鋁合金槽型件及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種強度、耐腐蝕性能以及晶粒細化程度均良好的鋁合金型材，按質量百分比計包括以下組分：Mg：1.5%～1.9%，Si：1.2%～1.4%，Mn：0.03%～0.06%，Cu：0.20%～0.50%，Fe：0.05%～0.25%，Ti：0.03%～0.08%，Cr：0.03%～0.06%，Zr：0.03%～0.06%，P：0.12%～0.20%，Sn：0.20%～0.30%，其余為Al；鋁合金型材的制作過程依次包括以下步驟：1）熔煉、壓鑄成鋁鑄棒；2）擠壓成型；3）時效處理；4）冷處理。本發明通過優化合金組分和熔鑄、成型及淬火工藝，是的鋁合金型材在制造過程中鋁合金型材變形小、廢品率低，節能環保，組織內部晶粒細化和均勻性較好。
【專利說明】鋁合金槽型件及其制備工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁合金型材制備領域，具體涉及一種強度、耐腐蝕性能以及晶粒細化程度均良好的鋁合金型材及其制備工藝。
【背景技術】
[0002]鋁合金型材是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶，建筑、裝修及化學工業中已大量應用；尤其隨著房地產行業的火熱拓展，鋁合金型材已成為當前建筑中重要的外墻內地圍護表現形式，體現了現代建筑的新理念，由于鋁合金型材強度大，不易生銹，跟普通鋼材相比，重量較輕，更加有利于建筑工程的施工建設，已得到了廣泛的應用。但是現有的鋁合金槽型件的強度、耐腐蝕性以及耐氣候性能無法滿足建筑物的要求，而且在制造過程中鋁合金型材變形較大、廢品率較高。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題在于提供一種強度、耐腐蝕性能以及晶粒細化程度均良好的鋁合金槽型件及 其制備工藝，在制造過程中鋁合金型材變形小、廢品率低，節能環保。
[0004]為解決上述現有的技術問題，本發明采用如下方案:鋁合金槽型件，按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.5% ~L 9%, Si:1.2% ~L 4%, Mn:0.03% ~0.06%, Cu:0.20% ~
0.50%, Fe:0.05% ~0.25%, T1:0.03% ~0.08%, Cr:0.03% ~0.06%, Zr:0.03% ~0.06%, P:
0.12% ~0.20%, Sn:0.20% ~0.30%，其余為 Al。
[0005]作為優選，按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.5%，S1:1.2%，Mn:0.03%, Cu:
0.20%, Fe:0.05%, Ti:0.03%, Cr:0.03%, Zr:0.03%, P:0.12%, Sn:0.20%，其余為 Al。
[0006]作為優選，按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.8%，S1:1.3%，Mn:0.04%, Cu:
0.30%, Fe:0.15%, Ti:0.06%, Cr:0.05%, Zr:0.05%, P:0.15%, Sn:0.25%，其余為 Al。
[0007]作為優選，按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.5%，S1:1.4%，Mn:0.05%, Cu:
0.40%, Fe:0.20%, Ti:0.05%, Cr:0.05%, Zr:0.04%, P:0.16%, Sn:0.24%，其余為 Al。
[0008]本發明還提供了一種上述上述鋁合金槽型件的制備工藝，依次包括以下步驟:
[0009]I)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，保持熔煉爐內溫度為730°C~760°C，當爐料完全熔化后，采用電磁攪拌器攪拌熔體10~20min使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，從而降低鋁液中的氫含量，然后將熔體輸注到溫度范圍在720V~740°C的靜置爐中保持20~30min，最后將靜置爐內的熔體鑄造得到鋁鑄棒；
[0010]2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C 土 15°C并保溫2.5~3小時、擠壓模具加溫到470°C ±15°C并保溫2~2.5小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以300mm~500mm/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷后得到擠壓型材；
[0011]3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為450~520°C、時間30~120min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為150~250°C、時間2~12h，再空冷至室溫得到時效型材；
[0012]4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-200°C~-185°C，保溫時間為15~45min。
[0013]作為優選，該制備工藝依次包括以下步驟:
[0014]1)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，保持熔煉爐內溫度為730°C，當爐料完全熔化后，采用電磁攪拌器攪拌熔體IOmin使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，從而降低鋁液中的氫含量，然后將熔體輸注到溫度范圍在720°C的靜置爐中保持20min，最后將靜置爐內的熔體鑄造得到鋁鑄棒；
[0015]2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C ±15°C并保溫2.5小時、擠壓模具加溫到4700C ±15°C并保溫2小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以300_/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到擠壓型材；
