專利名稱：一種鋁硅基鋁型材及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁型材及其制備工藝，具體來說，涉及一種鋁硅基鋁型材及其制備工藝。
背景技術：
招型材分為建筑招型材(建筑門窗、.墻、室內外裝飾及建筑結構用招型材，占招型材消費量的75%)和工業用鋁型材(建筑鋁型材外所有鋁型材)。我國是鋁型材生產大國，建筑鋁型材占整個鋁型材市場的絕大部分，但提供的往往是低端產品，主要用作建筑門窗、室內外裝飾及要求不高的幕墻結構。而對性能要求較高的幕墻結構，其鋁型材不得不采用價格昂貴的進口產品。這主要是因為我國建筑鋁型材采用6000系列Al-Si-Mg合金制造。該合金含有重量分數大約各為0.5%的Mg和Si，其余為Al，屬于單相合金。由于所含強化元素的量少，強度低，特別是剛度小，耐磨性差，易變形，但具有非常優異的延 展性，可方便地采用擠壓成形(GB 5237. 1-2004標準6063合金T6狀態下g b ^ 205MPa,o 0 2 彡 180MPa, 8 ^ 8. 0% ) o

發明內容
技術問題本發明所要解決的技術問題是提供一種鋁硅基鋁型材，該鋁型材具有強度高、硬度高、耐磨性能好、成本低廉的優點，同時還提供了一種鋁硅基鋁型材的制備工藝，該制備工藝簡單。技術方案為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種鋁硅基鋁型材，按照重量百分數，該鋁型材由以下組分組成硅5.0%~14. 0%,鎂0.2%-0. 7%,硼〈() 03%,鍶〈() 06%,增強元素0.1%-6. 55%,雜質元素〈O.25%，招余量；所述的雜質元素是指鐵、錫、鉛、鈣中的任何一種或組合，所述的增強元素是指鈦、錳、硼中的任何一種或組合。一種鋁硅基鋁型材的制備工藝，該制備工藝包括以下步驟第一步將鋁硅合金置入石墨坩堝中，采用電阻絲加熱至760°C熔清后，保溫30分鐘，形成熔體；第二步向第一步制得的熔體中加入鎂元素、硅元素和增強元素，使得硅元素的重量百分比在5. 0% —14. 0%之間，鎂元素的重量百分比在0. 2%—0. 7%之間，增強元素的重量百分比在0. 1% — 6. 55%之間，保溫30分鐘后，再降溫到730°C，形成熔體；
第三步向第二步制得的熔體中加入六氯乙烷精煉，靜置10分鐘后，形成熔體；第四步向第三步制得的熔體中加入鍶元素變質，鍶元素的重量百分數在0. 03%—0. 06%之間，保溫30分鐘后，形成熔體，保溫5分鐘后，將該熔體澆鑄到預熱到200攝氏度的鑄鐵模具中，自然冷卻后形成鑄錠；第五步將第四步制得的鑄錠進行均勻化退火后，在400°C — 550°C溫度下進行熱擠壓和熱軋變形，隨后在500°C — 550°C溫度之間進行固溶處理，固溶處理時間為3— 6小時，接著在150°C—250°C溫度之間進行時效處理，時效處理時間為3 — 20小時，從而制得鋁
娃基招型材。有益效果與現有技術相比，本發明具有以下有益效果
I.本發明的鋁硅基鋁型材具有強度高、硬度高、耐磨性能好的技術優點。本發明的合金通過在熔煉時添加Sr或Sr+B細化組織中的共晶Si和枝晶團，改善了硅顆粒的形貌。在熱變形過程中改善硅顆粒分布，使組織均勻。Mg的加入使得合金可是通過固溶時效進行強化。制備的型材在T6熱處理態下強度、硬度和耐磨性遠高于6000系型材，延伸率略低，但均聞于國豕標準。2.低成本。本發明的合金系列用硅代替鋁，可以降低電解鋁的消耗量。如含硅量12. 3%左右的近共晶鋁硅鎂合金，可以降低12%左右的電解鋁用量，降低電能消耗，節能環保。3.熱變形的流變應力低。本發明的合金系列熱變形過程中流變抗力與通常鋁型材的相當，可方便地進行熱變形制備鋁型材。


圖I本發明中實施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在鑄態下的組織結構圖。圖2本發明中實施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在熱擠壓后的組織結構圖。
