一种型材用高强度、高韧性铝合金基板及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种型材用高强度、高韧性铝合金基板，其特征在于：各组分由如下重量百分数组成：Mg：0.48％～0.60％；Si：0.48％～0.50％；Cu0.08-0.4wt％；Fe:0.35～0.42％；Sb0.05-0.5wt％；混合稀土RE：0.12％～0.20％；Sr：0.03％～0.05％；Zr：0.056～0.168％；RE+Sr+Zr总量控制在：0.19％～0.26％；余量为Al；所述铝合金基板表面至表面下1mm之间的Al3Mg2相的面积率为0.2～1％，Mg-Si金属间化合物的粒度为1.5～2.5μm，Al-Fe金属间化合物的最大长度为5μm；基板纵截面中心的Mg-Si金属间化合物的粒度为0.2～1μm；本发明铝型材基板具有高强度、高韧性的优点，并且具有非常良好的表面平滑性。
【专利说明】一种型材用高强度、高韧性铝合金基板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝合金基板及其制备方法，具体的是涉及一种型材用高强度、高韧性铝合金基板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铝合金具有密度小、比强度高、导电和导热性好、易于成形及价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。自从电解铝技术获得应用以来，世界铝业得到了迅猛的发展，铝合金已成为最常用的两种工业合金之一。同时铝合金是一种较“年轻”的金属材料，在20世纪初才开始规模化的工业应用。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为实际应用的第二大金属材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料及高效率成形工艺的结果。刘静安、刘志铭在《铝加工》2008, (2)4-8发表了 “铝合金挤压工业及技术和装备发展现状与趋势”一文，其中介绍了铝合金挤压型材在汽车、船舶、铁路、航空、航天等工业领域以及建筑等民用领域越来越显示出其重要地位。目前，国际上铝合金型材挤压技术发展迅速，世界各发达国家已装备了各种形式、各种结构、不同吨位的铝型材挤压机，铝型材挤压正在向大型化、复杂化、精密化、多品种、多规格、多用途方向发展，挤压生产也日趋连续化、自动化和专业化。目前，不仅发展了一些先进的特殊结构的大型挤压机，而且研制了多种类型的挤压结构的模具以及新的挤压工艺，并能挤压出各种外形复杂的实心和空心制品。
[0003]铝合金型材塑性加工方法常规是采用热挤压，其基本操作规程是将铝合金坯料加热到一定温度放入模具中，模具预热温度一般低于铝合金坯料加热温度，也就是说铝合金坯料心部温度明显高于铝合金坯料表面温度，加上模具内表面摩擦影响，使挤压时铝合金坯料心部金属变形流动速度明显高于坯料表面，造成显著的塑性变形不均匀，从而使得组织及性能不均匀，材料各向异性明显。尤为重要的是，在300?450°C温度挤压时，铝合金大塑性变形后发生动态回复再结晶，特别是伴随剧烈摩擦导致的显著温升，使得挤出棒材或型材晶粒粗大，导致主要性能指标如强度和伸长率较低。
[0004]我国的铝型材挤压技术起步较晚，尽管目前已有上千家生产铝型材的国有企业，拥有多台万吨挤压机，但无论从挤压产品的性能还是从生产效率和标准化程度来看，都与世界先进水平存在较大差距。要提高铝合金综合性能，最佳途径是细化铝合金组织；只有使招合金晶粒细化到10 μ m以下，才有可能大幅提闻招合金综合性能，并且还有利于后续热处理强化或二次塑性加工成型零件。近几十年来为了提高铝合金的性能，人们把注意力和努力的方向集中在两个不同但相互平行的方向:一是考虑铝合金的时效强化过程，通过加入新的合金化元素如RE (稀土),Zr.Sc和Ag等析出新的强化相来提高铝合金的性能，另一方向就是发展新的金属塑性加工工艺来控制组织进而提高合金机械性能。
[0005]以往，作为这种铝合金板，基于具有耐受镜面加工等机械加工的强度、可获得足够的表面平滑性等理由。同时，为了提高磁盘的耐冲击性，也要求基板的强度提高。加压退火是现有常规处理铝合金型材的方法，其退火温度对合金中相有很大的影响，有时在不该出现的地方析出较大粒度的Al3Mg2相(β相)，从而恶化其性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的之一在于提出型材用高强度、高韧性铝合金基板；
