一种适合铝模板使用的6系铝合金型材及其制备方法与流程

1.本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其涉及一种适合铝模板使用的6系铝合金型材及其制备方法。


背景技术：

2.国外铝模板的使用已有超过50年的历史，技术成熟，且领域非常广泛。而我国铝模板行业也已经在近10年来快速起步发展，从设计部门到施工单位都开始普及使用。而且铝模板作为新型建筑模板，其开发与应用不仅能够促进铝的应用，而且对建筑行业有着良好的经济效益，特别对环保及资源节约有着显著的社会效益。由此可见，在建筑领域大力推广“以铝节木”意义重大，且市场潜力巨大。
3.近年来，由于房地产行业的快速发展，我国建筑模板行业生产规模保持10%～15%左右的增速。目前铝模板需求量预估已经达到1.6亿平方米以上，用铝量超过400万吨，同时可节约木材1.6亿平方米，而预计10年后的总替代量可以达到3亿平方米。
4.而据《全民节能减排手册》测算，少使用 0.1 立方米木材，可节约25千克标准煤，相应减排64.3千克二氧化碳。由于木模板厚度有很多规格，按照厚度为1厘米计算，若节约木材 3亿平方米，则可节约75万吨标准煤，相应减排接近190万吨二氧化碳，为国家的碳达峰碳中和目标的达成可以起到很大的贡献。
5.所以铝模板系统符合国家对建筑项目节能、环保、低碳、减排的规定，环保上可以做到节约材料、提高材料的利用率及回收价值，减少建筑废料与垃圾；而且模板的稳定性强、安全性高，承载楼板混凝土重量、施工荷载及墙体混凝土侧压力的能力高，混凝土的外观质量可达到清水混凝土的效果；同时建筑施工做到模数化、工厂化，提高施工与管理常态化，施工周期短，能提高工人工作效率及降低劳工成本，工序及操作简单方便，是理想的未来建筑材料。
6.但是目前市场上主流的铝模板型材都采用6061合金生产，但6061合金因为其mg含量高，且还有一定的cu含量，挤压变形抗力大，特别生产带强化孔形状的模板型材效率低，同时还需要较高的挤压温度，浪费了燃气和电能。而且其因为mg含量高且含cr元素，淬火敏感性较高，一般必须使用大量喷水或穿水冷却保证性能，但此过程又容易导致材料因为冷却不均出现变形，从而影响尺寸精度，间接影响浇筑水泥后的墙面垂直度与平面度。而且6061材料耐腐蚀性一般，长期接触水泥会导致使用寿命缩短，其含cr元素因为容易在铸造过程形成偏析，容易导致材料不同位置再结晶差异，产生局部晶粒恶化的不良缺陷，影响产品疲劳强度等性能，经历长期使用过程可能存在开裂风险。
7.因此，另外开发一种新的适合铝模板产品使用的6系铝合金具有十分重要的意义。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种挤压变形温度要求较低、挤压变形抗力小、淬火敏感性低、成品强度较更高的适合铝模板产品生产使用的6系铝合金型材的制备方法。
9.本发明还提供一种利用上述制备方法制得的适合铝模板使用的6系铝合金型材。
10.为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
11.一种适合铝模板使用的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1）合金成份调整，按照如下重量份数比配制铝合金原料：si:0.65%~0.75%，fe:≤0.25%，cu:0.05%~0.10%，mn：0.05%~0.10%，mg：0.55%～0.65%，cr：≤0.10%，zn：0.20%~0.30%，sn：0.05%~0.10%，ti：≤0.05%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为al；2）铝合金铸锭制备，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，再将铝液铸造为铝合金铸锭；3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭置于均质炉内，进行均质化处理；均质化处理后进行冷却；4）表面刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理；5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行头尾分段加热，然后挤压成型材；6）淬火冷却，挤压出型材后淬火冷却，冷却速度≥250℃/分钟；7）人工时效，挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为170℃
‑
180℃，时效保温5
‑
6小时。
12.更为优选的是，在步骤2）中，铝液在经过搅拌、精炼除气、过滤步骤后再铸造为铝合金铸锭。
13.更为优选的是，搅拌使用的是电磁搅拌设备，精炼除气是使用精炼剂来进行的，过滤是采用陶瓷过滤板来进行的。
14.更为优选的是，在步骤3）中，均质化处理的条件为：使用540~560℃均质化处理5~8h；待均质完成后将铝合金铸锭转移至冷却室，使用风机冷却。
15.更为优选的是，在步骤5）中，铝合金铸锭头端加热温度控制在460℃
‑
520℃，铝合金铸锭尾端加热温度控制在420℃
‑
480℃。
16.更为优选的是，铝合金铸锭的分段加热是通过工频炉来实现的。
17.更为优选的是，在步骤6）中，淬火冷却的方式为强风冷、喷水或者穿水淬火冷却。
18.更为优选的是，在步骤7）中之前还包括整形处理步骤，对变形的型材进行整形处理。
19.本发明还提供一种适合铝模板使用的6系铝合金型材，其特征在于，利用如上所述的制备方法制得。
