一种用于球棒的高强高韧铝合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种用于球棒的高强高韧铝合金。
【背景技术】
[0002] 棒球以及垒球运动是一种以棒子打球为主要特点、集体性、对抗性很强的球类运 动项目，球棒多采用金属球棒。随着体育事业的发展，越来越多的人喜欢享受这类运动带来 的乐趣。球棒的好坏直接决定着运动的质量，一个质量好的球棒不仅需要一定的硬度和强 度承受剧烈运动时球的冲击，还应该具有良好的韧性，降低运动过程中球对人体的冲击力， 减少运动过程中对人体造成的伤害。
[0003] 铝合金是以铝为基的合金的总称，主要合金元素包括铜、硅、镁、锌、锰，次要元素 含有镍、铁、钛、锂，合金中的主要元素含量、配比以及杂质含量对合金成品的性能有很大影 响。目前，铝合金材料大量被应用于建筑、军用和工业领域，民用和军工企业生产的铝合金 材料强度低、硬度低、韧性差，不能满足现代科技发展对铝合金材料高载荷、轻质化、韧性好 的要求。现有的铝合金材料制成的球棒往往强度和硬度较低，不能承受剧烈击球时球对棒 的冲击力，另外，现有的铝合金材料制成的球棒韧性较差，受到球的剧烈冲击不能迅速恢复 原状，往往会发生脆裂，或者给人体造成振动冲击，使人感到不适，降低运动的质量。
[0004] 因此，如何通过优化铝合金生产工艺，得到一种综合性能好的用于球棒的高强高 韧铝合金材料，满足球棒重量轻、弹性好、击球远的要求是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于球棒的高强高韧铝合 金，实现了铝合金生产工艺的优化，其综合性能好，非常适合于制作垒球棒或棒球棒。
[0006] 本发明公开了一种用于球棒的高强高韧铝合金，其组成成分按重量百分比包括： Si:0.05 % ,Fe:0.08-0. 15 % ,Cu:2. 0-2.2 % ,Mn:0.05 % ,Mg:2. 3-2.8 % ,Cr:0.01%, Zn:7.2-7.8%，Ti:0.06-0.08%，Zr:0. 12-0. 15%，余量为 Al，并按照以下步骤制备得到：
[0007] SI :熔炼，根据其组成成分称取各原料，将铝锭加入熔炼炉中并加热至700-750°C 使之完全熔化后，按熔点从高到低的顺序依次加入其它各原料，待其它各原料完全熔化后， 在680-720°C保温30min-2h，得到合金熔体，并进行浇注，待合金熔体凝固后开模，并将铸 锭空冷至室温；各原料熔化过程在密封空间中进行；
[0008] S2 :均匀化，将S1中得到的铸锭放置于400-420°C的保温炉中，并在400-420°C下 保温2〇-30h，保温完成后保温炉冷至300 C后，空冷至室温；
[0009] S3 :固溶，将S2中得到的铸锭放置于保温炉中，以60°C /h的平均速度，从室温加 热至440°C并在440°C下保温30min后，以10°C /h的速度将温度从440°C升至450°C，并在 450°C保温30min后，以10°C /h的速度将温度从450°C升至460°C，并在460°C保温30min 后，以10°C /h的速度将温度从460°C升至470°C，并在470°C保温30min后，以10°C /h的速 度将温度从470°C升至480°C，并在480°C保温30min后，将铸锭从保温炉转移到淬火炉中， 水冷至室温，其中从保温炉中将铸锭转移至淬火炉中的时间小于5s ;
[0010] S4 :时效，将S3中水冷至室温的铸锭除去表面水珠后，从淬火中取出并放入100°C 保温炉中，其中，从淬火炉中转移至保温炉中的时间小于30s ;将保温炉温度以20°C/h的平 均速度升温至170°C后，将保温炉温度以30°C /h的平均速度降温至120°C，并在120°C下保 温16-20h，将铸锭从保温炉转移到淬火炉中水冷至室温，获得所述用于球棒的高强高韧铝 合金。
[0011] 优选地，其组成成分中，Zn与Mg的摩尔比为（1. 1-1. 3) :1。
[0012] 优选地，在步骤S3中，铸锭从室温升温至440°C的过程中，随温度的升高，升温速 率增大，且温度与时间成正弦函数关系。
[0013] 优选地，在步骤S4中，铸锭从100°C升温至170°C的过程中，随温度的升高，升温速 率增大，且升温速率与时间成正切函数关系。
[0014] 优选地，在步骤S4中，铸锭从170°C降温至120°C的过程中，随温度的降低，降温速 率减小，且降温速率与时间成余切函数关系。
[0015] 优选地，在步骤S1中，合金熔体凝固过程中，对合金熔体进行振动。
[0016] 优选地，在步骤S1中，各原料添加后完全熔化后，均进行除渣操作。
[0017] 优选地，其组成成分按重量百分比为Si:0.05 %，Fe:0. 12 %，Cu:2. 1 %， Mn:0. 05%，Mg:2. 4%，Cr:0. 01%，Zn:7. 8%，Ti:0. 08%，Zr:0. 15%，余量为 Al。
[0018] 本发明中，提出的用于球棒的高强高韧铝合金通过成分优化，热处理工艺改进，提 升了用于球棒的高强高韧铝合金的综合性能，使之适合制作高质量球棒，与现有技术相比， 具体优点如下：
[0019] 1、对合金成分进行了优化，提高了合金中锌元素的含量，并根据锌元素含量的变 化，调整了镁元素和铜元素的含量值，从而控制了 MgZn2相、AIZnMgCu相、Al2MgCu相的析出 数量和比例关系，同时，采用铬元素、锆元素和钛元素的复合添加，起到钉扎晶界、细化晶粒 的作用，提供了获得优良的综合性能的基础；
