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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
招型材分為建筑招型材(建筑門窗、.墻、室內(nèi)外裝飾及建筑結(jié)構(gòu)用招型材，占招型材消費(fèi)量的75%)和工業(yè)用鋁型材(建筑鋁型材外所有鋁型材)。我國是鋁型材生產(chǎn)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(chǎn)品，主要用作建筑門窗、室內(nèi)外裝飾及要求不高的幕墻結(jié)構(gòu)。而對性能要求較高的幕墻結(jié)構(gòu)，其鋁型材不得不采用價格昂貴的進(jìn)口產(chǎn)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?jǐn)?shù)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(qiáng)化元素的量少，強(qiáng)度低，特別是剛度小，耐磨性差，易變形，但具有非常優(yōu)異的延 展性，可方便地采用擠壓成形(GB 5237. 1-2004標(biāo)準(zhǔn)6063合金T6狀態(tài)下g b ^ 205MPa,o 0 2 彡 180MPa, 8 ^ 8. 0% ) o

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鋁硅基鋁型材，該鋁型材具有強(qiáng)度高、硬度高、耐磨性能好、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，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(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種鋁硅基鋁型材，按照重量百分?jǐn)?shù)，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(qiáng)元素0.1%-6. 55%,雜質(zhì)元素〈O.25%，招余量；所述的雜質(zhì)元素是指鐵、錫、鉛、鈣中的任何一種或組合，所述的增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(zhì)，鍶元素的重量百分?jǐn)?shù)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(yù)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(jìn)行均勻化退火后，在400°C — 550°C溫度下進(jìn)行熱擠壓和熱軋變形，隨后在500°C — 550°C溫度之間進(jìn)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(jìn)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
I.本發(fā)明的鋁硅基鋁型材具有強(qiáng)度高、硬度高、耐磨性能好的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的合金通過在熔煉時添加Sr或Sr+B細(xì)化組織中的共晶Si和枝晶團(tuán)，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(jìn)行強(qiáng)化。制備的型材在T6熱處理態(tài)下強(qiáng)度、硬度和耐磨性遠(yuǎn)高于6000系型材，延伸率略低，但均聞于國豕標(biāo)準(zhǔn)。2.低成本。本發(fā)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(jié)能環(huán)保。3.熱變形的流變應(yīng)力低。本發(fā)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(dāng)，可方便地進(jìn)行熱變形制備鋁型材。


圖I本發(fā)明中實施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在鑄態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)圖。圖2本發(fā)明中實施例I的Al-12. 3Si-0. 4Mg合金在熱擠壓后的組織結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一種鋁硅基鋁型材，按照重量百分?jǐn)?shù)，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(qiáng)元素0.1%-6. 55%，雜質(zhì)元素〈() 25%,招余量。雜質(zhì)元素是指鐵、錫、鉛、鈣中的任何一種或組合。例如，雜質(zhì)元素可以是鐵和錫兩種元素組成；雜質(zhì)元素可以是鐵、鉛和鈣三種元素的組合。作為一種優(yōu)選方案，雜質(zhì)元素由鐵、錫、鉛和鈣四種元素組成，且雜質(zhì)元素在鋁硅基鋁型材中的重量百分?jǐn)?shù)優(yōu)選鐵〈O. 2%、錫〈O. 01%、鉛〈O. 01%、鈣〈O. 03%。增強(qiáng)元素是指鈦、錳、硼中的任何一種或組合。例如，增強(qiáng)元素可以是鈦和錳兩種元素的組合；增強(qiáng)元素可以是硼元素。作為一種優(yōu)選方案，增強(qiáng)元素由鈦、錳和硼三種元素組成，且增強(qiáng)元素在鋁硅基鋁型材中的重量百分?jǐn)?shù)優(yōu)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(yōu)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(qiáng)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(qiáng)度、硬度與耐磨性遠(yuǎn)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(dāng)。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(jié)能環(huán)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(qiáng)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(qiáng)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(zhì)，鍶元素的重量百分?jǐn)?shù)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(yù)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(jìn)行均勻化退火后，在400°C — 550°C溫度下進(jìn)行熱擠壓和熱軋變形，隨后在500°C — 550°C溫度之間進(jìn)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(jìn)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(jìn)行均勻化退火后，在400°C — 550°C溫度下進(jìn)行熱擠壓和熱軋變形后，獲得的型材進(jìn)行淬火后為擠壓態(tài)型材。