一种铝单板用铸态合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铝单板用铸态合金材料，以及其制备方法，属于铝合金材料制造领域。
[0002]
【背景技术】
[0003]工业上，建筑材料用铝单板常采用3系Al-Mn合金，属于热处理不可强化的变形铝合金，该类材料具有重量轻、强度适中、塑性高、延展加工性能好、焊接性能好、抗腐蚀性强、表面光洁等优良的综合性能。其中具有代表性的是3003A1-Mn合金，因其添加了 Mn元素，使得其强度和硬度比纯铝要高，广泛的应用于容器、装饰建筑材料等方面。
[0004]Mn是Al-Mn合金中的主要成分，含量在1.0%?1.6%之间，含量过高会影响合金的铸造和压延等性能，过低则使得力学性能降低。但由于Mn的存在，在铸造冷却时容易产生偏析，导致合金的性能降低。在Al-Mn合金中不可避免的存在Fe元素，Fe可溶于MnAl6中形成(FeMn)Al6,它是合金中的杂质相，质硬而脆，会减低合金的力学性能，这就限制了该系合金的应用。同时，随着工业和装饰业的不断扩展，传统的Al-Mn合金强度偏低，已不能满足要求。目前，对Al-Mn系合金的研究主要集中在改进熔铸方法及加工工艺上，以此来改善合金微观组织，提高力学性能。虽然对Al-Mn合金的研究取得了一些成果，但这些研究多集中于通过局部工艺来改善合金某一性能，依然存在强度较低等问题。为了提高Al-Mn合金的强度，研究者在合金中加入了多种合金元素，如Cu，Fe，Si，Mg，Zn等。但是，这样做一方面使合金的生产成本提高，另一方面，强度值与塑性之间不能很好配合，使得加工性能恶化，存在合金在提高某些性能的同时，其他性能出现下降的矛盾，不适用于工业生产。人们希望能够在保持良好的加工性能的基础上进一步提高材料的力学性能，这可以起到减小材料尺寸和重量的效果，降低材料制件的生产成本。
【发明内容】
[0005]为解决以上问题，本申请发明针对工业应用提供了一种铝单板用铸态合金材料及其制备方法，所制备出的合金材料具有良好的强度与塑性，满足了铝单板材料后期压延加工和使用的要求，生产成本较低。
[0006]本发明是通过以下措施来实现的:
本发明的合金由以下成分组成(质量分数):1.0%<Mn< 1.6%,0.1%<Si < 1.0%，0.2% <Mg < I.2%，0.05% < Ti < 0.2%，0.01% < B < 0.04%,0.05% < Zn < 0.5%,0.1% < Y < 0.6%，其余为Al和其他不可避免的杂质。
[0007]上述本发明的合金材料的最优成分为(质量分数):1.0% < Mn < 1.3%，0.1% < Si <0.5%，0.3%< Mg <0.8%,0.1% < Ti < 0.15%，0.02% < B < 0.03%，0.1% < Zn <0.3%,0.1% < Y <
0.3%，其余为Al和其他不可避免的杂质。
[0008]上述本发明的合金材料，所述T1、B元素以Al-5%Ti_l%B中间合金形式加入。
[0009]上述本发明的合金材料，所述Mn元素以Al-10%Mn中间合金形式加入。
[0010]上述本发明的合金材料，所述Y元素以A1_10%Y中间合金形式加入。
[0011 ]上述本发明的合金材料，所述Si元素以Al-20%Si中间合金形式加入。
[0012]上述本发明的铸态合金材料的制备方法，采用以下步骤:
(1)按配比取纯铝锭、铝-锰中间合金作为原料；
(2)将纯铝锭、铝-锰中间合金放入石墨粘土坩祸中，用电阻炉熔化至820?890°C并保温10-30分钟;
(3)将5丨、1%、1^、8、￥、211按各自质量分数加入;快速冷却合金液至740-770°(:，搅拌均匀，静置10~30分钟，浇注到金属模具中凝固成形。
[0013]本发明所制备的铝单板用铸态合金材料与现有合金材料相比优点在于:其抗拉强度可提高30%以上，可为铝单板提供较高的使用强度。同时，在保证强度的前提下，具有较高的伸长率，可保证合金材料在后续乳制成板过程中具有的良好延展性。本发明所述合金制备方法易操作，成本低，满足了制造高强度铝单板用铸造坯料的生产要求。
[0014]四、【具体实施方式】实施例1
