一种铝合金棒材及其制备方法与流程

本发明涉及建筑工程材料技术领域，具体的说，是一种铝合金棒材及其制备方法。

背景技术：

随着人们生活方式日益丰富多样，对于建筑质量要求的提高更显得尤为突出，现今所用的门窗有金属制的、塑料制、木制等几种，制作门窗的材料成为主要研究的对象。由于铝合金比强度高、易于成形、导热性好、价格较低，在交通运输、建筑、包装、通讯、航天航空、军事及电子工业等领域获得了广泛的应用，是除了铁之外用量最多的金属材料，是国民经济不可或缺的基础原材料。特别是进入21世纪后，面对资源与环境问题的严峻挑战，世界各国对材料的选择正从传统的钢铁材料向轻合金及其复合材料、高分子及其复合材料、陶瓷及其复合材料转移，其中尤以轻合金材料为主，而在轻合金材料中，镁合金虽然密度比铝合金小，但镁锭成本较高，与铁易发生电偶腐烛，且零件制造过程中还有许多亟待解决的技术障碍，而铝合金以其来源广，制造技术相对成熟，零件制造成本较低，且机械强度较高，有的可同中碳钢相比，因此，铝合金将成为未来工业的首选金属材料，并且呈现出突飞猛进地发展趋势，是具有广泛应用前景的轻金属材料。

当下，铝合金在建筑上的运用越来月广泛，可用于制作门窗的型材，铝及其合金由于其优良的性能，在使用中几乎不被腐蚀，延长了门窗的使用寿命降低了成本，同时由于铝及其合金可以被无限次的回收和利用，每次回收所消耗的能量仅是原铝生产的5％，同时，铝合金门窗型材力学性能优秀，抗风压性能好，因此在门窗行业，铝合金型材得到广泛应用。

但是当前门窗行业制备种所用的铝合金，其、强度、硬度、抗氧化性和抗腐蚀性等性能仍有进一步提升的空间，并且加工过程仍存在效率不够高，铸锭或铸棒的晶粒粗大，性能差、铸造缺陷多，利用率低等问题。为后续加工过程带来许多的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种铝合金棒材及其制备方法，能够显著提高门窗用铝合金材料的性能，实现晶粒细化，降低缩孔缩松等铸造缺陷，使棒材的利用率明显提高。

本发明完整的技术方案包括：

一种铝合金棒材，其特征在于，所述的铝合金棒材的组分为：以重量份计，Si：10.8－11.5份，Mg：0.4－0.75份，Mn：0.3份，Zn：2.25－2.45份、Cu：3.55－3.74份，B：0.075－0.15份，Ca：0.081－0.093份，Fe：1.52－1.64份、Ti：0.5－0.9份，V：0.02－0.04％，Cr：1.13－1.15％，Ni：14.3－14.5％，稀土元素0.93－0.98份，Al：75－80份；

所述的稀土元素中，按重量百分含量含有如下组分：La：19.2－19.5％，Nd：17.6－19.9％，余量为Ce。

上述铝合金棒材的制备方法，包括如下步骤：

称取上述重量份的各种原料组分备好，

取上述组分中的Si、Fe、Mg、Cu并混合，并加入占上述四种合金总重量1/3-1/2重量的铝，熔化冷却，得到第一中间合金块；

取上述组分中的Ti、B并混合，并加入与上述两种合金总重量相同的铝，熔化冷却，得到第二中间合金块；

将其余的铝加热至700-720℃熔化，保温10-15分钟，加入制得的第一中间合金块、搅拌5分钟后静置10分钟，加入第二中间合金块，搅拌5分钟后静置10分钟，再加入其余合金配料成分，通入精炼剂进行精炼、扒渣，静置除气5分钟，再对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；

将铝液温度降至680－690℃浇注至模具中，所述模具内径为100－200mm，高度为400－600mm，内腔具有3－5°的锥度，所述模具顶部的壁厚为10－15mm，底部壁厚为20－25mm，且壁厚沿自上而下方向均匀增加，浇注时模具周围采用电阻炉保温，使模具上部温度为350℃，下部温度为100℃，模具自下而上具有4－6℃/cm的温度梯度，冷却；

