专利名称：一种制备铝合金管的连续流变扩展成形方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金管的制备方法7.具体涉及一种制备铝合金管连续流变扩展成形制 备方法。 技术背景金属半固态短流程成形技术是新材料科学领域中的重要课题，符合国民经济可持续发展 的要求。金属半固态成形突破了金属在传统的液态或固态区间成形的许多弊端，是一种高效 节能的近终形新技术，被誉为21世纪最具应用前景的绿色工业技术，世界各国投入大量人力 物力进行研究。1971年，美国麻省理工学院Flemings教授首先提出了金属半固态成形技术。 目前，许多专利技术在国外已经进行较大规模的商业化生产。20世纪80年代初我国开展了 半固态成形技术的研究，取得了许多研究成果，但与国外先进水平相比还存在一定差距，工 业应用尚不成熟。目前，国外投入商业化生产的半固态成形技术主要有螺旋机械搅拌技术、电磁搅拌技 术、喷射沉积技术与应变诱导熔体活化技术等；在成形工艺方面，主要采用触变成形。主要 是因为触变成形中浆料制备、储运输送与控制等相对容易实现，成为主要的半固态生产技术。 在半固态流变成形中，浆料制备、储运输送、固相率控制要求高，企业员工技术水平有限、 企业也不愿投入较高成本利用尚不十分成熟的技术，成为阻碍流变成形技术在全球大规模推 广的重要瓶颈。尽管触变成形流程比传统加工流程大大縮短，但是制坯、加热及成形三个环 节仍然是独立分开的，相对流变成形流程还是较长，如何采用流变成形技术，将制浆与连续 成形结合起来、实现一步成形是众多专家学者目前追求的目标。开发方便快捷、易于工业化、 低能耗、低成本的连续流变成形技术是目前材料成形领域重点研究内容之一。基于以上的研究，提出了连续铸挤技术(Castex ),它是连续挤压技术(Conform)的进 一步发展，将液态金属连续铸造与加工合为一体，实现液态金属直接加工成形，属短流程， 高效节能的先进工艺。1971年，英国原子能管理局Derek Green首次提出连续挤压，采用铝杆 料或颗粒料为原料，由旋转的挤压轮带动进入挤压型腔内，在挤压力和温度作用下，将金属 挤出模孔，根据产品的要求进行挤压模具设计。Conform连续挤压机和辅助加工设备构成了 连续挤压生产线，辅助设备安装在挤压机的前后，辅助设备的多少和复杂程度取决于产品的 技术要求，此生产线可以生产实心和空心型材、线材及包复材。在Conform连续挤压的基础 上，经过大量的实验研究，英国Holton公司对连续挤压机进行了改进，采用液态金属作原料直接进入主机，铸挤轮与固定靴座形成挤压型腔，液态金属在型腔内进行结晶与变形，然后 被挤出模孔成材，形成铸造(Casting)与挤压(Extrusion)为一体的新型的挤压技术，并申报了 发明专利。连续铸挤技术同常规生产同类产品的塑性加工方法相比较，具有如下优点可连 续生产很长的产品；节约能源约40%，成品率高达90%，降低成本约30%以上；产品精度高， 表面光洁平整；设备结构紧凑，投资小；环境污染小。20世纪70—80年代，英国Holton公 司已生产三台连续铸挤机。1986年我国将连续铸挤技术列为"七五"攻关课题，此项研究是冶 金工业发展的前沿课题，属短流程、高效节能、高效益的新技术，东北大学承担了该课题的 研究任务，1990年研制成功，并申报了国家发明专利。国内有几家研究连续挤压技术 (Conform)的单位，但是液态铸挤技术的研究单位很少。东北大学在连续铸挤技术知识产权 方面在国内一直处于领先水平，哈尔滨工业大学霍文灿教授等人也曾做过单辊轧挤等研究工 作，取得了一些研究成果。日本东京大学木内研究室在单辊剪切冷却制备半固态材料技术领域处于先进水平，他们 在1998年基于连续铸挤技术提出了单辊剪切冷却制备半固态金属浆料，成功制备出组织性能 优良的半固态金属浆料，但是并没有对此项技术的连续成形进行进一步的研究。东北大学的 研究者开展了铝合金连续铸挤装置、理论与工艺研究，发现了连续铸挤过程中存在液相区、 半固态区和固相区，并提出"三区"理论，在90年代末提出金属半固态挤压的项目，在此基础 上，又提出单辊剪切冷却技术制备半固态金属及扩展成形的研究，取得重要进展，初步建立 了铝、镁合金材料的连续流变成形的中试实验研究平台。发明内容本发明的目的是在上述已有技术的基础上，提供一种扩展成形技术，制备铝合金管的连 续流变扩展成形的方法，达到縮短流程、高效、节能和节材，并且提高制品的组织性能。实施本发明目的的技术方案是利用主要由水冷转动轧辊、固定靴座，挤压成形模具、 背压块和基座组成的连续扩展成形装置制备铝合金管，要点是按如下步骤进行(1) :以纯度为99.99wt。