本实施例的合金材料成分配比为(质量分数):1.0%Μη，0.2%Mg，0.l%Si，0.05%Ti，0.01%B，0.1%Y，0.05%Zn，其余为Al和其他不可避免的杂质。
[00?5]米用以下步骤制得:
(1)按配比取纯铝锭、铝-锰中间合金作为原料；
(2)将纯铝锭、铝-锰中间合金放入石墨粘土坩祸中，用电阻炉将合金熔化至820°C并保温1分钟；
(3 )将S1、Mg、T 1、B、Y、Zn按各自质量分数加入，快速冷却合金液至740 °C，搅拌均匀，静置20分钟，浇注到金属模具中凝固成形。
[0016]经测试，所制得铸态合金材料的力学性能为:抗拉强度为140MPa，屈服强度为55MPa，硬度为40 HB，伸长率为20.1%。
[0017]实施例2
本实施例铸态合金材料成分配比为(质量分数):1.2%Mn，0.5%Mg，0.3%Si，0.l%Ti，
0.02%B，0.2%Y，0.l%Zn，其余为Al和其他不可避免的杂质。
[0018]采用以下步骤制得:
(1)按配比取纯铝锭、铝-锰中间合金作为原料；
(2)将纯铝锭、铝-锰中间合金放入石墨粘土坩祸中，用电阻炉将合金熔化至840°C并保温15分钟；
(3)将S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自质量分数加入;搅拌均匀，并快速冷却合金液至750°C，静置15分钟，浇注到金属模具中凝固成形。
[0019]经测试，所制得铸态合金材料的力学性能为:抗拉强度为156MPa，屈服强度为63MPa，硬度为44 HB，伸长率为16.2%。
[0020]实施例3
本发明实施例铸态合金材料成分配比为(质量分数):1.2%Mn，0.8%Mg，0.8%Si，0.l%Ti，
0.02%B，0.2%Y，0.l%Zn其余为Al和其他不可避免的杂质。
[0021]采用以下步骤制得:
(1)按配比取纯铝锭、铝-锰中间合金作为原料；
(2)将纯铝锭、铝-锰中间合金放入石墨粘土坩祸中，用电阻炉熔化至880°C并保温10分钟；
(3)将S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自质量分数加入;搅拌均匀，并快速冷却合金液至760°C，静置20分钟，浇注到金属模具中快速凝固成形。
[0022]经测试，所制得铸态合金材料的力学性能为:抗拉强度为165MPa，屈服强度为68MPa，硬度为52 HB，伸长率为10.1%。
[0023]实施例4
本发明实施例铸态合金材料成分配比为(质量分数):1.2% Mn,0.5%Mg，0.3%Si，0.15%Ti,0.03%B，0.2%Y，0.1%Ζη，其余为Al和其他不可避免的杂质。
[0024]采用以下步骤制得:
(1)按配比取纯铝锭、铝-锰中间合金作为原料；
(2)将纯铝锭、铝-锰中间合金放入石墨粘土坩祸中，用电阻炉熔化至850°C并保温20分钟；
(3)将S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自质量分数加入;搅拌均匀，并快速冷却合金液至750°C，静置20分钟，浇注到金属模具中快速凝固成形。
[0025]经测试，所制得铸态合金材料的力学性能为:抗拉强度为160MPa，屈服强度为66MPa，硬度为49 HB，伸长率为15.9%。
[0026]实施例5
本发明实施例铸态合金材料成分配比为(质量分数):1.2% Mn,0.5%Mg，0.3%Si，0.1%Ti,0.02%B，0.5%Y，0.2%Ζη其余为Al和其他不可避免的杂质。
[0027]采用以下步骤制得:
(1)按配比取纯铝锭、铝-锰中间合金作为原料；
(2)将纯铝锭、铝-锰中间合金放入石墨粘土坩祸中，用电阻炉熔化至890°C并保温15分钟；
(3)将S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自质量分数加入;搅拌均匀，并快速冷却合金液至770°C，静置15分钟，浇注到金属模具中快速凝固成形。
[0028]经测试，所制得铸态合金材料的力学性能为:抗拉强度为172MPa，屈服强度为71MPa，硬度为55 HB，伸长率为8.7%。