具體實施例方式本發明的一種鋁硅基鋁型材，按照重量百分數，該鋁型材由以下組分組成硅5.0% —14. 0%，鎂0.2%—0. 7%,硼〈() 03%,鍶〈() 06%,增強元素0.1%-6. 55%，雜質元素〈() 25%,招余量。雜質元素是指鐵、錫、鉛、鈣中的任何一種或組合。例如，雜質元素可以是鐵和錫兩種元素組成；雜質元素可以是鐵、鉛和鈣三種元素的組合。作為一種優選方案，雜質元素由鐵、錫、鉛和鈣四種元素組成，且雜質元素在鋁硅基鋁型材中的重量百分數優選鐵〈O. 2%、錫〈O. 01%、鉛〈O. 01%、鈣〈O. 03%。增強元素是指鈦、錳、硼中的任何一種或組合。例如，增強元素可以是鈦和錳兩種元素的組合；增強元素可以是硼元素。作為一種優選方案，增強元素由鈦、錳和硼三種元素組成，且增強元素在鋁硅基鋁型材中的重量百分數優選銅2. 5%-5. 0%，鈦TiO. l%-0. 35%，錳:0. 3%-l. 2%。含硅量在重量百分比為5. 0%到14. 0%的鋁硅基鋁合金由于優異的鑄造性能多用于鑄造成型，在該鑄造鋁硅基合金的中加入少量Mg可大大提高其強度性能。該成分范圍鑄造鋁硅基合金采用熱變形，包括但不限于擠壓、軋制、鍛造和拉拔，其強度、硬度與耐磨性遠高于6000系列的Al-SiMg合金型材，彈性模量略有提高，伸長率則相當。但該合金系列用硅代替鋁，可以降低電解鋁的消耗量，如含硅量12. 3%左右的近共晶鋁硅鎂合金，可以降低12%左右的電解鋁用量，降低電能的消耗，節能環保。上述鋁硅基鋁型材的制備工藝，包括以下步驟第一步將鋁硅合金置入石墨坩堝中，采用電阻絲加熱至760°C熔清后，保溫30分鐘，形成熔體。 第二步向第一步制得的熔體中加入鎂元素、硅元素和增強元素，使得硅元素的重量百分比在5. 0% —14. 0%之間，鎂元素的重量百分比在0. 2%—0. 7%之間，增強元素的重量百分比在0. 1% — 6. 55%之間，保溫30分鐘后，再降溫到730°C，形成熔體。第三步向第二步制得的熔體中加入六氯乙烷精煉，靜置10分鐘后，形成熔體。第四步向第三步制得的熔體中加入鍶元素變質，鍶元素的重量百分數在0. 03%—0. 06%之間，保溫30分鐘后，形成熔體；保溫5分鐘后，將該熔體澆鑄到預熱到200攝氏度的鑄鐵模具中，自然冷卻后形成鑄錠；在第四步中，向熔體中加入Al 3B，其中，硼元素的占整個熔體的重量百分比小于0. 03%，保溫5分鐘，然后再制備鑄錠。第五步將第四步制得的鑄錠進行均勻化退火后，在400°C — 550°C溫度下進行熱擠壓和熱軋變形，隨后在500°C — 550°C溫度之間進行固溶處理，固溶處理時間為3— 6小時，接著在150°C—250°C溫度之間進行時效處理，時效處理時間為3—20小時，從而制得鋁
娃基招型材。在第五步中，鑄錠進行均勻化退火后，在400°C — 550°C溫度下進行熱擠壓和熱軋變形后，獲得的型材進行淬火后為擠壓態型材。固溶處理和時效處理為金屬材料領域的T6處理。經過固溶處理和時效處理的型材為T6處理態型材。下面給出利用本發明的制備工藝制備鋁硅基鋁型材的兩個實施例。實施例I原料為ZL102(ZL102表示鑄鋁102，含硅量為10. 0%_13. 0%，余量為鋁)。將ZL102加入石墨坩堝中，采用電阻絲加熱至760°C熔清后，保溫30分鐘；然后向ZL102中加入0. 4wt%的純鎂，保溫30分鐘后再降溫到730°C，加六氯乙烷精煉，靜置10分鐘后加鍶Sr元素，保溫30分鐘后，形成熔體；保溫5分鐘后，將得到的熔體澆鑄到預熱到200攝氏度的鑄鐵模具中，自然冷卻形成鑄錠，鑄錠進行均勻化退火后，在400°C—550°C溫度下進行熱擠壓和熱軋變形，隨后在500°C—550°C溫度之間進行固溶處理，固溶處理時間為3— 6小時，接著在150°C — 250°C溫度之間進行時效處理，時效處理時間為3 — 20小時，從而制得鋁硅基鋁型材。鋁硅基鋁型材的化學成分用ICP直讀光譜儀測定，結果如下Si: 12.3%、Mg:0. 411%,Fe:0. 151%, Sr:0. 020%,Pb:<0. 0005, Sn:<0. 001、Ca:0. 00080、余量為 Al。利用金相顯微鏡對實施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在鑄態下和熱擠壓后的組織結構進行拍照，結果如圖I和圖2所示。從兩幅圖中可以看出熱擠壓過程使得硅顆粒沿流線分布，分散更加均勻，擠壓過程中硅顆粒發生了球化、長大，降低了其對機體的割裂作用，有利于提高材料的強度，改善材料的塑性。