本发明涉及铝合金加工
技术领域：
，具体涉及一种门框用高强度铝合金及其制备工艺。
背景技术：
铝合金门框是将表面处理过的铝合金型材，经下料、打孔、铣槽、攻丝、制作等加工工艺面制作成的门框构件，再用连接件、密封材料和开闭五金配件一起组合装配而成。由于是直接采用铝合金制成，这就要求用于制作门框铝合金具有较高的强度、断裂韧性和优异的抗腐蚀性能，以提高冲击吸收特性、抗弯折破碎性和耐持久性等。但目前铝合金门框在使用时极容易被外物挂刮坏，从而导致整个铝合金门框被空气以及其他物质腐蚀，从而导致整个铝合金门框的老化、损坏，使用寿命变短，频繁的更换门框又增加了成本。针对上述问题，对现有技术进行了检索，在中国发明专利申请201410816597.7（公开日2015年4月22日）披露了一种耐腐蚀铝合金用门框，包括铝合金本体以及涂覆在铝合金本体表面的防护涂料，所述铝合金由铝和铜高温熔融而成，所述防护涂料由乙丙橡胶、分散剂、填充剂以及增粘剂组成，所述分散剂为乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，所述填充剂为滑石粉，所述增黏剂为亚乙基双硬脂酸酰胺，所述防护涂料中各成分所占重量百分比分别为：所述乙丙橡胶占66%-81%，所述乙烯-丙烯酸乙酯共聚物占3%-8%，所述滑石粉占15%-21%，所述亚乙基双硬脂酸酰胺占1%-5%。本发明铝合金本身性能稳定，表面通过防护涂料具有耐腐蚀性好，强度高，质量稳定，成本低，使用效果好的特点。但该铝合金本身抗腐蚀能力不足，仅靠表面涂覆的涂料来进行保护，难以起到保护作用，同时，涂料相对铝合金本身老化速度更快，从而难以形成对铝合金本体的有效保护，并且，该铝合金本体组成成分简单，强度低。而在中国发明专利申请201611140842.2（公开日2017年6月9日）披露了一种耐腐蚀的铝合金门窗，包括铝合金本体及铝合金表面的耐腐蚀涂料，所述的铝合金由铝、钛、镍、铬熔融而成，所述耐腐蚀涂料由氯化聚烯烃涂料、填充剂、塑化剂以及偶联剂组成，所述的氯化聚烯烃涂料为氯化橡胶、高氯化聚乙烯或氯化聚丙烯中的一种，所述的填充剂为氧化铝，所述的塑化剂为临苯二甲酸二辛酯。本发明铝合金本身机械性能良好，且具有一定的耐腐蚀性，表面通过耐腐蚀涂料进行进一步防护，具有防酸碱腐蚀、不易损坏、使用寿命长的特点。该铝合金门窗耐腐蚀性能得到一定的提升，但依然存在抗腐蚀能力不足问题，同时，也存在着强度低的问题。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术的问题，提供一种门框用高强度铝合金及其制备方法，其通过在铝合金中复合添加co、v、ti、nb元素和设计特定的制备工艺参数，抑制再结晶和晶粒长大，使铝合金型材沿挤压方向上获得单一的纤维状晶粒组织，提高铝合金的强度和抗腐蚀性能。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：一种门框用高强度铝合金，由以下重量比的原料组成：si0.55-0.57％、mg0.56-0.58％、zn0.22-0.24％、co0.35-0.37％、v0.09-0.11％、ti0.12-0.14％、nb0.03-0.05%、cr0.23-0.25%、ce0.02-0.04%、sc0.01-0.03%，余量为铝和不可避免的其他杂质。优选的，配方比例重量百分比计如下：si0.56％、mg0.57％、zn0.23％、co0.36％、v0.10％、ti0.13％、nb0.04%、cr0.24%、ce0.03%、sc0.02%，余量为铝和不可避免的其他杂质。