一种高强度铝合金加工工艺转让专利
申请号 : CN201710869887.1
文献号 : CN107630173A
文献日 : 2018-01-26
发明人 : 李刚
申请人 : 新沂市中诺新材料科技有限公司
摘要 :
本发明公开了一种高强度铝合金加工工艺，以硅、纯镁、纯钒、纯铝、铁为原料，通过压铸件的直接淬火,控制铝合金中硅在凝固过程中的析出,从而改善压铸件中硅的形貌,改善压铸件的力学性能。本发明以硅铝两种元素为合金主体,通过加入定量镁、钒、铁元素,使其成为具有高强度、高硬度的铝合金,尤其是铁元素的加入,起到了细化晶粒的作用,大幅度提高了合金的强度。
权利要求 :
1.一种高强度铝合金加工工艺，其特征在于,该方法包括以下步骤：步骤1、 取硅质粉、纯镁、纯钒、纯铝、纯铁,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度
2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1分钟,得到成分均匀的合金铸锭；
步骤2、将熔炼好的合金铸锭在熔炼炉中冷却10分钟后取出；
步骤3、将马弗炉升温至1000℃,放入合金铸锭保温30分钟,保证铸锭全部热透，搅拌铝合金液体,搅拌应当平稳进行,不应激起太大的波浪,以防氧化膜卷入熔体中,搅拌3小时，使铝合金液体充分的混合；
步骤4、搅拌结束后静置,静置的时间为20min,静置后,铝合金液体内的渣物会分离出来,并聚合成块，从马弗炉中取出铸锭,快速转移至两辊平面轧机上进行多道次轧制变形；
步骤5、第一次轧制完成后再放入马弗炉中保温3分钟,取出再快速进行第二次同向轧制,依此循环,每次下压量控制在合金锭初始厚度的9%,最后使合金锭变形量达到70%；
步骤6、在最后一道次变形后,将合金板材放置于淬火剂中冷却至室温；
步骤7、将冷却至室温的合金板材表面进行扒皮和表面修磨得到高强度铝合金。
2.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金加工工艺，其特征在于,所述的淬火剂制备方法如下：
步骤1、首先将0.8份硬脂酸、18份玉米淀粉、14份棕搁油溶解于10份聚醚中,得到混合液,接着加入混合液体积3倍的水并转移到反应釜中，反应条件为150℃、800r/min、3MPa,反应时间为2h,反应结束后,温度降至80℃,加入4份月桂酸酯和3份乙酸丁酯,搅拌10min后静置；
步骤2、接着进行离心,离心转速为12000r/min,离心时间为10min,离心后取上清液,添加9份苯甲酸钠、3份三氯化钾、8份D-天冬氨酸和10份聚乙二醇,搅拌均匀后,温度升至63℃,保温1h,最后降温至室温,石蜡油封口,即得。
3.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金加工工艺：其特征在于,所述的硅质粉为纳米硅粉。
4.根据权利要求1所述的一种高强度铝合金加工工艺： 其特征在于,所述的硅质粉为Si—Na-LTA纳米材料，制备方法如下：
步骤1、将200g粒径为30nm的纳米氧化硅投入到水溶液中,在20℃下以3000rpm的搅拌速度机械搅拌15min后,得到纳米氧化硅的水分散液；向得到的纳米氧化硅的水分散液中加入15g改性剂L一硫代水杨酸,在80℃温度下,3000rpm的转速下搅拌,得到改性纳米氧化硅悬浮液；将所得的悬浮液进行喷雾干燥,喷雾干燥的转速为16000rpm,喷雾干燥的温度为
100℃,得到有机酸化纳米硅；
步骤2、将300g的有机酸化纳米硅和100gNa-LTA沸石粉末,在500℃下活化,分散到的
10L乙醇中,球磨之后将复合物和乙醇的混合物转移到装有2L氨水的的三口烧瓶中,将温度升高到60℃,加热1h,然后加入的1L的TEOS，继续搅拌6，将得到的浆料过滤,用乙醇洗涤3次,最后得到改性的Si—Na-LTA纳米材料。
说明书 :
一种高强度铝合金加工工艺
技术领域
[0001] 本发明本发明涉及一种高强度铝合金加工工艺,属于无机金属材料领域。
背景技术
[0002] 铝合金由于其强度高、重量轻,并有较好的导电性能,被广泛地应用在航空航天、汽车制造等技术领域成为汽车轻量化最理想的材料。因铝合金在车辆的外车身板成型性、抗凹陷性、烘烤硬化性涂漆后和由此得到的高的机械强度,从而可以制造具有更薄规格且更轻质、同时具有级表面光洁度的片材。提高铝合金中含量可大幅提示合金的强度、成型性能和抗腐蚀性能,但存在延迟屈服和勒德斯线,易出现“桔皮效应”的缺点。而现有能同时满足铝合金板材卷边性能和表面漆刷线性能两方面性能要求的铝合金加工工艺复杂,且原料要求较为苛刻,成本较高。
[0003]
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种高强度铝合金加工工艺，本发明主要是以硅铝两种元素为合金主体,通过加入一定量的镁、铁、铁以及进行热加工处理,制备出具有较高强度的铝合金及制备方法。
