一种工业铝合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种工业铝合金。
【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，工业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工 业铝合金材料强度低、硬度低、韧性差，不能满足现代科技发展对工业铝合金材料高载荷、 轻质化、韧性好的要求。现有的工业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，现有的工业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，如何通过优化工业铝合金生产工艺，得到一种综合性能好的工业铝合金材 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，提供了一种工业铝合金，实现了工业铝 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] 本发明公开了一种工业铝合金，其组成成分按重量百分比包括：Si:0. 05%，F e: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. 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Sl中得到的铸锭放置于保温炉中，从室温以40°C/h的平均速度， 升温至400°C，并在400°C下保温12h后，以200°C/h的平均速度，升温至450°C后保温4h， 保温完成后保温炉冷至室温，其中，从室温升温至400°C过程中，随温度的升高，升温速率逐 渐降低，且温度与时间成正弦函数关系；
[0009]S3:挤压成型，将S2中得到的铸锭进行挤压成型，其中，每次挤压的变形量为 15-25% ；
[0010] S4 :固溶，将S3中得到的铸锭放置于保温炉中，以KTC/h的平均速度，从室温加 热至470°C并在470°C下保温l_2h后，以100°C/h的速度将温度从470°C升至480°C，并在 480°C保温20-40min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;
[0011] S5 :时效，将S4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，获得所述工业铝合金。
[0012] 优选地，其组成成分中，Zn与Mg的摩尔比为（1. 1-1. 3) :1。
[0013] 优选地，在步骤S4中，铸锭从室温升温至470°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。
[0014] 优选地，在步骤S5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。
[0015] 优选地，在步骤S5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。
[0016] 优选地，在步骤Sl中，合金熔体凝固过程中，对合金熔体进行振动。
[0017] 优选地，在步骤Sl中，各原料添加后完全熔化后，均进行除渣操作。
[0018] 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。
[0019] 本发明中，提出的工业铝合金通过成分优化，热处理工艺改进，提升了工业铝合金 的综合性能，使之适合制作高质量垒球棒或棒球棒，与现有技术相比，具体优点如下：
[0020] 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、AlZnMgCu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；
[0021] 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，有利于后续的挤压变形，改善挤压过程中合金变形能力，挤压成型可以将铸锭挤压为合 适大小，利于垒球棒的制作，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】
[0022] 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。
[0023] 本发明所公开的工业铝合金，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：
[0024]
[0025] 各实施例制备方式如下：
[0026] 实施例1
[0027]Sl: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，各原 料添加后完全熔化后，均进行除渣操作，在720°C保温30min，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；合金熔体凝固过程中，通过敲击模具，对合 金熔体进行振动，各原料熔化过程在密封空间中进行；
[0028]S2:均匀化，将Sl中得到的铸锭放置于保温炉中，从室温以40°C/h的平均速度， 升温至400°C，并在400°C下保温12h后，以200°C/h的平均速度，升温至450°C后保温4h， 保温完成后保温炉冷至室温，其中，从室温升温至400°C过程中，随温度的升高，升温速率逐 渐降低，且温度与时间成正弦函数关系；
[0029]S3:挤压成型，将S2中得到的铸锭进行挤压成型，其中，每次挤压的变形量为 15-25% ；
[0030]S4 :固溶，将S3中得到的铸锭放置于保温炉中，以KTC/h的平均速度，从室温 加热至470°C并在470°C下保温2h后，以100°C/h的速度将温度从470°C升至480°C，并 在480°C保温40min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，其中，铸锭从室温升温至470°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；
[0031]S5 :时效，将S4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20h，将铸锭从保温炉转移到淬火炉中水冷至室温，获得所述工业铝合金，其中，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，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