[0016]3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為450°C、時間30min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為150°C、時間2h，再空冷至室溫得到時效型材； [0017]4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-200°C，保溫時間為15min。
[0018]作為優選，按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.9%，Si:1.4%, Mn:0.06%，Cu:
0.50%, Fe:0.25%, T1:0.08%, Cr:0.06%, Zr:0.06%, P:0.20%, Sn:0.30%，其余為 Al ;鋁合金
型材的制作過程依次包括以下步驟:
[0019]I)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，保持熔煉爐內溫度為760°C，當爐料完全熔化后，采用電磁攪拌器攪拌熔體20min使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，從而降低鋁液中的氫含量，然后將熔體輸注到溫度范圍在740°C的靜置爐中保持30min，最后將靜置爐內的熔體鑄造得到鋁鑄棒；
[0020]2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C ±15°C并保溫3小時、擠壓模具加溫到4700C ±15°C并保溫2.5小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以500mm/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到擠壓型材；
[0021]3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為520°C、時間120min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為250°C、時間12h，再空冷至室溫得到時效型材；
[0022]4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-185°C，保溫時間為45min。
[0023]作為優選，該制備工藝依次包括以下步驟:
[0024]I)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，保持熔煉爐內溫度為740°C，當爐料完全熔化后，采用電磁攪拌器攪拌熔體15min使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，從而降低鋁液中的氫含量，然后將熔體輸注到溫度范圍在730°C的靜置爐中保持25min，最后將靜置爐內的熔體鑄造得到鋁鑄棒；
[0025]2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C ±15°C并保溫2.5小時、擠壓模具加溫到4700C 土 15°C并保溫2.5小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以400mm/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到擠壓型材；
[0026]3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為500°C、時間80min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為200°C、時間6h，再空冷至室溫得到時效型材；
[0027]4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-190°C，保溫時間為30min。
[0028]作為優選，該制備工藝依次包括以下步驟:
[0029]I)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，保持熔煉爐內溫度為730°C，當爐料完全熔化后，采用電磁攪拌器攪拌熔體20min使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，從而降低鋁液中的氫含量，然后將熔體輸注到溫度范圍在720°C的靜 置爐中保持30min，最后將靜置爐內的熔體鑄造得到鋁鑄棒；
[0030]2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C ±15°C并保溫3小時、擠壓模具加溫到4700C ±15°C并保溫2小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以500_/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到擠壓型材；
[0031]3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為520°C、時間60min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為200°C、時間8h，再空冷至室溫得到時效型材；
[0032]4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-185°C，保溫時間為45min。
[0033]有益效果:
[0034]本發明采用上述技術方案提供的鋁合金槽型件及其制備工藝，通過對合金元素的合理優化匹配，提高鋁合金型材的強度、耐腐蝕性能和耐氣候性能等，使室溫抗拉強度可達480~530MPa，平均晶粒尺寸可達0.018~0.035mm,通過控制型材擠出速度和擠壓壓力，在水冷狀態下，型材廢品率大為降低、成型穩定，且增加了鋁材料的內部組織的均勻性與晶粒的細化，改善了鋁合金槽型件的質量與加工性能。
【具體實施方式】