20.本发明的有益效果是：通过调整铝合金铸锭的合金成分及热处理工艺，不仅有效降低适合铝模板使用的6系铝合金型材的挤压过程平均主缸压力，而且最终制得的铝模板型材具有更为优异的抗拉强度和屈服强度。挤压过程平均主缸压力，使得铝模板的生产效率提高，从而大大降低材料的加工成本，也能降低单位碳排放量。抗拉强度和屈服强度的提高，能有效降低铝模板在使用过程中出现的开裂风险；并且，也可以在设计阶段减少铝模板设计厚度，降低投入量，既有良好的经济效益，也方便了现场模板装配工人的操作。
21.经实际生产验证，与6061铝合金相比，利用本发明提供的制备方法来生产铝模板型材，其在挤压过程中平均主缸压力的最大值能降低1mpa，抗拉强度和屈服强度的最小值均提升5%以上。
附图说明
22.图1所示为本发明实施例1制得的铝模板的截面示意图。
23.图2所示为本发明实施例2制得的铝模板的截面示意图。
具体实施方式
24.下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
25.本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
26.一种适合铝模板使用的6系铝合金型材的制备方法，主要包括以下步骤。
27.1）合金成份调整，按照如下重量份数比配制铝合金原料：si:0.65%~0.75%，fe:≤0.25%，cu:0.05%~0.10%，mn：0.05%~0.10%，mg：0.55%～0.65%，cr：≤0.10%，zn：0.20%~0.30%，sn：0.05%~0.10%，ti：≤0.05%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为al。
28.其中，mg/si比是fe、mn消耗一定si元素形成化合物后，时效后形成β”相（mg5si6）的最佳比例，可以在尽量低成份低变形抗力的情况下达到最高强度。
29.fe元素控制是为了减少有害针状fe相的形成，避免影响挤压性能同时减少拉裂拖伤的产生，而且较低的fe相可以提升材料的疲劳性能，使电池托盘成品有更高的使用寿命。
30.少量cu元素的添加是为了促进β”相的细化，提升材料峰值时效强度，同时也可以缩短到达峰值时效的时间，延长峰值时效时间，并且不会对耐腐蚀性造成不利影响。
31.mn元素是为了促进均质热处理过程中fe相的转化，减小针状相比例，从而减小挤压变形抗力，而且少量的mn元素也可以较大提升材料的电阻率，从而减少铝模板材料在装配焊焊接过程中的热扩散，减少焊接不良的产生。
32.sn元素可以在挤压后与空位快速结合，避免mg、si与空位结合影响后续时效效果，使材料人工时效的峰值时间不会受到停放时间的影响，以便于更好地设计时效工艺，达到最优的峰值效果；同时sn元素的添加可以通过减少gp区的形成降低自然时效效果，减慢自然时效强度提升，这对于铝模板材料，因为其尺寸要求越来越严格，部分型材出料变形可能需要后续整形，自然时效强度的下降可以避免长时间停放后出现的整形回弹量过大，整形后残余应力过大等问题点。
33.zn元素的添加有多个优势。
34.a）zn含量的少量增加，不会改变 al
‑
mg
‑
si合金的析出序列，同样还是以β”相为主，但添加后有利于合金获得更加细小致密的晶内析出相，从而提高合金的硬度。
35.b）zn含量的少量添加同样会可以较大提升材料的电阻率，从而减少铝模板材料在装配焊焊接过程中的热扩散，减少焊接不良的产生，提高焊接良率。
36.c）铝模板因为材料特性比较适合在达到使用寿命后清洗回收重熔再利用，而在回收铝棒制作过程中可能掺杂入含zn废料，提高zn控制范围可以更好地提升铝棒合格率。
37.d）少量的zn含量会导致材料在做阳极氧化表面处理时更容易出现闪烁花斑等表面问题，但是铝模板材料主要是坯料使用，少量喷漆使用，所以也能避免zn少量添加的不利影响。
[0038] 2）铝合金铸锭制备，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并在使用电磁搅拌设备搅拌均匀、使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。
[0039]
其中，电磁搅拌的目的是加强整体搅拌均匀性，避免铝合金内的各类元素分布不
均匀，出现挤压型材的硬度及力学性能不均匀的状况。显然，具体的搅拌设备、过滤设备、以及精炼除气工艺是本领域技术人员根据实际需要进行选择的，可以使其他现有已知的或将来能够实现的设备、工艺，不限于以上举例。
[0040]
3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭先置于均质炉内，使用540~560℃均质化处理5~8h。因为mg、si总含量较低，且添加了mn元素提升均质热处理效果，所以均质化处理时间较6061铝合金可以适当减少，也提升了均质效率，待均质完成后将铸锭转移至冷却室，使用风机冷却。
[0041]
4）表面刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理。目的是为了避免表面偏析层杂质在挤压过程中卷入造成型材内部影响强度与耐腐蚀性能。
[0042]
5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先使用工频感应炉进行加热，铝棒头端加热温度控制在460℃
‑
520℃，铝棒尾端加热温度控制在420℃
‑
480℃。这样，可以避免低温固溶不完全，同时保证头尾温差达到类似等温挤压的效果，加热完成后放入挤压机进行挤压成型。显然，加热设备不局限于以上举例的工频炉，还可以是现有已知的或将来能够实现其他加热设备，只要能起到稳定、内外均匀加热的效果即可。
[0043]