固溶處理和時效處理為金屬材料領(lǐng)域的T6處理。經(jīng)過固溶處理和時效處理的型材為T6處理態(tài)型材。下面給出利用本發(fā)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(yù)熱到200攝氏度的鑄鐵模具中，自然冷卻形成鑄錠，鑄錠進(jìn)行均勻化退火后，在400°C—550°C溫度下進(jìn)行熱擠壓和熱軋變形，隨后在500°C—550°C溫度之間進(jìn)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(jìn)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(xué)成分用ICP直讀光譜儀測定，結(jié)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(tài)下和熱擠壓后的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍照，結(jié)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(fā)生了球化、長大，降低了其對機(jī)體的割裂作用，有利于提高材料的強(qiáng)度，改善材料的塑性。將淬火后的擠壓態(tài)樣品和T6處理態(tài)樣品用線切割加工成板狀拉伸樣，每個狀態(tài)取三個平行樣。按照國家標(biāo)準(zhǔn)《GBT228-2002金屬材料室溫拉伸試驗方法》，在WJ-10型機(jī)械式萬能實驗機(jī)上，對擠壓態(tài)樣品和T6處理態(tài)樣品進(jìn)行屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率的測試。測試結(jié)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(jī)上，進(jìn)行熱壓縮模擬實驗，獲得的不同溫度、不同應(yīng)變速率下的穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)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(jìn)行均勻化退火6小時后水淬；在Gleeble3500熱模擬機(jī)將試樣以5°C /s的升溫速度加熱到相應(yīng)溫度，保溫I分鐘，以相應(yīng)的真應(yīng)變速率進(jìn)行熱壓縮模擬，至真應(yīng)變?yōu)镮。記錄下熱壓縮過程的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，取各變現(xiàn)條件下的穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力得到表2。結(jié)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(yīng)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(quán)利要求
1.一種鋁硅基鋁型材，其特征在于，按照重量百分?jǐn)?shù)，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(qiáng)元素:0. 1%-6. 55%， 雜質(zhì)元素〈0. 25%, 招余量; 所述的雜質(zhì)元素是指鐵、錫、鉛、鈣中的任何一種或組合，所述的增強(qiáng)元素是指鈦、錳、硼中的任何一種或組合。
2.按照權(quán)利要求I所述的鋁硅基鋁型材，其特征在于，按照重量百分?jǐn)?shù)，所述的增強(qiáng)元素中，銅:2. 5%-5. 0%，鈦TiO. l%-0. 35%，錳:0. 3%-1. 2%。
3.按照權(quán)利要求I所述的鋁硅基鋁型材，其特征在于，按照重量百分?jǐn)?shù)，所述的雜質(zhì)元素中，鐵〈O. 2%、錫〈O. 01%、鉛〈O. 01%、鈣〈O. 03%。
4.一種權(quán)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(qiáng)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(qiáng)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(zhì)，鍶元素的重量百分?jǐn)?shù)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(yù)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(jìn)行均勻化退火后，在400°C—550°C溫度下進(jìn)行熱擠壓和熱軋變形，隨后在500°C—550°C溫度之間進(jìn)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(jìn)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(quán)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(fā)明公開了一種鋁硅基鋁型材，按照重量百分?jǐn)?shù)，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(qiáng)元素0.1%-6.55%，雜質(zhì)元素<0.25%，鋁余量。該鋁硅基鋁型材具有強(qiáng)度高、硬度高、耐磨性能好的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)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(qiáng)元素；第三步加入六氯乙烷精煉；第四步加入鍶元素變質(zhì)，澆鑄到鑄鐵模具中，形成鑄錠；第五步將鑄錠進(jìn)行退火后，依次進(jìn)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(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者吳玉娜, 廖恒成, 楊健 申請人:東南大學(xué)