一種鋁合金棒材及其製備方法與流程
2024-02-15 13:41:15 2
本發明涉及建築工程材料技術領域，具體的說，是一種鋁合金棒材及其製備方法。
背景技術：
隨著人們生活方式日益豐富多樣，對於建築質量要求的提高更顯得尤為突出，現今所用的門窗有金屬制的、塑料制、木製等幾種，製作門窗的材料成為主要研究的對象。由於鋁合金比強度高、易於成形、導熱性好、價格較低，在交通運輸、建築、包裝、通訊、航天航空、軍事及電子工業等領域獲得了廣泛的應用，是除了鐵之外用量最多的金屬材料，是國民經濟不可或缺的基礎原材料。特別是進入21世紀後，面對資源與環境問題的嚴峻挑戰，世界各國對材料的選擇正從傳統的鋼鐵材料向輕合金及其複合材料、高分子及其複合材料、陶瓷及其複合材料轉移，其中尤以輕合金材料為主，而在輕合金材料中，鎂合金雖然密度比鋁合金小，但鎂錠成本較高，與鐵易發生電偶腐燭，且零件製造過程中還有許多亟待解決的技術障礙，而鋁合金以其來源廣，製造技術相對成熟，零件製造成本較低，且機械強度較高，有的可同中碳鋼相比，因此，鋁合金將成為未來工業的首選金屬材料，並且呈現出突飛猛進地發展趨勢，是具有廣泛應用前景的輕金屬材料。
當下，鋁合金在建築上的運用越來月廣泛，可用於製作門窗的型材，鋁及其合金由於其優良的性能，在使用中幾乎不被腐蝕，延長了門窗的使用壽命降低了成本，同時由於鋁及其合金可以被無限次的回收和利用，每次回收所消耗的能量僅是原鋁生產的5％，同時，鋁合金門窗型材力學性能優秀，抗風壓性能好，因此在門窗行業，鋁合金型材得到廣泛應用。
但是當前門窗行業製備種所用的鋁合金，其、強度、硬度、抗氧化性和抗腐蝕性等性能仍有進一步提升的空間，並且加工過程仍存在效率不夠高，鑄錠或鑄棒的晶粒粗大，性能差、鑄造缺陷多，利用率低等問題。為後續加工過程帶來許多的問題。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提供了一種鋁合金棒材及其製備方法，能夠顯著提高門窗用鋁合金材料的性能，實現晶粒細化，降低縮孔縮松等鑄造缺陷，使棒材的利用率明顯提高。
本發明完整的技術方案包括：
一種鋁合金棒材，其特徵在於，所述的鋁合金棒材的組分為：以重量份計，Si：10.8－11.5份，Mg：0.4－0.75份，Mn：0.3份，Zn：2.25－2.45份、Cu：3.55－3.74份，B：0.075－0.15份，Ca：0.081－0.093份，Fe：1.52－1.64份、Ti：0.5－0.9份，V：0.02－0.04％，Cr：1.13－1.15％，Ni：14.3－14.5％，稀土元素0.93－0.98份，Al：75－80份；
所述的稀土元素中，按重量百分含量含有如下組分：La：19.2－19.5％，Nd：17.6－19.9％，餘量為Ce。
上述鋁合金棒材的製備方法，包括如下步驟：
稱取上述重量份的各種原料組分備好，
取上述組分中的Si、Fe、Mg、Cu並混合，並加入佔上述四種合金總重量1/3-1/2重量的鋁，熔化冷卻，得到第一中間合金塊；
取上述組分中的Ti、B並混合，並加入與上述兩種合金總重量相同的鋁，熔化冷卻，得到第二中間合金塊；
將其餘的鋁加熱至700-720℃熔化，保溫10-15分鐘，加入製得的第一中間合金塊、攪拌5分鐘後靜置10分鐘，加入第二中間合金塊，攪拌5分鐘後靜置10分鐘，再加入其餘合金配料成分，通入精煉劑進行精煉、扒渣，靜置除氣5分鐘，再對鋁液進行爐前化學快速分析，分析後根據配方中各組分的重量比調整鋁液組分，對鋁液進行補料；
將鋁液溫度降至680－690℃澆注至模具中，所述模具內徑為100－200mm，高度為400－600mm，內腔具有3－5°的錐度，所述模具頂部的壁厚為10－15mm，底部壁厚為20－25mm，且壁厚沿自上而下方向均勻增加，澆注時模具周圍採用電阻爐保溫，使模具上部溫度為350℃，下部溫度為100℃，模具自下而上具有4－6℃/cm的溫度梯度，冷卻；
