铝合金槽型件及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种强度、耐腐蚀性能以及晶粒细化程度均良好的铝合金型材，按质量百分比计包括以下组分：Mg：1.5%～1.9%，Si：1.2%～1.4%，Mn：0.03%～0.06%，Cu：0.20%～0.50%，Fe：0.05%～0.25%，Ti：0.03%～0.08%，Cr：0.03%～0.06%，Zr：0.03%～0.06%，P：0.12%～0.20%，Sn：0.20%～0.30%，其余为Al；铝合金型材的制作过程依次包括以下步骤：1）熔炼、压铸成铝铸棒；2）挤压成型；3）时效处理；4）冷处理。本发明通过优化合金组分和熔铸、成型及淬火工艺，是的铝合金型材在制造过程中铝合金型材变形小、废品率低，节能环保，组织内部晶粒细化和均匀性较好。
【专利说明】铝合金槽型件及其制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及铝合金型材制备领域，具体涉及一种强度、耐腐蚀性能以及晶粒细化程度均良好的铝合金型材及其制备工艺。
【背景技术】
[0002]铝合金型材是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶，建筑、装修及化学工业中已大量应用；尤其随着房地产行业的火热拓展，铝合金型材已成为当前建筑中重要的外墙内地围护表现形式，体现了现代建筑的新理念，由于铝合金型材强度大，不易生锈，跟普通钢材相比，重量较轻，更加有利于建筑工程的施工建设，已得到了广泛的应用。但是现有的铝合金槽型件的强度、耐腐蚀性以及耐气候性能无法满足建筑物的要求，而且在制造过程中铝合金型材变形较大、废品率较高。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于提供一种强度、耐腐蚀性能以及晶粒细化程度均良好的铝合金槽型件及 其制备工艺，在制造过程中铝合金型材变形小、废品率低，节能环保。
[0004]为解决上述现有的技术问题，本发明采用如下方案:铝合金槽型件，按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.5% ~L 9%, Si:1.2% ~L 4%, Mn:0.03% ~0.06%, Cu:0.20% ~
0.50%, Fe:0.05% ~0.25%, T1:0.03% ~0.08%, Cr:0.03% ~0.06%, Zr:0.03% ~0.06%, P:
0.12% ~0.20%, Sn:0.20% ~0.30%，其余为 Al。
[0005]作为优选，按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.5%，S1:1.2%，Mn:0.03%, Cu:
0.20%, Fe:0.05%, Ti:0.03%, Cr:0.03%, Zr:0.03%, P:0.12%, Sn:0.20%，其余为 Al。
[0006]作为优选，按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.8%，S1:1.3%，Mn:0.04%, Cu:
0.30%, Fe:0.15%, Ti:0.06%, Cr:0.05%, Zr:0.05%, P:0.15%, Sn:0.25%，其余为 Al。
[0007]作为优选，按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.5%，S1:1.4%，Mn:0.05%, Cu:
0.40%, Fe:0.20%, Ti:0.05%, Cr:0.05%, Zr:0.04%, P:0.16%, Sn:0.24%，其余为 Al。
[0008]本发明还提供了一种上述上述铝合金槽型件的制备工艺，依次包括以下步骤:
[0009]I)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，保持熔炼炉内温度为730°C~760°C，当炉料完全熔化后，采用电磁搅拌器搅拌熔体10~20min使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，从而降低铝液中的氢含量，然后将熔体输注到温度范围在720V~740°C的静置炉中保持20~30min，最后将静置炉内的熔体铸造得到铝铸棒；
[0010]2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C 土 15°C并保温2.5~3小时、挤压模具加温到470°C ±15°C并保温2~2.5小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以300mm~500mm/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷后得到挤压型材；
[0011]3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为450~520°C、时间30~120min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为150~250°C、时间2~12h，再空冷至室温得到时效型材；
[0012]4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-200°C~-185°C，保温时间为15~45min。
[0013]作为优选，该制备工艺依次包括以下步骤:
[0014]1)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，保持熔炼炉内温度为730°C，当炉料完全熔化后，采用电磁搅拌器搅拌熔体IOmin使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，从而降低铝液中的氢含量，然后将熔体输注到温度范围在720°C的静置炉中保持20min，最后将静置炉内的熔体铸造得到铝铸棒；
[0015]2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C ±15°C并保温2.5小时、挤压模具加温到4700C ±15°C并保温2小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以300_/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到挤压型材；