[0020] 2、对熔炼和热处理工艺进行了优化，通过对熔炼工艺的优化，使得各合金元素实 现良好的融合，通过对均匀化处理工艺的优化，可以消除铸锭晶界上的非平衡凝固共晶组 织，通过对固溶处理工艺的优化，可以获得空位与溶质原子的过饱和固溶体，为后续时效处 理中强化相析出做好准备，通过对时效处理工艺的优化，强化相析出且分布合理，控制晶内 晶界处强化相分布形态，获得良好的强度与韧性。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明， 而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明 的保护范围内。
[0022] 本发明所公开的用于球棒的高强高韧铝合金，各实施例中铸锭的成分配比（重量 百分比）检测结果如表1所示：
[0023]
【主权项】
1. 一种用于球棒的高强高韧铝合金，其特征在于，其组成成分按重量百分比包括： Si:0.05 % ,Fe:0.08-0. 15 % ,Cu:2. 0-2.2 % ,Mn:0.05 % ,Mg:2. 3-2.8 % ,Cr:0.01 %, Zn: 7. 2-7. 8%，Ti:0.06-0. 08% ,Zr: 0? 12-0. 15%，余量为Al,并按照以下步骤制备得到： 51 :熔炼，根据其组成成分称取各原料，将铝锭加入熔炼炉中并加热至700-75(TC使之 完全熔化后，按熔点从高到低的顺序依次加入其它各原料，待其它各原料完全熔化后，在 680-720°C保温30min-2h，得到合金熔体，并进行浇注，待合金熔体凝固后开模，并将铸锭空 冷至室温；各原料熔化过程在密封空间中进行； 52 :均匀化，将Sl中得到的铸锭放置于400-420°C的保温炉中，并在400-420°C下保温 20-30h，保温完成后保温炉冷至300°C后，空冷至室温； 53 :固溶，将S2中得到的铸锭放置于保温炉中，以60°C/h的平均速度，从室温加热至 440°C并在440°C下保温30min后，以10°C/h的速度将温度从440°C升至450°C，并在450°C 保温30min后，以KTC/h的速度将温度从450°C升至460°C，并在460°C保温30min后，以 l〇°C/h的速度将温度从460°C升至470°C，并在470°C保温30min后，以KTC/h的速度将 温度从470°C升至480°C，并在480°C保温30min后，将铸锭从保温炉转移到淬火炉中，水冷 至室温，其中从保温炉中将铸锭转移至淬火炉中的时间小于5s; 54 :时效，将S3中水冷至室温的铸锭除去表面水珠后，从淬火中取出并放入KKTC保温 炉中，其中，从淬火炉中转移至保温炉中的时间小于30s;将保温炉温度以20°C/h的平均 速度升温至170°C后，将保温炉温度以30°C/h的平均速度降温至120°C，并在120°C下保温 16-20h，将铸锭从保温炉转移到淬火炉中水冷至室温，获得所述用于球棒的高强高韧铝合 金。
2. 根据权利要求1所述的用于球棒的高强高韧铝合金，其特征在于，其组成成分中，Zn 与Mg的摩尔比为（I. 1-1. 3) :1。
3. 根据权利要求1所述的用于球棒的高强高韧铝合金，其特征在于，在步骤S3中，铸锭 从室温升温至440°C的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且温度与时间成正弦函数关 系。
4. 根据权利要求1所述的用于球棒的高强高韧铝合金，其特征在于，在步骤S4中，铸锭 从KKTC升温至170°C的过程中，随温度的升高，升温速率增大，且升温速率与时间成正切 函数关系。
5. 根据权利要求1所述的用于球棒的高强高韧铝合金，其特征在于，在步骤S4中，铸锭 从170°C降温至120°C的过程中，随温度的降低，降温速率减小，且降温速率与时间成余切 函数关系。
6. 根据权利要求1所述的用于球棒的高强高韧铝合金，其特征在于，在步骤Sl中，合金 熔体凝固过程中，对合金熔体进行振动。
7. 根据权利要求1所述的用于球棒的高强高韧铝合金，其特征在于，在步骤Sl中，各原 料添加后完全烙化后，均进行除渔操作。
8. 根据权利要求1所述的用于球棒的高强高韧铝合金，其特征在于，其组成成分按重 量百分比为Si: 0? 05%，Fe: 0? 12% ,Cu: 2. 1 % ,Mn: 0? 05% ,Mg: 2. 4%，Cr: 0? 01 % ,Zn: 7. 8%， Ti:0. 08%，Zr:0. 15%，余量为A1。
【专利摘要】本发明公开了一种用于球棒的高强高韧铝合金，所述高强高韧铝合金组成成分按重量百分比包含：Si：0.05％，Fe：0.08-0.15％，Cu：2.0-2.2％，Mn：0.05％，Mg：2.3-2.8％，Cr：0.01％，Zn：7.2-7.8％，Ti：0.06-0.08％，Zr：0.12-0.15％，余量为Al。本发明中，用于球棒的高强高韧铝合金材料，通过增加其组成中锌的含量，有效改善了铝合金的强度和硬度；通过提高铝合金中钛的含量，细化了晶粒，抑制了脆性，克服了现存铝合金韧性差的缺点，通过对熔炼和热处理工艺的改进，有效实现了铝合金综合性能的改善，能够满足现代科技发展对铝合金材料高载荷、轻质化和韧性好的要求，应用于球棒方面具有重量轻、韧性好和击球远的特点。
【IPC分类】C22C21-10, C22C1-02, C22F1-053
【公开号】CN104789835
【申请号】CN201410190841
【发明人】周良正
【申请人】天长市正牧铝业科技有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2014年5月7日