熱處理後對表面機加工，去除表面氧化皮後得到所述的鋁合金棒材。
本發明相對於現有技術的優點在於：採用合理組分的鋁合金配比，提高了鋁合金的硬度和強度和易加工性，採用Al-Ti-B中間合金細化和稀土細化的複合細化方式，使鋁合金的等軸晶比例大，晶粒細小，加工過程模具內腔具有錐度，使內腔上部的面積大於下部，利於氣體的排出，減少了氣孔缺陷，模具具有自下而上的溫度梯度，同時模具頂部壁厚小於底部，使底部具有更大的蓄熱係數，保證棒材的順序凝固，使中心部位不產生縮孔縮松，提高了利用率。
附圖說明
圖1為本發明所用模具的結構示意圖。
圖中：1為模具內壁，2為模具外壁。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。
一種鋁合金棒材，其特徵在於，所述的鋁合金棒材的組分為：以重量份計，Si：10.8－11.5份，Mg：0.4－0.75份，Mn：0.3份，Zn：2.25－2.45份、Cu：3.55－3.74份，B：0.075－0.15份，Ca：0.081－0.093份，Fe：1.52－1.64份、Ti：0.5－0.9份，V：0.02－0.04％，Cr：1.13－1.15％，Ni：14.3－14.5％，稀土元素0.93－0.98份，Al：75－80份；
所述的稀土元素中，按重量百分含量含有如下組分：La：19.2－19.5％，Nd：17.6－19.9％，餘量為Ce。
(1)稱取所述重量份的各種原料組分備好；
(2)取上述組分中的Si、Fe、Mg、Cu並混合，並加入佔上述四種合金總重量1/3-1/2，優選1/3的鋁，熔化冷卻，得到第一中間合金塊；
(3)取上述組分中的Ti、B並混合，並加入與上述兩種合金總重量相同的鋁，熔化冷卻，得到第二中間合金塊；
(4)將其餘的鋁加熱至700-720℃熔化，保溫10-15分鐘，加入製得的第一中間合金塊、攪拌5分鐘後靜置10分鐘，加入第二中間合金塊，攪拌5分鐘後靜置10分鐘，再加入其餘合金配料成分，通入精煉劑進行精煉、扒渣，靜置除氣5分鐘，再對鋁液進行爐前化學快速分析，分析後根據配方中各組分的重量比調整鋁液組分，對鋁液進行補料；
(5)將鋁液溫度降至680－690℃澆注至模具中，所述模具內徑為100－200mm，高度為400－600mm，並且如圖1所示，內壁1的縱截面形狀為倒梯形，內腔具有3－5°的錐度，所述模具頂部的壁厚為10－15mm，底部壁厚為20－25mm，且壁厚沿自上而下方向均勻增加，即模具外壁2的縱截面形狀為梯形，澆注時模具周圍採用電阻爐保溫，使模具上部溫度為350℃，下部溫度為100℃，模具自下而上具有4－6℃/cm的溫度梯度，冷卻；
(6)熱處理後對表面機加工，去除表面氧化皮後得到所述的鋁合金棒材。
隨後利用上述棒材進行鋁合金門窗型材的擠壓製備：
(1)將鋁合金棒材超聲波清洗後，放入電阻爐中，加熱至550℃－600℃；
(2)將擠壓成型機的擠壓模具在電阻爐內加熱至300℃－330℃，保溫後加入潤滑劑；
(3)將加熱後的鋁合金棒材放入擠壓成型機的擠壓模具中進行擠壓成型，擠壓速度為3.2m/min－3.5m/min，得到鋁合金型材；
(4)擠壓後採用噴水和浸水冷卻淬火，使製品冷卻至180℃－200℃；
(5)經過時效處理後噴塗金屬和陶瓷複合塗層，噴塗後，將鋁合金型材烘烤後製得成品；所述的塗層的成分按重量百分比為：碳：0.2-0.4％，鎂：1.1-1.3％，鉻：4.5-4.8％，釩：3.4-3.7％，鎳：11.5-12.8％，氧化鈣：4.4-4.6％，氧化鎂：3.6-3.8％，餘量為鐵。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。