本发明还提供了上述门框用高强度铝合金的制备工艺，包括以下步骤：（1）将铝锭投入到炉内加温至720-740℃，保温至铝锭熔化；（2）在700-720℃时将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌20-25分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；（3）将步骤（2）铝溶液升温至740-760℃，加入si、mg、zn、co、cr，搅拌20-30分钟使合金元素全部熔化得铝合金液；（4）铝合金液温度720-740℃时采用高纯氩气喷粉精炼，精炼时间为35-45min，精炼完后将液面浮渣扒除；（5）将上述精炼后的铝合金液中加入ce、sc，并将炉温控制在760-780℃，保温20-25min，全程吹氩气搅拌；（6）将步骤（5）中的铝合金液在温度为720-760℃时浇铸成铸锭备用；浇铸过程中加入v、ti、nb对铸锭晶粒细化，加入速度为2-3m/min；在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，并使精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为120-160转/分钟、氩气流量为1-3立方米/小时的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理，进一步净化熔体，最后得到铝合金铸锭；（7）将铝合金铸锭进行均质化处理；（8）将经过均质化处理铝合金铸锭放置在空气加热炉中加热至440-450℃，按照挤压速度不大于0.9mm/s、挤压比35-45条件下挤压成铝合金棒材，然后穿水冷却至室温；（9）采用t6热处理方法对铝合金环件进行热处理；（10）将步骤（9）中的铝合金环件进行探伤处理、机械性能的测定分析，最终制备得到合格产品。优选的，所述步骤（4）、步骤（5）和步骤（6）中的氩气为纯度≥99.7%的高纯氩气。优选的，所述步骤（2）中的打渣剂加入量占铝锭质量的0.3-0.5%。优选的，所述步骤（5）中氩气流量为14-16l/min，氩气压力为0.4-0.6mpa。优选的，所述步骤（6）中的泡沫陶瓷过滤板的孔隙度为45-55ppi。优选的，所述步骤（6）中的泡沫陶瓷过滤板为40ppi和60ppi双层陶瓷。优选的，所述步骤（7）中采用双级均质处理工艺对铸锭均质化处理：先将铝合金铸棒加温至520-540℃，保温2小时；然后快速升温至560-580℃，保温1小时；保温结束后的铝合金铸锭迅速转移至冷却室内进行冷却处理，其转移时间不大于10秒；使用喷雾冷却的方式，30min内将铝合金铸棒冷却至250℃以下，铝合金铸锭温度达到室温后，再移出冷却室，铝合金铸锭即处优选的，所述步骤（9）中t6热处理具体工艺为：固溶温度为520-540℃，保温1-3小时，冷却转移时间不大于15秒，时效工艺在淬火后5小时内进行，时效温度温190-210℃，时间为5-8小时。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：（1）本发明通过设计特定的合金成分组成，解决了铝合金的强度与断裂韧性和抗腐蚀性能之间的矛盾关系，使铝合金同时具有高强度、高断裂韧性和优异抗腐蚀性能的优点。（2）本发明通过严格控制铸造工艺和热处理工艺，使得铝合金晶粒度能够达到一级晶粒(按照gb/t3246.2标准检验，晶粒平均面积≤0.023mm2)，从而使得本发明铝合金具有高强度、高抗冲击韧性和优异的抗疲劳能力。（3）本发明通过co、v、ti、nb元素可以抑制再结晶和晶粒长大，并通过严格控制铝合金的均匀化和挤压工艺，使铝合金型材沿挤压方向上获得单一的纤维状晶粒组织，实现强度、断裂韧性和抗腐蚀性能同时大幅提高。（4）本发明通过ce、sc，可以进一步细化晶粒，提高合金力学性能。具体实施方式以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。实施例1本实施例的门框用高强度铝合金，配方比例重量百分比计如下：si0.54％、mg0.55％、zn0.21％、co0.34％、v0.08％、ti0.11％、nb0.02%、cr0.22%、ce0.02%、sc0.01%，余量为铝和不可避免的其他杂质。