[0029]实施例6
本发明实施例铸态合金材料成分配比为(质量分数):1.5% Μη,Ι.2%Mg，1.0%Si，0.2%Ti,0.04%B，0.5%Y，0.5%Zn其余为Al和其他不可避免的杂质。
[0030]采用以下步骤制得:
(1)按配比取纯铝锭、铝-锰中间合金作为原料；
(2)将纯铝锭、铝-锰中间合金放入石墨粘土坩祸中，用电阻炉熔化至890°C并保温20分钟；
(3)将S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自质量分数加入;搅拌均匀，并快速冷却合金液至770°C，静置15分钟，浇注到金属模具中快速凝固成形。
[0031]经测试，所制得铸态合金材料的力学性能为:抗拉强度为181MPa，屈服强度为76MPa，硬度为61 HB，伸长率为5.2%。
【主权项】
1.一种铝单板用铸态合金材料，其特征在于，由以下成分组成(质量分数):1.0% <Mn<.1.6%，0.1%< Si < 1.0%,0.2%< Mg < 1.2%，0.05%< Ti < 0.2%，0.01% < B < 0.04%，0.05%<Zn<0.5%,0.1%< Y<0.6%，其余为Al和其他不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铝单板用铸态合金材料，其特征在于，最优成分为(质量分数):1.0% < Mn < I.3%，0.1% < Si <0.5%,0.3% < Mg <0.8%,0.05%< Ti < 0.15%,0.01% < B <.0.03%,0.1% < Zn < 0.3%，0.1% < Y < 0.3%，，其余为Al和其他不可避免的杂质。3.根据权利要求1和2所述的铝单板用铸态合金材料，其特征在于，T1、B元素以Al-5%T1-1%B中间合金的形式加入。4.根据权利要求1和2所述的铝单板用铸态合金材料，其特征在于，Y元素以A1-10%Y中间合金形式加入。5.根据权利要求1和2所述的铝单板用铸态合金材料，其特征在于，Si元素以Al-20%Si中间合金形式加入。6.根据权利要求1和2所述的铝单板用铸态合金材料，其特征在于，Mn元素以Al-10%Mn中间合金形式加入。7.—种权利要求1所述的铸态合金材料，其特征是采用以下步骤制得: (1)按配比取纯铝锭、铝-锰中间合金作为原料； (2)将纯铝锭、铝-锰中间合金放入石墨粘土坩祸中，用电阻炉熔化至820?890°C并保温.10-30分钟; (3)将S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自质量分数加入;搅拌均匀，并快速冷却合金液至740-770°C，静置10~30分钟，浇注到金属模具中快速凝固成形。8.根据权利要求7所述的合金制备方法，其特征在于，步骤(2)中将所用合金材料熔化至820?890 °C并保温10-30分钟。9.根据权利要求7所述的合金制备方法，其特征在于，步骤(3)中将所用合金材料快速冷却合金液至740-770°C并保温10-30分钟。
【专利摘要】本发明涉及一种铝单板用铸态合金材料及其制备方法。合金由以下成分组成（质量分数）：1.0%≤Mn≤1.6%，0.1%≤Si≤1.0%，0.2%≤Mg≤1.2%，0.05%≤Ti≤0.2%，0.01%≤B≤0.04%，0.05%≤Zn≤0.5%，0.1%≤Y≤0.6%，其余为Al和其他不可避免的杂质。其制备方法为：用电阻炉熔化合金原料至820~890℃，加入其它合金元素，搅拌均匀，快速冷却合金液至740-770℃并保温10-30分钟，浇入铸模即得。本发明所制备的铝单板用铸态合金材料与现有合金材料相比，强度明显提高，且塑性较好，适合于制作高强度压延铝单板材料，该制备方法易于操作，生产成本较低。
【IPC分类】C22C1/03, C22C21/02, C22C21/00, C22C21/08
【公开号】CN105648280
【申请号】
【发明人】耿浩然, 盛萌, 王广臣, 姬朋飞, 孙晓飞
【申请人】济南大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月22日