[0016]3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为450°C、时间30min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为150°C、时间2h，再空冷至室温得到时效型材； [0017]4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-200°C，保温时间为15min。
[0018]作为优选，按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.9%，Si:1.4%, Mn:0.06%，Cu:
0.50%, Fe:0.25%, T1:0.08%, Cr:0.06%, Zr:0.06%, P:0.20%, Sn:0.30%，其余为 Al ;铝合金
型材的制作过程依次包括以下步骤:
[0019]I)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，保持熔炼炉内温度为760°C，当炉料完全熔化后，采用电磁搅拌器搅拌熔体20min使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，从而降低铝液中的氢含量，然后将熔体输注到温度范围在740°C的静置炉中保持30min，最后将静置炉内的熔体铸造得到铝铸棒；
[0020]2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C ±15°C并保温3小时、挤压模具加温到4700C ±15°C并保温2.5小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以500mm/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到挤压型材；
[0021]3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为520°C、时间120min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为250°C、时间12h，再空冷至室温得到时效型材；
[0022]4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-185°C，保温时间为45min。
[0023]作为优选，该制备工艺依次包括以下步骤:
[0024]I)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，保持熔炼炉内温度为740°C，当炉料完全熔化后，采用电磁搅拌器搅拌熔体15min使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，从而降低铝液中的氢含量，然后将熔体输注到温度范围在730°C的静置炉中保持25min，最后将静置炉内的熔体铸造得到铝铸棒；
[0025]2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C ±15°C并保温2.5小时、挤压模具加温到4700C 土 15°C并保温2.5小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以400mm/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到挤压型材；
[0026]3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为500°C、时间80min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为200°C、时间6h，再空冷至室温得到时效型材；
[0027]4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-190°C，保温时间为30min。
[0028]作为优选，该制备工艺依次包括以下步骤:
[0029]I)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，保持熔炼炉内温度为730°C，当炉料完全熔化后，采用电磁搅拌器搅拌熔体20min使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，从而降低铝液中的氢含量，然后将熔体输注到温度范围在720°C的静 置炉中保持30min，最后将静置炉内的熔体铸造得到铝铸棒；
[0030]2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C ±15°C并保温3小时、挤压模具加温到4700C ±15°C并保温2小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以500_/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到挤压型材；
[0031]3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为520°C、时间60min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为200°C、时间8h，再空冷至室温得到时效型材；
[0032]4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-185°C，保温时间为45min。
[0033]有益效果:
[0034]本发明采用上述技术方案提供的铝合金槽型件及其制备工艺，通过对合金元素的合理优化匹配，提高铝合金型材的强度、耐腐蚀性能和耐气候性能等，使室温抗拉强度可达480~530MPa，平均晶粒尺寸可达0.018~0.035mm,通过控制型材挤出速度和挤压压力，在水冷状态下，型材废品率大为降低、成型稳定，且增加了铝材料的内部组织的均匀性与晶粒的细化，改善了铝合金槽型件的质量与加工性能。
【具体实施方式】