本发明还提供了上述门框用高强度铝合金的制备工艺，包括以下步骤：（1）将铝锭投入到炉内加温至720-740℃，保温至铝锭熔化；（2）在700-720℃时将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌20-25分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；（3）将步骤（2）铝溶液升温至740-760℃，加入si、mg、zn、co、cr，搅拌20-30分钟使合金元素全部熔化得铝合金液；（4）铝合金液温度720-740℃时采用高纯氩气喷粉精炼，精炼时间为35-45min，精炼完后将液面浮渣扒除；（5）将上述精炼后的铝合金液中加入ce、sc，并将炉温控制在760-780℃，保温20-25min，全程吹氩气搅拌；（6）将步骤（5）中的铝合金液在温度为720-760℃时浇铸成铸锭备用；浇铸过程中加入v、ti、nb对铸锭晶粒细化，加入速度为2-3m/min；在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，并使精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为120-160转/分钟、氩气流量为1-3立方米/小时的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理，进一步净化熔体，最后得到铝合金铸锭；（7）将铝合金铸锭进行均质化处理；（8）将经过均质化处理铝合金铸锭放置在空气加热炉中加热至440-450℃，按照挤压速度不大于0.9mm/s、挤压比35-45条件下挤压成铝合金棒材，然后穿水冷却至室温；（9）采用t6热处理方法对铝合金环件进行热处理；（10）将步骤（9）中的铝合金环件进行探伤处理、机械性能的测定分析，最终制备得到合格产品。其中，所述步骤（4）、步骤（5）和步骤（6）中的氩气为纯度≥99.7%的高纯氩气。其中，所述步骤（2）中的打渣剂加入量占铝锭质量的0.3-0.5%。其中，所述步骤（5）中氩气流量为14-16l/min，氩气压力为0.4-0.6mpa。其中，所述步骤（6）中的泡沫陶瓷过滤板的孔隙度为45-55ppi。其中，所述步骤（6）中的泡沫陶瓷过滤板为40ppi和60ppi双层陶瓷。其中，所述步骤（7）中采用双级均质处理工艺对铸锭均质化处理：先将铝合金铸棒加温至520-540℃，保温2小时；然后快速升温至560-580℃，保温1小时；保温结束后的铝合金铸锭迅速转移至冷却室内进行冷却处理，其转移时间不大于10秒；使用喷雾冷却的方式，30min内将铝合金铸棒冷却至250℃以下，铝合金铸锭温度达到室温后，再移出冷却室，铝合金铸锭即处其中，所述步骤（9）中t6热处理具体工艺为：固溶温度为520-540℃，保温1-3小时，冷却转移时间不大于15秒，时效工艺在淬火后5小时内进行，时效温度温190-210℃，时间为5-8小时。实施例2本实施例的门框用高强度铝合金，配方比例重量百分比计如下：si0.58％、mg0.60％、zn0.25％、co0.38％、v0.12％、ti0.15％、nb0.05%、cr0.26%、ce0.04%、sc0.03%，余量为铝和不可避免的其他杂质。本发明还提供了上述门框用高强度铝合金的制备工艺，包括以下步骤：（1）将铝锭投入到炉内加温至720-740℃，保温至铝锭熔化；（2）在700-720℃时将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌20-25分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；（3）将步骤（2）铝溶液升温至740-760℃，加入si、mg、zn、co、cr，搅拌20-30分钟使合金元素全部熔化得铝合金液；（4）铝合金液温度720-740℃时采用高纯氩气喷粉精炼，精炼时间为35-45min，精炼完后将液面浮渣扒除；（5）将上述精炼后的铝合金液中加入ce、sc，并将炉温控制在760-780℃，保温20-25min，全程吹氩气搅拌；（6）将步骤（5）中的铝合金液在温度为720-760℃时浇铸成铸锭备用；浇铸过程中加入v、ti、nb对铸锭晶粒细化，加入速度为2-3m/min；在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，并使精