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一種高強度鋁合金及生產方法

文檔序號:3343294閱讀:160來源:國知局
專利名稱:一種高強度鋁合金及生產方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種高強度鋁合金建筑型材及生產方法,特別是涉及一種應用于建筑行業(yè)的高強度鋁合金建筑型材及生產方法。
背景技術
目前,建筑行業(yè)鋁合金型材各個國家標準規(guī)定的抗拉強度為150~160MPa之間,為了保證強度,不得不增加型材的壁厚,這存在兩個弊端(1)型材的線密度增加,加大了用戶的成本負擔。
(2)無謂地消耗了大量的資源。
(3)無法用于高強度結構件。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種新型鋁合金和相應的型材塑性成形加工工藝,從而大大提高鋁合金建筑型材的抗拉強度和屈服強度、延伸率,具有耐腐蝕,可焊接等特性。
本發(fā)明的目的是通過下述方式實現(xiàn)的為獲得高強度的鋁合金建筑型材,本發(fā)明采用的高強度鋁合金的成份包括Al、M,以重量百分比計含量為Al95.75-96.5%,M為2.95-3.7%,M為Mg、Si、Cu、Fe。
所述鋁合金成份還包括N,N的含量則不高于0.55%,N為Mn、Cr、V。
成份M中,其中Mg 0.9~1.6%、Si 0.7~1.0%、Cu 0.1~0.8%、Fe0.2~0.8%;以占整個合金重量計。
成份N中,其中Mn不高于0.3%、Cr不高于0.3、V不高于0.3%;以占整個合金重量計。
本發(fā)明采用的新型鋁合金的成份配方為合金的化學成份在一定程度上決定了鋁合金型材的組織,相構成,力學性能,耐蝕性,擠壓加工性和可焊性。本發(fā)明采用的新型鋁合金在Al-Mg-Si系(6000系)的基礎上,添加了較高含量的銅,以便產生固溶強相化相s-CuMgAl2和θ-CuAl2和沉淀強化相Mg2Si,加入Cr或Mn減少硅的不良影響,加入Fe、V減少硅的不良影響,增加塑性,合理的配備合金化元素是新型鋁合金強度高而耐蝕性和可焊性優(yōu)良的基礎。合金的主要強化相是s-CuMgAl2相、Mg2Si相和θ-CuAl2,它們的相對比例、彌散程度、形式和大小主要取決于合金成份配比和熱處理制度。Mg2Si相時效時形成細小顆粒,對合金起強化作用;CuAl2相可提高合金強度,但對抗蝕性有不良影響,加入適量的Cr或Mn可抵消Cu對抗蝕性的影響。Al-Mg-Si合金的平衡成份為鎂/硅=1.73;硅過量沉淀后有強化作用,但引起晶界偏析,引起合金脆化降低塑性,加入適量地Cr或Mn有助于減少硅的不良影響。因此合金成份優(yōu)化配比和顯微組織控制是本發(fā)明的關鍵技術,也是國外不公布的核心技術。
本發(fā)明的工藝過程為1、取上述合金成份配比2、熔煉3、半連續(xù)鑄造4、熱擠壓成形5、在線水淬(或固溶熱處理)6、人工時效本發(fā)明采用的熔煉設備燃油反射爐,電弧爐之一,熔煉溫度為720~760℃。
本發(fā)明采用的半連續(xù)鑄造設備為熱頂鑄造設備,鑄錠直徑為Φ80~200mm,鑄造速度為70~230mm/min,冷卻水壓力為0.2~0.8Mpa。鑄錠組織對擠壓型材的組織及性能有遺傳影響,晶粒均勻細小、無偏析、無缺陷的鑄錠組織是最佳的組織,因此選擇合適的鑄造方法和工藝參數(shù)是獲得滿意的鑄錠組織的保證。
本發(fā)明采用的熱擠壓成形設備為正向擠壓機,反向擠壓機,正反向擠壓機之一,擠壓力為800~4000噸,擠壓出口溫度為450℃~540℃本發(fā)明采用的在線水淬設備為雙向水幕,冷卻水壓力為0.2~0.8MPa,冷卻水溫<35℃,冷卻速度為100~200℃/min。
