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CN116043079A - 一种高强韧铝合金及其空心结构型材及制备方法 - Google Patents

一种高强韧铝合金及其空心结构型材及制备方法 Download PDF

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沈中华
吴嘉春
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Abstract

本发明属于高强韧铝合金型材技术领域,公开了一种高强韧铝合金及其空心结构型材及制备方法,其中的高强韧铝合金按质量百分比计算,包括Si:0~0.35;Fe:0~0.4;Cu:0.25~0.35;Mn:0.3~0.5;Mg:1.2~1.8;Cr:0.1~0.2;Zn:3.5~5.0;Zr:0.05~0.2;Ti:0~0.1;余量为铝以及不可避免的其他杂志元素,所述不可避免的其它杂质的含量低于0.2。本发明优化合金成分后的铝合金,不仅具有优异的焊合性能,而且具有优异的力学性能,容易制得高强韧铝合金空心结构型材。所制得的空心结构铝合金型材,屈服强度大于340MPa,抗拉强度大于400MPa,延伸率大于10%。

Description

一种高强韧铝合金及其空心结构型材及制备方法
技术领域
本发明属于高强韧铝合金型材技术领域,尤其涉及一种高强韧铝合金及其空心结构型材及制备方法。
背景技术
由于铝合金具备重量轻(钢铁的1/3)、不生锈不易腐蚀、易回收使用的特点,同时铝可以通过加工硬化或者热处理提高强度,从而实现高的强度-重量比;铝合金加工性能好,适合于铸造、挤压、冲压、锻造和机械加工等不同的生产工艺;铝合金也可以添加不同合金元素及通过热处理工艺,获得不同程度的强化;铝合金表面易于形成致密的氧化膜而耐蚀性能良好;铝合金还具有良好的导电性和导热性,且无磁性等特点;另外,铝合金具有非常优秀的可回收再生性。所以铝合金材料在广泛用于航空工业、汽车制造业、动力仪表、工具及民用器皿制造等方面。
由铝合金制造的铝型材主要应用于制造飞机身上的各种零部件或焊接件,随着我国航天航空工业、轨道交通、军用车辆以及舰船制造装备业的快速发展,尤其是我国大飞机项目的启动,迫切需求国内能生产出高品质高强度的铝合金型材,尤其是空心结构的型材。而对于目前能够制造空心结构铝型材力学性能较差。因此,亟需一种力学性能优异且能够挤压空心结构铝型材的铝合金材料。
发明内容
针对以上技术问题,本发明还提供了一种高强韧铝合金及其空心结构型材及制备方法,通过优化铝合金成分,使铝合金不仅具有优异的焊合性能,而且还具有优异的力学性能,容易制得空心结构高强韧铝合金型材。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种高强韧铝合金,按质量百分比计算,包括Si:0~0.35;Fe:0~0.4;Cu:0.25~0.35;Mn:0.3~0.5;Mg:1.2~1.8;Cr:0.1~0.2;Zn:3.5~5.0;Zr:0.05~0.2;Ti:0~0.1;余量为铝以及不可避免的其他杂志元素,所述不可避免的其他杂质的含量低于0.2。
基于相同的发明构思,本发明还提供了一种空心结构铝合金型材,所述空心结构铝合金型是由如上所述的铝合金挤压制得,所述空心结构铝合金型材的截面具有若干个封闭图形。
优选地,所述封闭图形为正方形、长方形、圆形或三角形中的其中一种或其混合。
优选地,所述空心结构铝合金型材的屈服强度大于340MPa,抗拉强度大于400MPa,延伸率大于10%。
基于相同的发明构思,本发明还提供了一种所述的空心结构铝合金型材制备方法,包括以下步骤:
S1:将配置好的高强韧铝合金原料熔炼为铝合金铸锭;
S2:将所述铝合金铸锭挤压成形制得空心结构铝合金型材。
优选地,所述步骤S2具体包括:
S201:将所述铝合金铸锭置于挤压机进行高温挤压得到所需要的铝合金型材,控制型材出口温度,保证挤压出口温度为510~530℃;
S202:将制得的铝合金型材在挤压机出料口的淬火装置上进行水冷淬火处理;
S203:将步骤S202淬火处理后的铝合金型材进行双级时效热处理。
优选地,所述双级时效热处理包括:第一级时效温度95-135℃,保温时间5-15h,第二级时效温度145-165℃,保温时间10-30h。
优选地,所述步骤S201具体为:将所述S1得到的铸锭预热,预热温度为450~470℃,将工模具预热,预热温度为450~470℃,控制加压比和型材出口温度,保证挤压出口温度为510~530℃。
本发明由于采用以上技术方案,使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果:
铝合金材料能够制造空心结构型材需要具有优异的焊合性能,本发明的铝合金材料具有优异的焊合性能,采用本申请的铝合金能够制得空心结构铝合金型材,并且本发明通过优化合金含量,使得铝合金的屈服强度大于340MPa,抗拉强度大于400MPa,延伸率大于10%。
本发明还通过控制空心结构铝型材制备中工艺步骤及工艺参数,实现高强度的铝合金型材。
本发明中的在线淬火工艺是实现该合金优良性能和成本控制的重要手段,本发明中采用了水冷的在线淬火工艺,主要的目的包括两方面:第一,水冷淬火速度快,能够保证合金元素在铝合金基体中形成过饱和固溶体;第二,虽然淬火后型材的残余应力比较大,但是本发明中增加了两级时效处理,能够有效降低残余应力所带来的不利影响。