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为120-160转/分钟、氩气流量为1-3立方米/小时的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理，进一步净化熔体，最后得到铝合金铸锭；（7）将铝合金铸锭进行均质化处理；（8）将经过均质化处理铝合金铸锭放置在空气加热炉中加热至440-450℃，按照挤压速度不大于0.9mm/s、挤压比35-45条件下挤压成铝合金棒材，然后穿水冷却至室温；（9）采用t6热处理方法对铝合金环件进行热处理；（10）将步骤（9）中的铝合金环件进行探伤处理、机械性能的测定分析，最终制备得到合格产品。其中，所述步骤（4）、步骤（5）和步骤（6）中的氩气为纯度≥99.7%的高纯氩气。其中，所述步骤（2）中的打渣剂加入量占铝锭质量的0.3-0.5%。其中，所述步骤（5）中氩气流量为14-16l/min，氩气压力为0.4-0.6mpa。其中，所述步骤（6）中的泡沫陶瓷过滤板的孔隙度为45-55ppi。其中，所述步骤（6）中的泡沫陶瓷过滤板为40ppi和60ppi双层陶瓷。其中，所述步骤（7）中采用双级均质处理工艺对铸锭均质化处理：先将铝合金铸棒加温至520-540℃，保温2小时；然后快速升温至560-580℃，保温1小时；保温结束后的铝合金铸锭迅速转移至冷却室内进行冷却处理，其转移时间不大于10秒；使用喷雾冷却的方式，30min内将铝合金铸棒冷却至250℃以下，铝合金铸锭温度达到室温后，再移出冷却室，铝合金铸锭即处其中，所述步骤（9）中t6热处理具体工艺为：固溶温度为520-540℃，保温1-3小时，冷却转移时间不大于15秒，时效工艺在淬火后5小时内进行，时效温度温190-210℃，时间为5-8小时。实施例3本实施例的门框用高强度铝合金，配方比例重量百分比计如下：si0.56％、mg0.57％、zn0.23％、co0.36％、v0.10％、ti0.13％、nb0.04%、cr0.24%、ce0.03%、sc0.02%，余量为铝和不可避免的其他杂质。本发明还提供了上述门框用高强度铝合金的制备工艺，包括以下步骤：（1）将铝锭投入到炉内加温至720-740℃，保温至铝锭熔化；（2）在700-720℃时将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌20-25分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；（3）将步骤（2）铝溶液升温至740-760℃，加入si、mg、zn、co、cr，搅拌20-30分钟使合金元素全部熔化得铝合金液；（4）铝合金液温度720-740℃时采用高纯氩气喷粉精炼，精炼时间为35-45min，精炼完后将液面浮渣扒除；（5）将上述精炼后的铝合金液中加入ce、sc，并将炉温控制在760-780℃，保温20-25min，全程吹氩气搅拌；（6）将步骤（5）中的铝合金液在温度为720-760℃时浇铸成铸锭备用；浇铸过程中加入v、ti、nb对铸锭晶粒细化，加入速度为2-3m/min；在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，并使精炼后的铝合金液依次流过设置在流槽上旋转速度为120-160转/分钟、氩气流量为1-3立方米/小时的除气机和泡沫陶瓷过滤板，进行在线除气过滤处理，进一步净化熔体，最后得到铝合金铸锭；（7）将铝合金铸锭进行均质化处理；（8）将经过均质化处理铝合金铸锭放置在空气加热炉中加热至440-450℃，按照挤压速度不大于0.9mm/s、挤压比35-45条件下挤压成铝合金棒材，然后穿水冷却至室温；（9）采用t6热处理方法对铝合金环件进行热处理；（10）将步骤（9）中的铝合金环件进行探伤处理、机械性能的测定分析，最终制备得到合格产品。其中，所述步骤（4）、步骤（5）和步骤（6）中的氩气为纯度≥99.7%的高纯氩气。其中，所述步骤（2）中的打渣剂加入量占铝锭质量的0.3-0.5%。其中，所述步骤（5）中氩气流量为14-16l/min，氩气压力为0.4-0.6mpa。