[0035]实施例一:铝合金槽型件，按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.5%，S1:1.2%，Mn:
0.03%, Cu:0.20%, Fe:0.05%, Ti:0.03%, Cr:0.03%, Zr:0.03%, P:0.12%, Sn:0.20%,其余为Al ;该铝合金槽型件的制作过程依次包括以下步骤:1)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，保持熔炼炉内温度为730°C，当炉料完全熔化后，采用电磁搅拌器搅拌熔体IOmin使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，从而降低铝液中的氢含量，然后将熔体输注到温度范围在720°C的静置炉中保持20min，最后将静置炉内的熔体铸造得到铝铸棒；2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C ±15°C并保温2.5小时、挤压模具加温到4701: ± 15°C并保温2小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以300mm/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到挤压型材；3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为450°C、时间30min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为150°C、时间2h，再空冷至室温得到时效型材；4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-200°C，保温时间为15min。
[0036]实施例二:与实施例一的不同之处在于，按质量百分比计包括以下组分:Mg:
1.9%, Si:1.4%, Mn:0.06%, Cu:0.50%, Fe:0.25%, T1:0.08%, Cr:0.06%, Zr:0.06%, P:0.20%,Sn:0.30%，其余为Al ;该铝合金槽型件的制作过程依次包括以下步骤:1)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，保持熔炼炉内温度为760°C，当炉料完全熔化后，采用电磁搅拌器搅拌熔体20min使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，然后将熔体输注到温度范围在740°C的静置炉中保持30min从而降低铝液中的氢含量，最后将静置炉内的熔体铸造得到铝铸棒；2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C ±15°C并保温3小时、挤压模具加温到470°C ±15°C并保温2.5小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以500mm/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到挤压型材；3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为520°C、时间120min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为250°C、时间12h，再空冷至室温得到时效型材；4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-185°C，保温时间为45min。
[0037]实施例三:与实施例一的不同之处在于，按质量百分比计包括以下组分:Mg:
1.8%, Si:1.3%, Mn:0.04%, Cu`:0.30%, Fe:0.15%, T1:0.06%, Cr:0.05%, Zr:0.05%, P:0.15%,Sn:0.25%，其余为Al ;该铝合金槽型件的制作过程依次包括以下步骤:1)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，保持熔炼炉内温度为740°C，当炉料完全熔化后，采用电磁搅拌器搅拌熔体15min使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，从而降低铝液中的氢含量，然后将熔体输注到温度范围在730°C的静置炉中保持25min，最后将静置炉内的熔体铸造得到铝铸棒；2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C ±15°C并保温2.5小时、挤压模具加温到470°C ±15°C并保温
2.5小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以400mm/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到挤压型材；3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为500°C、时间80min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为200°C、时间6h，再空冷至室温得到时效型材；4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-190°C，保温时间为30mino
[0038]实施例四:与实施例一的不同之处在于，按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.5%, Si:1.4%, Mn:0.05%, Cu:0.40%, Fe:0.20%, T1:0.05%, Cr:0.05%, Zr:0.04%, P:0.16%,Sn:0.24%，其余为Al ;该铝合金槽型件的制作过程依次包括以下步骤:1)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，保持熔炼炉内温度为730°C，当炉料完全熔化后，采用电磁搅拌器搅拌熔体20min使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，然后将熔体输注到温度范围在720°C的静置炉中保持30min，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，从而降低铝液中的氢含量，最后在静置炉内铸造得到铝铸棒；