本发明中时效工艺是实现合金优良性能的重要步骤,本发明通过两级时效处理,不仅能够有效释放淬火带来的残余应力,还能够通过合金调整合金析出序列和沉淀相形态,使合金具备了高强韧的力学性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的空心结构铝合金型材截面示意图一;
图2为本发明实施例1的空心结构铝合金型材截面示意图二;
图3为本发明实施例1的空心结构铝合金型材截面示意图三。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种高强韧铝合金及其空心结构型材及制备方法作进一步详细说明。根据下面说明,本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1
一种高强韧铝合金,其质量百分比为:
Figure BDA0004022040250000041
一种空心结构铝合金型材制备方法,包括以下步骤;
S1:将配置好的权利要求1所述的高强韧铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金,将液态铝合金熔炼为铝合金铸锭;
S2:将所述S1得到的铸锭预热,预热温度为450~470℃,将工模具预热,预热温度为450~470℃,控制加压比和型材出口温度,保证挤压出口温度为510~530℃;
S3:将制得的铝合金型材在挤压机出料口的淬火装置上进行水冷淬火处理;
S4:将步骤S202淬火处理后的铝合金型材进行双级时效热处理:第一级时效温度95-135℃,保温时间5-15h,第二级时效温度145-165℃,保温时间10-30h,时效时可以随炉升温,也可以升温到时效温度,然后再将型材放置于热处理炉中,时效完成后可以随炉冷却也可以空冷等。
根据不同的模具,制得附图1-3所示的空心结构型材。
对比例1
国标7005铝合金,其质量百分比为:
Figure BDA0004022040250000042
对比例2
国标7021铝合金,其质量百分比为:
Figure BDA0004022040250000043
对比例3
国标7022铝合金,其质量百分比为:
Figure BDA0004022040250000051
对比例1-3铝合金型材的制备方法与实施例1的相同,同时制备如图1-3所示的空心结构铝型材,对比例2和3得不到图1-3所示结构的空心结构型材,并且测量实施例1和对比例1-3的铝合金的力学性能,结果如下表:
Figure BDA0004022040250000052
从上表中,可以看出7021和7022铝合金的抗拉强度很高,但是无法挤压制得空心结构铝型材,无法焊合封闭截面;7005铝合金具有良好的焊合性能,较容易挤压制得空心结构铝型材,但是抗拉强度较低;本发明的铝合金不仅很容易挤压制得空心结构铝型材,说明具有良好的焊合性能,同时屈服强度大于340MPa,抗拉强度大于400MPa,延伸率大于10%,说明具有良好的力学性能。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明做出各种变化,倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种高强韧铝合金,其特征在于,按质量百分比计算,包括Si:0~0.35;Fe:0~0.4;Cu:0.25~0.35;Mn:0.3~0.5;Mg:1.2~1.8;Cr:0.1~0.2;Zn:3.5~5.0;Zr:0.05~0.2;Ti:0~0.1;余量为铝以及不可避免的其他杂志元素,所述不可避免的其它杂质的含量低于0.2。
2.一种空心结构铝合金型材,其特征在于,所述空心结构铝合金型材是由权利要求1所述的铝合金挤压制得,所述空心结构铝合金型材的截面具有若干个封闭图形。
3.根据权利要求2所述的空心结构铝合金型材,其特征在于,所述封闭图形为正方形、长方形、三角形或圆形中的其中一种或其混合。
4.根据权利要求2或3所述的空心结构铝合金型材,其特征在于,所述空心结构铝合金型材的屈服强度大于340MPa,抗拉强度大于400MPa,延伸率大于10%。
5.一种权利要求2-4任一项所述的空心结构铝合金型材制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将配置好的权利要求1所述的高强韧铝合金原料熔炼为铝合金铸锭;
S2:将所述铝合金铸锭挤压成形制得空心结构铝合金型材。
6.根据权利要求5所述的空心结构铝合金型材制备方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:
S201:将所述铝合金铸锭置于挤压机进行高温挤压得到所需要的铝合金型材,控制型材出口温度,保证挤压出口温度为510~530℃;
S202:将制得的铝合金型材在挤压机出料口的淬火装置上进行水冷淬火处理;
S203:将步骤S202淬火处理后的铝合金型材进行双级时效热处理。
7.根据权利要求6所述的空心结构铝合金型材制备方法,其特征在于,所述双级时效热处理包括:第一级时效温度95-135℃,保温时间5-15h;第二级时效温度145-165℃,保温时间10-30h。
8.根据权利要求6所述的空心结构铝合金型材制备方法,其特征在于,所述步骤S201具体为:将所述S1得到的铸锭预热,预热温度为450~470℃,将工模具预热,预热温度为450~470℃,控制加压比和型材出口温度,保证挤压出口温度为510~530℃。
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