[0035]實施例一:鋁合金槽型件，按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.5%，S1:1.2%，Mn:
0.03%, Cu:0.20%, Fe:0.05%, Ti:0.03%, Cr:0.03%, Zr:0.03%, P:0.12%, Sn:0.20%,其余為Al ;該鋁合金槽型件的制作過程依次包括以下步驟:1)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，保持熔煉爐內溫度為730°C，當爐料完全熔化后，采用電磁攪拌器攪拌熔體IOmin使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，從而降低鋁液中的氫含量，然后將熔體輸注到溫度范圍在720°C的靜置爐中保持20min，最后將靜置爐內的熔體鑄造得到鋁鑄棒；2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C ±15°C并保溫2.5小時、擠壓模具加溫到4701: ± 15°C并保溫2小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以300mm/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到擠壓型材；3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為450°C、時間30min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為150°C、時間2h，再空冷至室溫得到時效型材；4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-200°C，保溫時間為15min。
[0036]實施例二:與實施例一的不同之處在于，按質量百分比計包括以下組分:Mg:
1.9%, Si:1.4%, Mn:0.06%, Cu:0.50%, Fe:0.25%, T1:0.08%, Cr:0.06%, Zr:0.06%, P:0.20%,Sn:0.30%，其余為Al ;該鋁合金槽型件的制作過程依次包括以下步驟:1)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，保持熔煉爐內溫度為760°C，當爐料完全熔化后，采用電磁攪拌器攪拌熔體20min使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，然后將熔體輸注到溫度范圍在740°C的靜置爐中保持30min從而降低鋁液中的氫含量，最后將靜置爐內的熔體鑄造得到鋁鑄棒；2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C ±15°C并保溫3小時、擠壓模具加溫到470°C ±15°C并保溫2.5小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以500mm/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到擠壓型材；3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為520°C、時間120min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為250°C、時間12h，再空冷至室溫得到時效型材；4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-185°C，保溫時間為45min。
[0037]實施例三:與實施例一的不同之處在于，按質量百分比計包括以下組分:Mg:
1.8%, Si:1.3%, Mn:0.04%, Cu`:0.30%, Fe:0.15%, T1:0.06%, Cr:0.05%, Zr:0.05%, P:0.15%,Sn:0.25%，其余為Al ;該鋁合金槽型件的制作過程依次包括以下步驟:1)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，保持熔煉爐內溫度為740°C，當爐料完全熔化后，采用電磁攪拌器攪拌熔體15min使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，從而降低鋁液中的氫含量，然后將熔體輸注到溫度范圍在730°C的靜置爐中保持25min，最后將靜置爐內的熔體鑄造得到鋁鑄棒；2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C ±15°C并保溫2.5小時、擠壓模具加溫到470°C ±15°C并保溫
2.5小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以400mm/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到擠壓型材；3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為500°C、時間80min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為200°C、時間6h，再空冷至室溫得到時效型材；4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-190°C，保溫時間為30mino
[0038]實施例四:與實施例一的不同之處在于，按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.5%, Si:1.4%, Mn:0.05%, Cu:0.40%, Fe:0.20%, T1:0.05%, Cr:0.05%, Zr:0.04%, P:0.16%,Sn:0.24%，其余為Al ;該鋁合金槽型件的制作過程依次包括以下步驟:1)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，保持熔煉爐內溫度為730°C，當爐料完全熔化后，采用電磁攪拌器攪拌熔體20min使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，然后將熔體輸注到溫度范圍在720°C的靜置爐中保持30min，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，從而降低鋁液中的氫含量，最后在靜置爐內鑄造得到鋁鑄棒；
