h升温至360-380℃,保温4-6h,再以50-60℃/h升温至460-480℃,保温2-3h,然后以70-80℃/h降温至230-250℃,保温3-5h,再以90-100℃/h升温至460-480℃,保温2-3h,然后以120-140℃/h降温至140-150℃,保温4-6h,空冷至室温。其中,步骤(5)中,所述挤压速率为3-5mm/min。其中,步骤(7)中,所述首次时效处理的温度为140-150℃,保温时间为9-11h;第二次时效处理工艺为温度为130-150℃,保温时间为17-19h。对比例1采用中国发明专利申请201510285971.X制得的铝合金门框。对比例2采用中国发明专利申请201310687806.8制得的铝合金门框。对比例3除无氮元素外,其原料含量及制备步骤同实施例1一致。对比例4除无微量添加元素外,其原料含量及制备步骤同实施例1一致。实验例1将实施例1-3及对比例1-4的生产铝合金制成4mm直径×6mm长平行区域的机械耐疲劳性试片。每个试样的热机械耐疲劳性评估如下:上述的每个试验被安装于由低热膨胀合金制成的约束架上,进行加热和冷却的重复循环。试验温度范围为50℃-250℃,重复速度是5分钟/周期,由2分钟加热和3分钟冷却组成具体试验的结果见表1。表1测试项目热疲劳寿命(周期)实施例16300实施例26500实施例36600对比例14800对比例25300对比例36000对比例46200由表1可知,本发明的铝合金门框的耐疲劳性能均优于对比例,并且由对比例3、4可知,通过添加氮元素、微量添加元素,可进一步提升本发明铝合金门框的耐疲劳性能。实验例2将实施例1-3的铝合金以及对比例1-4的铝合金进行力学性能测试,具体结果见表2.表2测试项目抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率(%)实施例144537815.5实施例246338415.9实施例348139716.6对比例138131313.6对比例240232614.5对比例342736515.1对比例441333414.8由表2可知,本发明的铝合金的力学性能均优于对比例,并且通过添加氮元素、微量添加元素,可进一步提升本发明铝合金的力学性能。综上所述,本发明的创造性主要体现在以下几点:(1)本发明通过优化各组分的含量,相互补偿,解决了现有铝合金使用过程中强度低,容易变形的特点,而且利用本发明材料制成的铝合金门框具有很好的抗冲击性和耐疲劳性,大大的提高了其寿命,减小了意外事故的发生。(2)本发明在铝合金门框中引入氮化物,提高铝合金门框强度,同时氮化物较强的稳定性能,提高铝合金门框的耐疲劳性能。(3)本发明通过添加少量钇、铈、钷、镓、铋等多种合金元素来细化晶粒,改变再结晶状态,提高合金的高温强度以及耐疲劳、耐磨、抗冲击等性能。(4)本发明通过对铸造、均匀化处理、固溶处理、时效处理等步骤优化,提高铝合金门框的强度和耐疲劳性能。以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3 
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