將淬火后的擠壓態樣品和T6處理態樣品用線切割加工成板狀拉伸樣，每個狀態取三個平行樣。按照國家標準《GBT228-2002金屬材料室溫拉伸試驗方法》，在WJ-10型機械式萬能實驗機上，對擠壓態樣品和T6處理態樣品進行屈服強度、抗拉強度和延伸率的測試。測試結果如表I所示。另外，對實施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在Gleeble3500在熱模擬機上，進行熱壓縮模擬實驗，獲得的不同溫度、不同應變速率下的穩態流變應力(MPa)。熱壓縮模擬實驗的過程是將材料加工成熱壓縮模擬所需的5X(p 10的圓柱體，在535°C下進行均勻化退火6小時后水淬；在Gleeble3500熱模擬機將試樣以5°C /s的升溫速度加熱到相應溫度，保溫I分鐘，以相應的真應變速率進行熱壓縮模擬，至真應變為I。記錄下熱壓縮過程的真應力-真應變曲線，取各變現條件下的穩態流變應力得到表2。結果如表2所示。表2中的第一列表示溫度，表2的第一行表示應變速率。從表2可以看出該合金在400°C到500°C之間具有較小的流變抗力，具有很好的擠壓性能。表I
權利要求
1.一種鋁硅基鋁型材，其特征在于，按照重量百分數，該鋁型材由以下組分組成硅5. 0%—14. 0%,鎂0. 2%—0. 7%,硼<0. 03%,鍶<0. 06%, 增強元素:0. 1%-6. 55%， 雜質元素〈0. 25%, 招余量; 所述的雜質元素是指鐵、錫、鉛、鈣中的任何一種或組合，所述的增強元素是指鈦、錳、硼中的任何一種或組合。
2.按照權利要求I所述的鋁硅基鋁型材，其特征在于，按照重量百分數，所述的增強元素中，銅:2. 5%-5. 0%，鈦TiO. l%-0. 35%，錳:0. 3%-1. 2%。
3.按照權利要求I所述的鋁硅基鋁型材，其特征在于，按照重量百分數，所述的雜質元素中，鐵〈O. 2%、錫〈O. 01%、鉛〈O. 01%、鈣〈O. 03%。
4.一種權利要求I所述的鋁硅基鋁型材的制備工藝，其特征在于，該制備工藝包括以下步驟 第一步將鋁硅合金置入石墨坩堝中，采用電阻絲加熱至760°C熔清后，保溫30分鐘，形成熔體； 第二步向第一步制得的熔體中加入鎂元素、硅元素和增強元素，使得硅元素的重量百分比在5. 0%—14. 0%之間，鎂元素的重量百分比在0. 2%—0. 7%之間，增強元素的重量百分比在0. I % -6. 55%之間，保溫30分鐘后，再降溫到730°C，形成熔體； 第三步向第二步制得的熔體中加入六氯乙烷精煉，靜置10分鐘后，形成熔體； 第四步向第三步制得的熔體中加入鍶元素變質，鍶元素的重量百分數在0.03%-0. 06%之間，保溫30分鐘后，形成熔體；保溫5分鐘后，將該熔體澆鑄到預熱到200攝氏度的鑄鐵模具中，自然冷卻后形成鑄錠； 第五步將第四步制得的鑄錠進行均勻化退火后，在400°C—550°C溫度下進行熱擠壓和熱軋變形，隨后在500°C—550°C溫度之間進行固溶處理，固溶處理時間為3— 6小時，接著在150°C — 250°C溫度之間進行時效處理，時效處理時間為3 — 20小時，從而制得鋁硅基鋁型材。
5.按照權利要求4所述的鋁硅基鋁型材的制備工藝，其特征在于，在所述的第四步中，向熔體中加入Al 3B，其中，硼元素的占整個熔體的重量百分比小于0. 03%。
全文摘要
本發明公開了一種鋁硅基鋁型材，按照重量百分數，該鋁型材由以下組分組成硅5.0%—14.0%，鎂0.2%—0.7%，硼<0.03%，鍶<0.06%，增強元素0.1%-6.55%，雜質元素<0.25%，鋁余量。該鋁硅基鋁型材具有強度高、硬度高、耐磨性能好的優點。本發明還公開了鋁硅基鋁型材的制備工藝第一步將鋁硅合金置入石墨坩堝中，加熱形成熔體；第二步加入鎂元素、硅元素和增強元素；第三步加入六氯乙烷精煉；第四步加入鍶元素變質，澆鑄到鑄鐵模具中，形成鑄錠；第五步將鑄錠進行退火后，依次進行熱擠壓、熱軋變形、固溶處理和時效處理，從而制得鋁硅基鋁型材。該制備工藝簡單。
文檔編號C22F1/043GK102747256SQ20121020340
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者吳玉娜, 廖恒成, 楊健 申請人:東南大學