[0007]本发明的目的之二在于提出该型材用高强度、高韧性铝合金基板的制备方法。
[0008]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0009]各组分由如下重量百分数组成:
[0010]Mg:0.48%?0.60% ；S1:0.48%?0.50% ；Cu0.08-0.4wt% ；Fe:0.35 ?0.42% ；
Sb0.05-0.5wt % ;混合稀土 RE:0.12 % ?0.20 % ;Sr:0.03 % ?0.05 % ；Zr:0.056 ?0.168% ；RE+Sr+Zr 总量控制在:0.19%?0.26%，；余量为 Al ；
[0011]所述铝合金基板表面至表面下Imm之间的A13Mg2相的面积率为0.2?l%，Mg-Si金属间化合物的粒度为1.5?2.5 μ m, Al-Fe金属间化合物的最大长度为5 μ m ;基板纵截面中心的Mg-Si金属间化合物的粒度为0.2?I μ m。
[0012]所述混合稀土 RE为以Ce-La系混合稀土，其中Ce:85?90wt%;La:10?15wt%。
[0013]优选的各组分由如下重量百分数组成为:Mg:0.52%?0.58% ；S1:0.48 %?0.50% ；Cu0.28-0.40wt% ；Fe:0.38 ?0.40% ；Sb0.42-0.48wt% ;混合稀土 RE:0.18% ?0.20 % ；Sr:0.04 % ?0.05 % ；Zr:0.068 ?0.076 % ；RE+Sr+Zr 总量控制在:0.24 % ?0.26%,;余量为 Al ；。
[0014]型材用高强度、高韧性铝合金基板的制备方法，包括以下步骤:
[0015](I)配料:配制 Al-RE、Al-Sr、Al-Zr、Al-Sb、Al-Mg、Al-S1、Al-Fe 以及 Al-Cu 中间合金，铝采用纯度大于99.97wt%的铝锭，按照前述所需原料比例配制原料；
[0016](2)熔化:将称量好的铝锭加入竖炉中，升温，待温度升至730-758°C加入Al-Fe中间合金，待温度升至760-800 V，加入Al-Cu、Al-Mg, Al-Si中间合金，搅拌均匀，待全部融化后，在760-800°C保温20?25min，再加入Al-Sb中间合金，搅拌5?lOmin，最后加入Al-RE、Al-Sr、Al-Zr中间合金，搅拌10?15min，充分搅拌均匀；保温20?25min后，进行炉前分析，调整各元素含量在配方范围内；
[0017](3)浇注及铸造:浇注温度控制在720°C?740°C，铸造温度控制在700°C?710°C，采用连续铸造；
[0018](4)均匀化热处理:均匀化处理的温度为:520°C?530°C，处理时间为:4?6h ;均匀化处理后出炉快速冷却，冷却速度150?180°C /min,；
[0019](5)热挤压:挤压前锭坯进行快速加热，采用电磁感应进行加热，加热温度为470 V -500 °C，加热时间为50-70min ;挤压坯入口温度为460°C?490°C，出口温度为450°C?470°C，挤压速度为 12m/min ?15m/min ；
[0020](6)在线淬火:在线风冷淬火，风速为5?10m/s，大风量冷却，冷却速度为280?320 0C /min ；
[0021](7)加压退火:将步骤6得到的铝合金板进行加压退火处理，在300?320°C的温度保持I?2小时进行加压退火，之后，以冷却速度50?68°C /h进行冷却，在冷却到150°C时，以冷却速度100?120。。/h冷却至Ij 100C以下；
[0022](8)T5态时效处理:时效温度为190?205°C，时间为2?4h。
[0023]所述熔化步骤中的搅拌为电磁搅拌。
[0024]步骤(6)所述的淬火，采用强迫风冷、热水淬火和/或冷水淬火的单一的或复合冷却方式进行冷却。
[0025]本发明的效果在于:可以改善其微观组织结构进而改善综合工艺性能，从而达到提高其挤压加工性能、型材制品的力学性能以及化学物理性能，并具有显著的节能降耗效果。改善了变形的不均匀性；可大幅度细化晶粒，铝合金处理后的强韧性均有较大提高，伸长率可达到40%以上，比铝合金件伸长率有较大提高，其延伸率至少提高60%，有利于二次塑性加工成型零件。应用前景广阔。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明生产工艺流程图。