本發(fā)明采用的固溶熱處理設備為隧道電阻爐,循環(huán)熱風爐之一,功率為150~500KW,熱處理溫度為450℃~580℃,熱處理時間為2~8h。本發(fā)明的高強度鋁合金建筑型材屬于熱處理可強化的6XXX系列鋁合金,含有能溶入鋁中的合金元素Mg、Si、Cu、Fe、Mn、Cr、V等,主要合金元素為Mg、Si、Cu,主要強化相為Mg2Si、CuAl2,當型材自擠壓筒出來后以足夠大的速度冷卻,溶質原子的擴散和重新分配來不及進行,強化相就不可能形核和長大,α固溶體就不可能沉淀出強化相,從而獲得α單相過飽和固溶體,并確保亞結構晶粒尺寸細小,為后續(xù)人工時效處理提供良好的組織結構條件??刂茢D壓出口溫度及淬火冷卻速度是確保合金產品獲得優(yōu)異綜合性能的重要工藝因素。本發(fā)明的高強度鋁合金建筑型材經在線淬火后強度提高同時保持較高的塑性。
本發(fā)明采用的人工時效設備為隧道電阻爐,循環(huán)熱風爐之一,功率為150~500KW,時效溫度為120~200℃,時效時間為12~36h;本發(fā)明的高強度鋁合金建筑型材經人工時效處理后,會發(fā)生時效強化,合理的人工時效處理制度能確保充分發(fā)揮合金強化相的作用,獲得最大的強度和最佳的塑性以及良好的耐蝕性和可焊性的組合。時效溫度與時間的優(yōu)化是重要的工藝參數(shù)。
依此方法生產的鋁合金建筑型材的抗拉壓強度可達320MPa以上,屈服強度可達270MPa以上,是現(xiàn)行各個國家標準的2倍以上,延伸率可達10%以上,并且具有良好的耐蝕性,擠壓加工性和可焊性。
具體實施例方式
實施例1首先進行熔煉,采用燃油反射爐熔煉鋁錠、鎂錠及中間合金,其中鋁錠8846kg、鎂錠174kg、Al-Si中間合金480kg,Al-Cu中間合金335kg,Al-Fe中間合金115kg,Al-Mn中間合金50kg,經爐前分析合金成份為Mg1.45%、Si 0.96%、Cu 0.67%、Fe 0.45%、Mn0.08%余量為Al;熔煉溫度為730℃;接著采用熱頂鑄造設備進行半連續(xù)鑄造,鑄造直徑為Φ110mm,鑄造速度為135mm/min,冷卻水壓力為0.6MPa;采用正向擠壓機進行熱擠壓成形,擠壓力為1000t,擠壓出口溫度為540℃;采用雙向水幕進行在線水淬,冷卻水壓為0.6MPa,冷卻水溫<35℃,冷卻速度為140℃/min;采用循環(huán)熱風爐進行人工時效處理,時效溫度為175℃,時效時間為24h。
依此方法生產的鋁合金建筑型材T5狀態(tài)下的抗拉強度達到320MPa,屈服強度達到270MPa,是普通鋁合金建筑型材6063-T5的2倍,延伸率達到12%,并且具有良好的耐蝕性(耐中性鹽霧腐蝕試驗達到a級)和可焊性(焊接系數(shù)達到0.75以上)。
實施例2采用燃油反射爐熔煉鋁錠、鎂錠及中間合金,其中鋁錠8769kg、鎂錠156kg、Al-Si中間合金450kg,Al-Cu中間合金350kg,Al-Fe中間合金100kg,Al-Mn中間合金50kg、Al-Cr中間合金50kg、Al-V中間合金75kg,熔煉溫度為740℃,經爐前分析合金成份為Mg1.3%、Si 0.9%、Cu 0.7%、Fe 0.4%、Mn0.08%、Cr 0.1%、V 0.15%、余量為Al;采用熱頂鑄造設備進行半連續(xù)鑄造,鑄造直徑為Φ120mm,鑄造速度為120mm/min,冷卻水壓力為0.6MPa;采用正向擠壓機進行熱擠壓成形,擠壓力為1600t,擠壓出口溫度為525℃;采用隧道電阻爐進行固溶熱處理,功率為150KW,熱處理溫度為543℃,熱處理時間為2h;采用循環(huán)熱風爐進行人工時效處理,時效溫度為200℃,時效時間為12h。