[0039]2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C ±15°C并保溫3小時、擠壓模具加溫到4700C ±15°C并保溫2小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以500_/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷至80°C以下后得到擠壓型材；3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為520°C、時間60min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為200°C、時間8h，再空冷至室溫得到時效型材；4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-185 °C，保溫時間為45min。
[0040]本發明中，鋁合金槽型件為V型槽結構，其橫截面呈V形，本發明通過優化合金組分和熔鑄、成型及淬火工藝，使得制得的鋁合金槽型件合金晶粒組織深度細化，所得產品室溫抗拉強度可達450~500MPa，伸長率可達5~7%，平均晶粒尺寸可達0.018~0.035mm ；其中，Ti具有良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿，以及高強度、低密度的特點，用于鋁合金中，可耐二三百度的高溫，同時還能經受住零下一百多度的考驗，在這種低溫下，仍舊有很好的韌性而不發脆；本發明中添加適量的Fe，有助于壓鑄，但Fe含量不應過多，否則會生成金屬化合物，形成硬點，并且含鐵量過1.2%時，會降低合金流動性，損害鑄件的品質，縮短壓鑄設備中金屬組件的壽命 ；Cr具有延展性，在常溫下對氧和濕氣都是穩定的，不易生銹，用作鋁合金的添加劑，可耐光、耐熱，在鋁合金的表面形成抗腐蝕的表層，并且光亮美觀，而且可阻礙再結晶的形核和長大過程，對合金有強化作用，還能改善合金韌性和降低應力腐蝕開裂敏感性；Zr具有優良的抗腐蝕性能和耐高溫性能，不易生銹，在鋁合金的表面易形成一層氧化膜，并且具有光澤；Mn能改善合金的高溫強度，能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，并能顯著細化再結晶晶粒，P、Sn能改善切削性能。
【權利要求】
1.鋁合金槽型件，其特征在于:按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.5%~1.9%，Si:1.2% ~1.4%, Mn:0.03% ~0.06%, Cu:0.20% ~0.50%, Fe:0.05% ~0.25%, T1:0.03% ~0.08%, Cr:0.03% ~0.06%, Zr:0.03% ~0.06%, P:0.12% ~0.20%, Sn:0.20% ~0.30%,其余為Al。
2.根據權利要求1所述的鋁合金槽型件，其特征在于:按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.5%, S1:1.2%, Mn:0.03%, Cu:0.20%, Fe:0.05%, T1:0.03%, Cr:0.03%, Zr:0.03%, P:0.12%, Sn:0.20%，其余為 Al。
3.根據權利要求1所述的鋁合金槽型件，其特征在于:按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.9%, S1:1.4%, Mn:0.06%, Cu:0.50%, Fe:0.25%, T1:0.08%, Cr:0.06%, Zr:0.06%, P:0.20%, Sn:0.30%，其余為 Al。
4.根據權利要求1所述的鋁合金槽型件，其特征在于:按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.8%, S1:1.3%, Mn:0.04%, Cu:0.30%, Fe:0.15%, T1:0.06%, Cr:0.05%, Zr:0.05%, P:0.15%, Sn:0.25%，其余為 Al。
5.根據權利要求1所述的鋁合金槽型件，其特征在于:按質量百分比計包括以下組分:Mg:1.5%, S1:1.4%, Mn:0.05%, Cu:0.40%, Fe:0.20%, T1:0.05%, Cr:0.05%, Zr:0.04%, P:0.16%, Sn:0.24%，其余為 Al。
6.如權利要求1至5任一所述的鋁合金槽型件的制備工藝，其特征在于:制作過程依次包括以下步驟: 1)熔煉、壓鑄成鋁鑄棒:將上述原料加入熔煉爐，升溫至爐料開始軟化下塌時，向熔液表面撒上一層覆蓋劑覆蓋，當爐料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔煉爐內溫度為730°C~760°C，采用電磁攪拌器攪拌熔體10~20min使熔池里各處溫度均勻一致，再利用精煉劑對鋁合金熔體進行精煉處理，然后將熔體輸注到溫度范圍在720°C~740°C的靜置爐中保持20~30min，然后利用氬氣將鋁合金熔體中的氫及細小雜質帶到表面，從而降低鋁液中的氫含量，最后在靜置爐內鑄造得到鋁鑄棒； 2)將鋁鑄棒在惰性氣體中加溫到460°C±15°C并保溫2.5~3小時、擠壓模具加溫到4700C ±15°C并保溫2~2.5小時，然后將鋁棒和模具裝載入擠壓機中，以300mm~500mm/分鐘的速度擠出，其中擠壓機的擠壓時壓力控制為180±20kg/m2，水冷得到擠壓型材； 3)對擠壓型材進行一級時效熱處理，溫度為450~520°C、時間30~120min，然后將其水冷至室溫后，再進行二級時效熱處理，溫度為150~250°C、時間2~12h，再空冷至室溫得到時效型材； 4)時效型材重新固溶淬火后20分鐘內，置于液氮中進行冷處理后得到鋁合金槽型件，其中，冷處理溫度為-200°C~-185°C，保溫時間為15~45min。
【文檔編號】C22C21/08GK103667820SQ201310602959
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】茹林寶 申請人:茹林寶