热处理后对表面机加工，去除表面氧化皮后得到所述的铝合金棒材。

本发明相对于现有技术的优点在于：采用合理组分的铝合金配比，提高了铝合金的硬度和强度和易加工性，采用Al-Ti-B中间合金细化和稀土细化的复合细化方式，使铝合金的等轴晶比例大，晶粒细小，加工过程模具内腔具有锥度，使内腔上部的面积大于下部，利于气体的排出，减少了气孔缺陷，模具具有自下而上的温度梯度，同时模具顶部壁厚小于底部，使底部具有更大的蓄热系数，保证棒材的顺序凝固，使中心部位不产生缩孔缩松，提高了利用率。

附图说明

图1为本发明所用模具的结构示意图。

图中：1为模具内壁，2为模具外壁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种铝合金棒材，其特征在于，所述的铝合金棒材的组分为：以重量份计，Si：10.8－11.5份，Mg：0.4－0.75份，Mn：0.3份，Zn：2.25－2.45份、Cu：3.55－3.74份，B：0.075－0.15份，Ca：0.081－0.093份，Fe：1.52－1.64份、Ti：0.5－0.9份，V：0.02－0.04％，Cr：1.13－1.15％，Ni：14.3－14.5％，稀土元素0.93－0.98份，Al：75－80份；

所述的稀土元素中，按重量百分含量含有如下组分：La：19.2－19.5％，Nd：17.6－19.9％，余量为Ce。

(1)称取所述重量份的各种原料组分备好；

(2)取上述组分中的Si、Fe、Mg、Cu并混合，并加入占上述四种合金总重量1/3-1/2，优选1/3的铝，熔化冷却，得到第一中间合金块；

(3)取上述组分中的Ti、B并混合，并加入与上述两种合金总重量相同的铝，熔化冷却，得到第二中间合金块；

(4)将其余的铝加热至700-720℃熔化，保温10-15分钟，加入制得的第一中间合金块、搅拌5分钟后静置10分钟，加入第二中间合金块，搅拌5分钟后静置10分钟，再加入其余合金配料成分，通入精炼剂进行精炼、扒渣，静置除气5分钟，再对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料；

(5)将铝液温度降至680－690℃浇注至模具中，所述模具内径为100－200mm，高度为400－600mm，并且如图1所示，内壁1的纵截面形状为倒梯形，内腔具有3－5°的锥度，所述模具顶部的壁厚为10－15mm，底部壁厚为20－25mm，且壁厚沿自上而下方向均匀增加，即模具外壁2的纵截面形状为梯形，浇注时模具周围采用电阻炉保温，使模具上部温度为350℃，下部温度为100℃，模具自下而上具有4－6℃/cm的温度梯度，冷却；

(6)热处理后对表面机加工，去除表面氧化皮后得到所述的铝合金棒材。

随后利用上述棒材进行铝合金门窗型材的挤压制备：

(1)将铝合金棒材超声波清洗后，放入电阻炉中，加热至550℃－600℃；

(2)将挤压成型机的挤压模具在电阻炉内加热至300℃－330℃，保温后加入润滑剂；

(3)将加热后的铝合金棒材放入挤压成型机的挤压模具中进行挤压成型，挤压速度为3.2m/min－3.5m/min，得到铝合金型材；

(4)挤压后采用喷水和浸水冷却淬火，使制品冷却至180℃－200℃；

(5)经过时效处理后喷涂金属和陶瓷复合涂层，喷涂后，将铝合金型材烘烤后制得成品；所述的涂层的成分按重量百分比为：碳：0.2-0.4％，镁：1.1-1.3％，铬：4.5-4.8％，钒：3.4-3.7％，镍：11.5-12.8％，氧化钙：4.4-4.6％，氧化镁：3.6-3.8％，余量为铁。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。