其中，所述步骤（6）中的泡沫陶瓷过滤板的孔隙度为45-55ppi。其中，所述步骤（6）中的泡沫陶瓷过滤板为40ppi和60ppi双层陶瓷。其中，所述步骤（7）中采用双级均质处理工艺对铸锭均质化处理：先将铝合金铸棒加温至520-540℃，保温2小时；然后快速升温至560-580℃，保温1小时；保温结束后的铝合金铸锭迅速转移至冷却室内进行冷却处理，其转移时间不大于10秒；使用喷雾冷却的方式，30min内将铝合金铸棒冷却至250℃以下，铝合金铸锭温度达到室温后，再移出冷却室，铝合金铸锭即处其中，所述步骤（9）中t6热处理具体工艺为：固溶温度为520-540℃，保温1-3小时，冷却转移时间不大于15秒，时效工艺在淬火后5小时内进行，时效温度温190-210℃，时间为5-8小时。对比例1本对比例例的门框用高强度铝合金，配方比例重量百分比计如下：si0.54％、mg0.55％、zn0.21％、co0.30％、v0.05％、ti0.09％、nb0.01%、cr0.22%、ce0.02%、sc0.01%，余量为铝和不可避免的其他杂质。其制备工艺与实施例1一致。对比例2本对比例的门框用高强度铝合金，配方比例重量百分比计如下：si0.58％、mg0.60％、zn0.25％、co0.40％、v0.13％、ti0.16％、nb0.06%、cr0.26%、ce0.04%、sc0.03%，余量为铝和不可避免的其他杂质。其制备工艺与实施例1一致。对比例3本对比例的门框用高强度铝合金，配方比例重量百分比计如下：si0.56％、mg0.57％、zn0.23％、co0.36％、v0.10％、ti0.13％、nb0.04%、cr0.24%、ce0.02%、sc0.01%，余量为铝和不可避免的其他杂质。其制备工艺与实施例1一致对比例4本实施例的门框用高强度铝合金，配方比例重量百分比计如下：si0.56％、mg0.57％、zn0.23％、co0.36％、v0.10％、ti0.13％、nb0.04%、cr0.24%、ce0.03%、sc0.02%，余量为铝和不可避免的其他杂质。其制备工艺与实施例1一致。实验例对于上述实施例1-3和对比例1-3所制得的铝合金环件进行抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断裂韧性及抗应力腐蚀性能测试，具体结果见表1。表1测试项目抗拉强度（mpa）屈服强度（mpa）断后伸长率（%）断裂韧性（kic）抗应力腐蚀（天）实施例1393.5358.417.538.938实施例2396.7363.617.940.540实施例3403.5369.118.642.741对比例1324.6315.612.624.628对比例2338.7319.613.528.932对比例3345.6323.714.132.634对比例4353.8328.514.634.736由表1可知，表明本发明所制备铝合金环件具有高强度、高断裂韧性和高抗腐蚀性能的优点，而由对比例1-4可知，添加的合金元素co、v、ti、nb、cr、ce及sc的含量的过高或过低都会影响到铝合金环件的都会降低铝合金环件的强度、断裂韧性及抗腐蚀性等性能。综上所述，本发明的创造性主要体现在以下几点：（1）本发明通过设计特定的合金成分组成，解决了铝合金型材的强度与断裂韧性和抗腐蚀性能之间的矛盾关系，使铝合金型材同时具有高强度、高断裂韧性和优异抗腐蚀性能的优点。（2）本发明通过严格控制铸造工艺和热处理工艺，使得铝合金晶粒度能够达到一级晶粒(按照gb/t3246.2标准检验，晶粒平均面积≤0.026mm2)，从而使得本发明铝合金具有高强度、高抗冲击韧性和优异的抗疲劳能力。（3）本发明通过co、v、ti、nb元素可以抑制再结晶和晶粒长大，并通过严格控制铝合金的均匀化和挤压工艺，使铝合金型材沿挤压方向上获得单一的纤维状晶粒组织，实现强度、断裂韧性和抗腐蚀性能同时大幅提高。（4）本发明通过ce、sc，可以进一步细化晶粒，提高合金力学性能。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12