【具体实施方式】
[0027]实施例1
[0028]产品组成为:Mg:0.54% ；S1:0.48% ；Cu0.35wt% ；Fe:0.40% ；Sb0.48wt% ;混合稀土 RE:0.18% ；Sr:0.05% ；Zr:0.068% ;余量为 Al ；
[0029](I)配料:配制 Al-RE、Al-Sr、Al-Zr、Al-Sb、Al-Mg、Al-S1、Al-Fe 以及 Al-Cu 中间合金，铝采用纯度大于99.97wt%的铝锭，按照上述所需原料比例配制原料；
[0030](2)熔化:将称量好的铝锭加入竖炉中，升温，待温度升至748°C加入Al-Fe中间合金，待温度升至790°C，加入Al-Cu、Al-Mg, Al-Si中间合金，搅拌均匀，待全部融化后，在790°C保温20min，再加入Al-Sb中间合金，搅拌5min，最后加入Al-RE、Al_Sr、Al_Zr中间合金，搅拌lOmin，充分搅拌均匀；保温20min后，进行炉前分析，调整各元素含量在配方范围内；
[0031](3)浇注及铸造:浇注温度控制在720°C，铸造温度控制在710°C，采用连续铸造；
[0032](4)均匀化热处理:均匀化处理的温度为:520°C，处理时间为:4h ;均匀化处理后出炉快速冷却，冷却速度150°C /min,；
[0033](5)热挤压:挤压前锭坯进行快速加热，采用电磁感应进行加热，加热温度为470°C，加热时间为50min ;挤压坯入口温度为460°C，出口温度为460°C，挤压速度为12m/min ；
[0034](6)在线淬火:在线风冷淬火，风速为5m/s，大风量冷却，冷却速度为320°C /min ；
[0035](7)加压退火:将步骤6得到的铝合金板进行加压退火处理，在300°C的温度保持I小时进行加压退火，之后，以冷却速度50°C /h进行冷却，在冷却到150°C时，以冷却速度100C /h冷却到100°C以下；
[0036](8)T5态时效处理:时效温度为200°C，时间为2h。
[0037]本实施例的铝合金基板表面至表面下Imm之间的Al3Mg2相的面积率为0.28%，Mg-Si金属间化合物的粒度为1.5?2.5 μ m, Al-Fe金属间化合物的最大长度为5 μ m ;基板纵截面中心的Mg-Si金属间化合物的粒度为0.2?I μ m。
[0038]实施例2:
[0039]产品组成为:Mg:0.52% ；S1:0.0.50% ；Cu0.38wt% ；Fe:0.42% ；Sb0.42wt% ;混合稀土 RE:0.0.20% ；Sr:0.03% ；Zr:0.056% ;余量为 Al ；
[0040](I)配料:配制 Al-RE、Al-Sr、Al-Zr、Al-Sb、Al-Mg、Al-S1、Al-Fe 以及 Al-Cu 中间合金，铝采用纯度大于99.97wt%的铝锭，按照上述产品所需原料比例配制原料；
[0041](2)熔化:将称量好的铝锭加入竖炉中，升温，待温度升至758°C加入Al-Fe中间合金，待温度升至800°C，加入Al-Cu、Al-Mg, Al-Si中间合金，搅拌均匀，待全部融化后，在800°C保温25min，再加入Al-Sb中间合金，搅拌lOmin，最后加入Al-RE、Al_Sr、Al-Zr中间合金，搅拌15min，充分搅拌均匀；保温25min后，进行炉前分析，调整各元素含量在配方范围内；
[0042](3)浇注及铸造:浇注温度控制在740 V，铸造温度控制在710V，采用连续铸造；
[0043](4)均匀化热处理:均匀化处理的温度为:530°C，处理时间为:6h ;均匀化处理后出炉快速冷却，冷却速度180°C /min,；
[0044](5)热挤压:挤压前锭坯进行快速加热，采用电磁感应进行加热，加热温度为5000C，加热时间为70min ;挤压坯入口温度为470°C，出口温度为450°C V，挤压速度为15m/min ；
[0045](6)在线淬火:在线风冷淬火，风速为lOm/s，大风量冷却，冷却速度为320°C /min ；
[0046](7)加压退火:将步骤6得到的铝合金板进行加压退火处理，在320°C的温度保持2小时进行加压退火，之后，以冷却速度68°C /h进行冷却，在冷却到150°C时，以冷却速度120。。/h冷却到100。。以下；
[0047](8)T5态时效处理:时效温度为205°C，时间为4h。