依此方法生產的鋁合金建筑型材T5狀態(tài)下的抗拉強度達到325MPa,屈服強度達到275MPa,是普通鋁合金建筑型材6063-T5的2倍以上,延伸率達到12%,并且具有良好的耐蝕性(耐中性鹽霧腐蝕試驗達到a級)和可焊性(焊接系數(shù)達到0.8以上)。
權利要求
1.一種高強度鋁合金,其成份包括Al、M,以重量百分比計含量為Al95.75-96.5%,M為2.95-3.7%,所述的M為Mg、Si、Cu、Fe。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種高強度鋁合金,所述鋁合金成份還包括N,N的含量則不高于0.55%,以占整個合金重量計,N為Mn、Cr、V。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種高強度鋁合金,成份M中,其中Mg 0.9~1.6%、Si 0.7~1.0%、Cu 0.1~0.8%、Fe 0.2~0.8%;以占整個合金重量計。
4.根據(jù)權利2所述的一種高強度鋁合金,成份N中,其中Mn不高于0.3%、Cr不高于0.3%、V不高于0.3%;以占整個合金重量計。
5.根據(jù)權利要求1至4任一所述高強度鋁合金其生產方法包括以下步驟A、取合金配比B、熔煉C、半連續(xù)鑄造D、熱擠壓成形E、在線水淬(或固溶熱處理)F、人工時效
6.根據(jù)權利要求5所述的一種高強度鋁合金建筑型材及生產方法,其特征是本發(fā)明采用熔煉設備燃油反射爐、電弧爐之一,熔煉溫度為720~760℃。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種高強度鋁合金的生產方法,采用半連續(xù)鑄造設備為熱頂鑄造設備,鑄錠直徑為Φ80~200mm,鑄造速度為70~230mm/min,冷卻水壓力為0.2~0.8MPa。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種高強度鋁合金的生產方法,采用的熱擠壓成形設備為正向擠壓機,反向擠壓機,正反向擠壓機之一,擠壓力為800~4000噸,擠壓出口溫度為450℃~540℃。
9.根據(jù)權利要求5所述的一種高強度鋁合金建筑型材及生產方法,采用在線水淬設備為雙向水幕,冷卻水壓力為0.2~0.8MPa,冷卻水溫<35℃,冷卻速度為100~200℃/min,或采用的固溶熱處理設備為隧道電阻爐,循環(huán)熱風爐之一,功率為150~500KW,熱處理溫度為450℃~580℃,熱處理時間為2~8h。
10.根據(jù)權利要求5所述的一種高強度鋁合金建筑型材及生產方法,其特征是本發(fā)明采用的人工時效設備為隧道電阻爐,循環(huán)熱風爐之一,功率為150~500KW,時效溫度為120~200℃,時效時間為12~36h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高強度鋁合金建筑型材的生產方法,其成分包括Al、M,以重量百分比計含量為Al95.75-96.5%,M為2.95-3.7%,所述的M為Mg、Si、Cu、Fe。生產方法包括以下關鍵步驟新型鋁合金的成份配方、熔煉、半連續(xù)鑄造、熱擠壓成形、在線水淬(或固溶熱處理)、人工時效。依此方法生產的鋁合金建筑型材的抗拉壓強度可達320MPa以上,屈服強度可達270MPa以上,是現(xiàn)行各個國家標準的2倍以上,延伸率可達10%以上,并且具有良好的耐蝕性,擠壓加工性和可焊性。
文檔編號C22C21/00GK1609247SQ20031011044
公開日2005年4月27日 申請日期2003年10月22日 優(yōu)先權日2003年10月22日
發(fā)明者張輝, 高崧云, 熊晟, 詹自勤 申請人:湖南百富瑞材料有限責任公司
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