6）淬火冷却，挤压出型材后根据型材厚度进行强风冷、喷水或者穿水淬火冷却，冷却速度保证大于等于250℃/分钟，防止强化相在淬火过程中大量析出影响时效后性能。
[0044]
7）人工时效，根据型材尺寸情况决定是否需要进行整形处理，同时挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为170℃
‑
180℃，时效保温5
‑
6小时，严格控制型材达到峰值时效状态，保证不出现过时效强化相转化为粗大mg2si
‑
β相，从而影响材料拉伸性能与疲劳性能。
[0045]
实施例1。
[0046]
一种适合铝模板使用的6系铝合金型材的制备方法，主要包括以下步骤。
[0047]
1）合金成份调整，按照如下重量份数比配制铝合金原料：si:0.65%，fe:≤0.25%，cu:0.05%，mn：0.05%，mg：0.55%，cr：≤0.10%，zn：0.20%，sn：0.05%，ti：≤0.05%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为al。
[0048]
2）铝合金铸锭制备，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并在使用电磁搅拌设备搅拌均匀、使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。
[0049]
3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭先置于均质炉内，使用540℃均质化处理8h。
[0050]
4）表面刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理。
[0051]
5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先使用工频感应炉进行加热，铝棒头端加热温度控制在460℃，铝棒尾端加热温度控制在420℃。
[0052]
6）淬火冷却，挤压出型材后进行穿水淬火冷却，冷却速度大于等于250℃/分钟。
[0053]
7）人工时效，挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为170℃℃，时效保温6小时。
[0054]
最终制得的6系铝合金型材如图1所示，标记为型材1。
[0055]
实施例2。
[0056]
一种适合铝模板使用的6系铝合金型材的制备方法，主要包括以下步骤。
[0057]
1）合金成份调整，按照如下重量份数比配制铝合金原料：si: 0.75%，fe:≤0.25%，cu: 0.10%，mn：0.10%，mg：0.65%，cr：≤0.10%，zn：0.30%，sn：0.10%，ti：≤0.05%，单个杂质≤0.05%，杂质合计≤0.15%，余量为al。
[0058]
2）铝合金铸锭制备，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，并在使用电磁搅拌设备搅拌均匀、使用精炼剂进行精炼除气后通过陶瓷过滤板过滤铝液中杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。
[0059]
3）均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭先置于均质炉内，使用560℃均质化处理5h。
[0060]
4）表面刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理。
[0061]
5）挤压成型，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先使用工频感应炉进行加热，铝棒头端加热温度控制在520℃，铝棒尾端加热温度控制在480℃。
[0062]
6）淬火冷却，挤压出型材后根据型材厚度进行强风冷却，冷却速度保证大于等于250℃/分钟。
[0063]
7）人工时效，挤压型材在放置2个星期内进行人工时效，时效温度为180℃，时效保温5小时。
[0064]
最终制得的6系铝合金型材如图2所示，标记为型材2。
[0065]
为更好地体现本发明的进步性，下面以6061铝合金为对照例、并针对两种不同型号的铝模板进行对比实验。
[0066]
实验方法： 1）6061铝合金共100件，采用随机抽样的方法将其分为两组，每组50件，各组分别用来挤压加工成型材1和型材2。按本发明实施例1、实施例2分别制备型材1、型材2各50件。对各型材挤压过程中的平均主缸压力进行统计、分析；结果如表1所示。2）对上述100件6061铝合金制得的型材和上述100件按本发明制得的型材进行时效后的性能对比，结果如表2所示。
[0067]
表1、挤压性能对比。
[0068]
表2、时效后的性能对比
。
[0069]
从表1、表2可以看出，与6061铝合金相比，利用本发明提供的制备方法来生产铝模板型材，其在挤压过程中平均主缸压力的最大值能降低1mpa，抗拉强度和屈服强度的最小值均提升5%以上；不仅有效降低挤压过程平均主缸压力，而且最终制得的铝模板型材具有更为优异的抗拉强度和屈服强度。
[0070]
挤压过程平均主缸压力，使得铝模板的生产效率提高，从而大大降低材料的加工成本，也能降低单位碳排放量。抗拉强度和屈服强度的提高，能有效降低铝模板在使用过程中出现的开裂风险；并且，也可以在设计阶段减少铝模板设计厚度，降低投入量，既有良好的经济效益，也方便了现场模板装配工人的操作。
[0071]
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。