[0048]本实施例的招合金基板表面至表面下Imm之间的Al3Mg2相的面积率为0.46%,Mg-Si金属间化合物的粒度为1.6?2.3 μ m, Al-Fe金属间化合物的最大长度为5 μ m ;基板纵截面中心的Mg-Si金属间化合物的粒度为0.4?0.9 μ m。
【权利要求】
1.一种型材用高强度、高韧性铝合金基板，其特征在于:各组分由如下重量百分数组成:
Mg:0.48 % ?0.60 % ；S1:0.48 % ?0.50 % ；Cu0.08-0.4wt % ；Fe:0.35 ?0.42 % ;Sb0.05-0.5wt % ;混合稀土 RE:0.12 % ?0.20 % ;Sr:0.03 % ?0.05 % ；Zr:0.056 ?0.168% ；RE+Sr+Zr 总量控制在:0.19%?0.26%，；余量为 Al ； 所述招合金基板表面至表面下1_之间的Al3Mg2相的面积率为0.2?IMg-Si金属间化合物的粒度为1.5?2.5 μ m，Al-Fe金属间化合物的最大长度为5 μ m ;基板纵截面中心的Mg-Si金属间化合物的粒度为0.2?I μ m。
2.根据权利要求1所述的型材用高强度、高韧性铝合金基板，其特征在于:所述混合稀土 RE 为以 Ce-La 系混合稀土，其中 Ce:85 ?90wt% ；La:10 ?15wt%。
3.根据权利要求1或2所述的型材用高强度、高韧性铝合金基板，其特征在于:各组分由如下重量百分数组成:
Mg:0.52 % ?0.58 % ；S1:0.48 % ?0.50 % ；Cu0.28-0.40wt % ；Fe:0.38 ?0.40 % ;Sb0.42-0.48wt % ；混合稀土 RE:0.18 % ?0.20 % ；Sr:0.04 % ?0.05 % ；Zr:0.068 ?0.076% ;RE+Sr+Zr 总量控制在:0.24%?0.26%，;余量为 Al ;。
4.制备权利要求1?3任一项所述型材用高强度、高韧性铝合金基板的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)配料:配制Al-RE、Al-Sr、Al-Zr、Al-Sb, Al-Mg、Al-S1、Al-Fe 以及 Al-Cu 中间合金，铝采用纯度大于99.97wt%的铝锭，按照权利要求1?3任一项所需原料比例配制原料； (2)熔化:将称量好的铝锭加入竖炉中，升温，待温度升至730-758°C加入Al-Fe中间合金，待温度升至760-800°C，加入Al-Cu、Al-Mg, Al-Si中间合金，搅拌均匀，待全部融化后，在760-800°C保温20?25min，再加入Al-Sb中间合金，搅拌5?lOmin，最后加入A1-RE、Al-Sr、Al-Zr中间合金,搅拌10?15min,充分搅拌均勻；保温20?25min后,进行炉前分析，调整各元素含量在配方范围内； (3)浇注及铸造:浇注温度控制在720V?740°C，铸造温度控制在700°C?710°C，采用连续铸造； (4)均匀化热处理:均匀化处理的温度为:520°C?530°C，处理时间为:4?6h;均匀化处理后出炉快速冷却，冷却速度150?180°C /min,； (5)热挤压:挤压前锭坯进行快速加热，采用电磁感应进行加热，加热温度为470 0C _500°C，加热时间为50-70min ;挤压坯入口温度为460°C?490°C，出口温度为450°C?470°C，挤压速度为 12m/min ?15m/min ； (6)在线淬火:在线风冷淬火，风速为5?10m/s，大风量冷却，冷却速度为280?320 0C /min ； (7)加压退火:将步骤6得到的铝合金板进行加压退火处理，在300?320°C的温度保持I?2小时进行加压退火，之后，以冷却速度50?68°C /h进行冷却，在冷却到150°C时，以冷却速度100?120。。/h冷却至Ij 100C以下； (8)T5态时效处理:时效温度为190?205°C，时间为2?4h。
5.根据权利要求4所述的型材用高强度、高韧性铝合金基板的制备方法，其特征在于:熔化步骤中的搅拌为电磁搅拌。
6.根据权利要求4所述的型材用高强度、高韧性铝合金基板的制备方法，其特征在于:步骤(6)所述的淬火，采用强迫风冷、热水淬火和/或冷水淬火的冷却方式进行冷却。
【文档编号】C22F1/043GK104513921SQ201310450374
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】张明 申请人:无锡华冶钢铁有限公司