/。的工业铝，Al-Si中间合金及纯度为99.99wt。/。的工业镁为合金 原料，化学成分按质量分数计Mg为0.8y。， Si为0.7。/c)，杂质总和^).1%,余量为Al;(2) :将熔化炉预热到700。C,先加入铝锭熔化，熔炼温度到760。C后，加入A1-Si中间合 金，熔体温度降到72(TC后，将烘干后的镁压入熔体中；(3) :当上述金属熔化后，控制温度达到740。C时，用六氯乙烷精炼；然后(4) :将精炼后的金属熔体覆盖，快速-提温至76(rC 800。C后，保温15min;最后(5) :将金属熔体经过连续扩展成形装置，制取铝合金管。上述步骤(3)精炼过程中加入合金成分总量0.2 0.5wt。/。的六氯乙垸进行精炼。 上述步骤(4)精炼完毕后，将净化后的合金熔体用保温毡覆盖。合金熔体经过连续扩展成形装置制取铝合金管时，控制轧辊转速为10~15转/min，冷却水流量为15~25L/min，辊靴间隙为l~1.5mm，出口冷却水流量20~40L/min，模具预热温度为500°C 550°C。将合金熔体经过连续扩展成形装置制取的铝合金管为060 80mmx5mm的6201铝合金管材。本发明与己有技术比较，具有如下的特点和显著的积极效果(1) 对连续铸挤(Castex)、剪切冷却制^"半固态材料(SCR)及流变成形技术的进一步完善 和发展。将浆料连续制备、连续流变成形有机结合，实现流变成形的一体化与连续化。采用 液体料直接连续制备出高性能铝合金管材。(2) 采用半固态流变扩展成形生产铝管材，高效节能、投资小、见效快。大大降低成本， 节能节材。与传统的铸造一轧制、挤压一拉拔技术相比，采用本技术可节省成本30%以上、 成材率达到95%以上、降低能耗40%以上，单机连续流变成形铝合金的生产效率不少于 110Kg/h。尤其是对解决目前生产导电材工艺流程长、投资高、设备系统庞大、能耗高、成材 率低等问题，具有突出优势。本技术与传统生产工艺流程对比如表l所示表l本技术工艺与传统生产导电管材的工艺对比制备工艺工艺流程传统工艺 本技术工艺熔炼—铸坯—(热轧)—挤压—拉拔—热处理 熔炼—CSEP与在线固溶时效 ._(3)制品组织性能优良。由于在轧辊强烈的剪切冷却的搓动作用下形成了细小的球形晶 组织，经连续流变成形制品组织性能优越。同时，流变成形充模容易，避免了成形不均匀等 问题，使产品组织性能好。制备的6201合金线材抗拉强度和电导率比国家标准 (JB/T8640-1997)分别提高11.1%和1%。(4)可连续生产理论无限长的管材常规生产铸坯下料后长度有限，在轧制和挤压时只 能生产长度有限的产品，而对导电管材来讲，接头对导电性能具有较大不利影响。因此，本 发明连续生产无限长的导电管材对提高材料的导电和力学性能非常有利，同时节约了材料。
图1是本发明所采用的设备装置结构示意图；图2是本发明的原理示意图；图3是本发明扩展挤压模具组合示意图；图4是本发明6201铝合金管材显微组织图；图中l、固定靴座，2、扩展腔，3、挤压成形模具，4、充料口， 5、基座，6、冷却腔， 7、辊套，8、合金液，9、半固态，10、小口径填充，11、管材，12、扩展腔，13、阳模，14、 阴模具体实施方式
实施例l:本发明所采用的连续流变扩展成形机(已申报专利申请号为200720185231X, 申请日为2007-12-27)，如图l、图3所示。其制备铝合金管材的工作原理，如图2所示。该 装置主要由冷却腔和辊套组成的水冷转动轧辊，挤压成型模具，背压块，安装在机架上的固 定靴座和卸料板构成。合金熔体在辊靴型腔顶端入口进行浇注，通过旋转工作辊施加的摩擦 力，合金熔体被拖入辊靴型腔，在辊靴型腔里，合金熔体被逐渐冷却，同时被旋转工作辊剪 切搅拌，最终形成铝合金管材，其具体步骤如下(1) 以纯度为99.99wt。/。工业铝，Al-Si中间合金及纯度为99.99wt。/。工业镁为合金的原料， 配制6201合金，其主要化学成分(质量分数)为Mg0.8%,Si0.7%，杂质总和i.P/。,Al余量；(2) 将熔化炉预热到70(TC,分步加入纯铝锭进行加热熔化，熔炼温度到760'C后，加入Al-Si 中间合金，待熔体降温到72(TC后，将预处理完毕的工业纯镁压入熔体中；(3) 当金属熔化后，用JWK-702精密温度控制柜(购置的产品)控制熔液温度，温度达到 740。C时，用0.2%六氯乙烷精炼；(4) 当除气除渣完毕后，将净化后的熔体用保温毡覆盖，并快速提温至76(TC后，保温 15min;(5) 在DZJ350连续扩展成形机上，通过控制轧辊转速10r/min，辊槽冷却水流量15L/min， 辊靴间隙lmm，出口冷却水流量20L/min，模具预热温度50(TC，制备出060mmx5mm的6201铝合金管材。