[0039]2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C ±15°C并保温3小时、挤压模具加温到4700C ±15°C并保温2小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以500_/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到挤压型材；3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为520°C、时间60min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为200°C、时间8h，再空冷至室温得到时效型材；4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-185 °C，保温时间为45min。
[0040]本发明中，铝合金槽型件为V型槽结构，其横截面呈V形，本发明通过优化合金组分和熔铸、成型及淬火工艺，使得制得的铝合金槽型件合金晶粒组织深度细化，所得产品室温抗拉强度可达450~500MPa，伸长率可达5~7%，平均晶粒尺寸可达0.018~0.035mm ；其中，Ti具有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度的特点，用于铝合金中，可耐二三百度的高温，同时还能经受住零下一百多度的考验，在这种低温下，仍旧有很好的韧性而不发脆；本发明中添加适量的Fe，有助于压铸，但Fe含量不应过多，否则会生成金属化合物，形成硬点，并且含铁量过1.2%时，会降低合金流动性，损害铸件的品质，缩短压铸设备中金属组件的寿命 ；Cr具有延展性，在常温下对氧和湿气都是稳定的，不易生锈，用作铝合金的添加剂，可耐光、耐热，在铝合金的表面形成抗腐蚀的表层，并且光亮美观，而且可阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性；Zr具有优良的抗腐蚀性能和耐高温性能，不易生锈，在铝合金的表面易形成一层氧化膜，并且具有光泽；Mn能改善合金的高温强度，能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒，P、Sn能改善切削性能。
【权利要求】
1.铝合金槽型件，其特征在于:按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.5%~1.9%，Si:1.2% ~1.4%, Mn:0.03% ~0.06%, Cu:0.20% ~0.50%, Fe:0.05% ~0.25%, T1:0.03% ~0.08%, Cr:0.03% ~0.06%, Zr:0.03% ~0.06%, P:0.12% ~0.20%, Sn:0.20% ~0.30%,其余为Al。
2.根据权利要求1所述的铝合金槽型件，其特征在于:按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.5%, S1:1.2%, Mn:0.03%, Cu:0.20%, Fe:0.05%, T1:0.03%, Cr:0.03%, Zr:0.03%, P:0.12%, Sn:0.20%，其余为 Al。
3.根据权利要求1所述的铝合金槽型件，其特征在于:按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.9%, S1:1.4%, Mn:0.06%, Cu:0.50%, Fe:0.25%, T1:0.08%, Cr:0.06%, Zr:0.06%, P:0.20%, Sn:0.30%，其余为 Al。
4.根据权利要求1所述的铝合金槽型件，其特征在于:按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.8%, S1:1.3%, Mn:0.04%, Cu:0.30%, Fe:0.15%, T1:0.06%, Cr:0.05%, Zr:0.05%, P:0.15%, Sn:0.25%，其余为 Al。
5.根据权利要求1所述的铝合金槽型件，其特征在于:按质量百分比计包括以下组分:Mg:1.5%, S1:1.4%, Mn:0.05%, Cu:0.40%, Fe:0.20%, T1:0.05%, Cr:0.05%, Zr:0.04%, P:0.16%, Sn:0.24%，其余为 Al。
6.如权利要求1至5任一所述的铝合金槽型件的制备工艺，其特征在于:制作过程依次包括以下步骤: 1)熔炼、压铸成铝铸棒:将上述原料加入熔炼炉，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为730°C~760°C，采用电磁搅拌器搅拌熔体10~20min使熔池里各处温度均匀一致，再利用精炼剂对铝合金熔体进行精炼处理，然后将熔体输注到温度范围在720°C~740°C的静置炉中保持20~30min，然后利用氩气将铝合金熔体中的氢及细小杂质带到表面，从而降低铝液中的氢含量，最后在静置炉内铸造得到铝铸棒； 2)将铝铸棒在惰性气体中加温到460°C±15°C并保温2.5~3小时、挤压模具加温到4700C ±15°C并保温2~2.5小时，然后将铝棒和模具装载入挤压机中，以300mm~500mm/分钟的速度挤出，其中挤压机的挤压时压力控制为180±20kg/m2，水冷得到挤压型材； 3)对挤压型材进行一级时效热处理，温度为450~520°C、时间30~120min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为150~250°C、时间2~12h，再空冷至室温得到时效型材； 4)时效型材重新固溶淬火后20分钟内，置于液氮中进行冷处理后得到铝合金槽型件，其中，冷处理温度为-200°C~-185°C，保温时间为15~45min。
【文档编号】C22C21/08GK103667820SQ201310602959
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】茹林宝 申请人:茹林宝