最终的性能测试结果T6态的抗拉强度达290MPa、延伸率9%，等效电导率52.5IACS。 实施例2:本例的装置与实施例l相同，采用该装置生产6201铝合金管材的工艺，包括如下步骤(1) 以纯度为99.99wty。工业铝，Al-Si中间合金及纯度为99.99wt。/。工业镁为合金的原料， 配制6201合金，其主要化学成分(质量分数)为Mg0.8%，Si0.7%，杂质总和=0.1%,八1余量；(2) 将熔化炉预热到70(TC，分步加入纯铝锭进行加热熔化，熔炼温度到76(TC后，加入 Al-Si中间合金，待熔体降温到72(TC后，将预处理完毕的工业纯镁压入熔体中；(3) 当金属熔化后，用JWK-702精密温度控制柜控制熔液温度，温度达到740。C时，用0.3%六氯乙烷精炼；(4) 当除气除渣完毕后，将净化后的熔体用保温毡覆盖，并快速提温至78(TC后，保温 15min;(5) 在DZJ350连续扩展成形机上，通过控制轧辊转速13r/min;辊槽冷却水流量20L/min; 辊靴间隙1.3mm;出口冷却水流量30L/min，模具预热温度520°C，可以制备①60mmx5mm 的6201铝合金管'材。最终的性能测试结果:T6态的抗拉强度达300MPa、延伸率10%，等效电导率54.38 IACS。 实施例3:本例的装置与实施例l相同，采用该装置生产6201铝合金管材的工艺，按如下步骤进行-(1) 以纯度为99.99wt。/。工业纯铝，Al-Si中间合金及纯度为99.99wt。/。工业纯镁为合金的原 料，配制6201合金，其主要化学成分(质量分数)为Mg0.8%,Si0.7%，杂质总和=0.1%^1余量；(2) 将熔化炉预热到700'C，分步加入纯铝锭进行加热熔化，熔炼温度到76(TC后，加入A1-Si 中间合金，待熔体降温到720。C后，将预处理完毕的工业纯镁压入熔体中；(3) 当金属熔化后，用JWK-702精密温度控制柜控制熔液温度，温度达到74(TC时，用0.5% 六氯乙烷精炼；(4) 当除气除渣完毕后，将净化后的熔体用保温毡覆盖，并快速提温至80(TC后，保温 15min;(5) 在DZJ350连续扩展成形机上，通过控制轧辊转速15r/min;辊槽冷却水流量25L/min; 辊靴间隙1.5mm;出口冷却水流量40L/min，模具预热温度550°C，可以制备080mmx5mm 的6201铝合金管材。最终的性能测试结果T6态的抗拉强度达320MPa、延伸率12%，等效电导率56.7 IACS。
权利要求
1、一种制备铝合金管的连续流变扩展成形方法，选用主要由水冷转动轧辊、固定靴座、挤压成形模具、背压块和基座组成的连续扩展成形装置制备铝合金管，其特征在于按如下步骤进行(1)以纯度为99.99wt％的工业铝，Al-Si中间合金及纯度为99.99wt％的工业镁为合金原料，化学成分按质量分数计Mg为0.8％，Si为0.7％，杂质总和≤0.1％，余量为Al；(2)将熔化炉预热到700℃，先加入铝锭熔化，熔炼温度到760℃后，加入Al-Si中间合金，熔体温度降到720℃后，将烘干后的镁压入熔体中；(3)当上述金属熔化后，控制温度达到740℃时，用六氯乙烷精炼；然后(4)将精炼后的金属熔体覆盖，快速提温至760℃～800℃后，保温15min；最后(5)将金属熔体经过连续扩展成形装置，制取铝合金管。
全文摘要
本发明涉及一种制备铝合金管的连续流变扩展成形方法，选用主要由水冷转动轧辊、固定靴座、挤压成形模具、背压块和基座组成的连续扩展成形装置，要点是按如下步骤进行先以化学成分按质量分数计Mg为0.8％，Si为0.7％，杂质总和≤0.1％，余量为Al组配；熔化炉预热到700℃，加入铝锭，温度到760℃加入Al-Si中间合金，温度降到720℃将镁压入熔体中；在温度到740℃时，用六氯乙烷精炼；然后将熔体覆盖，提温至760℃～800℃，保温，最后熔体经过连续扩展成形装置制取铝合金管。其管材组织均匀细小，T6态的抗拉强度达300MPa、延伸率10％，等效电导率54.38IACS。本发明优点是高效节能、工艺流程短、见效快。其产品可成为电力行业迫切需要的导电材料。
文档编号B22D1/00GK101224490SQ20081001030
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月31日 优先权日2008年1月31日
发明者周天国, 李英龙, 温景林, 管仁国, 陈彦博 申请人:东北大学