[0005] 高强度铝合金加工工艺，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1、 取工业级纯硅23.6份、纯镁9.2份、纯钒2.8份、纯铝48.0份、铁0.4份,置于非自耗真
空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0006] 步骤2、将熔炼好的合金铸锭在熔炼炉中冷却10分钟后取出；步骤3、将马弗炉升温至1000℃,放入合金铸锭保温30分钟,保证铸锭全部热透，搅拌铝合金液体,搅拌应当平稳进行,不应激起太大的波浪,以防氧化膜卷入熔体中,搅拌3小时，使铝合金液体充分的混合；
步骤4、搅拌结束后静置,静置的时间为20min,静置后,铝合金液体内的渣物会分离出来,并聚合成块，从马弗炉中取出铸锭,快速转移至两辊平面轧机上进行多道次轧制变形；
步骤5、第一次轧制完成后再放入马弗炉中保温3分钟,取出再快速进行第二次同向轧制,依此循环,每次下压量控制在合金锭初始厚度的9%,最后使合金锭变形量达到70%；
步骤6、在最后一道次变形后,将合金板材放置于淬火剂中冷却至室温；
步骤7、将冷却至室温的合金板材表面进行扒皮和表面修磨得到高强度铝合金。
步骤4、搅拌结束后静置,静置的时间为20min,静置后,铝合金液体内的渣物会分离出来,并聚合成块，从马弗炉中取出铸锭,快速转移至两辊平面轧机上进行多道次轧制变形；
步骤5、第一次轧制完成后再放入马弗炉中保温3分钟,取出再快速进行第二次同向轧制,依此循环,每次下压量控制在合金锭初始厚度的9%,最后使合金锭变形量达到70%；
步骤6、在最后一道次变形后,将合金板材放置于淬火剂中冷却至室温；
步骤7、将冷却至室温的合金板材表面进行扒皮和表面修磨得到高强度铝合金。
[0007] 所述的铝合金淬火剂制备方法如下步骤1、首先将0.8份硬脂酸、18份玉米淀粉、14份棕搁油溶解于10份聚醚中,得到混合液,接着加入混合液体积3倍的水并转移到反应釜中，反应条件为150℃、800r/min、3MPa,反应时间为2h,反应结束后,温度降至80℃,加入4份月桂酸酯和3份乙酸丁酯,搅拌10min后静置；
步骤2、接着进行离心,离心转速为12000r/min,离心时间为10min,离心后取上清液,添加9份苯甲酸钠、3份三氯化钾、8份D-天冬氨酸和10份聚乙二醇,搅拌均匀后,温度升至63℃,保温1h,最后降温至室温,石蜡油封口,即得。
步骤2、接着进行离心,离心转速为12000r/min,离心时间为10min,离心后取上清液,添加9份苯甲酸钠、3份三氯化钾、8份D-天冬氨酸和10份聚乙二醇,搅拌均匀后,温度升至63℃,保温1h,最后降温至室温,石蜡油封口,即得。
[0008]有益效果：本发明制备的高强度铝合金, 从铝合金凝固原理、压铸工艺以及热处理原理出发,通过压铸件的直接淬火,控制铝合金中硅在凝固过程中的析出,从而改善压铸件中硅的形貌,改善压铸件的力学性能,同时使合金中的合金元素M份、V和Fe固溶于基体中形成过饱和固溶体,提高力学性能；加入的改性Si—Na-LTA纳米材料具有优异的空间拓扑结构，使得金属晶相界面融合的更加紧密，同时使用复配淬火剂进行低温退火处理,消除工件淬火热处理后的热应力,提高其屈服强度。本发明直接利用现有压铸工艺的便利,对压铸Al一Si一M份系铝合金进行强韧化,既节约能源又提高其力学性能,扩大了铝合金压铸件的应用范围。堪称具有新颖性、创造性、实用性的好技术。
具体实施方式
[0009] 实施例1高强度铝合金加工工艺，包括以下步骤：
步骤1、 取工业级纯硅23.6份、纯镁9.2份、纯钒2.8份、纯铝48.0份、铁0.4份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1分钟,得到成分均匀的合金铸锭；
步骤2、将熔炼好的合金铸锭在熔炼炉中冷却10分钟后取出；
步骤3、将马弗炉升温至1000℃,放入合金铸锭保温30分钟,保证铸锭全部热透，搅拌铝合金液体,搅拌应当平稳进行,不应激起太大的波浪,以防氧化膜卷入熔体中,搅拌3小时，使铝合金液体充分的混合；
步骤4、搅拌结束后静置,静置的时间为20min,静置后,铝合金液体内的渣物会分离出来,并聚合成块，从马弗炉中取出铸锭,快速转移至两辊平面轧机上进行多道次轧制变形；
步骤5、第一次轧制完成后再放入马弗炉中保温3分钟,取出再快速进行第二次同向轧制,依此循环,每次下压量控制在合金锭初始厚度的9%,最后使合金锭变形量达到70%；
步骤6、在最后一道次变形后,将合金板材放置于淬火剂中冷却至室温；
步骤7、将冷却至室温的合金板材表面进行扒皮和表面修磨得到高强度铝合金。
步骤1、 取工业级纯硅23.6份、纯镁9.2份、纯钒2.8份、纯铝48.0份、铁0.4份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1分钟,得到成分均匀的合金铸锭；
步骤2、将熔炼好的合金铸锭在熔炼炉中冷却10分钟后取出；
步骤3、将马弗炉升温至1000℃,放入合金铸锭保温30分钟,保证铸锭全部热透，搅拌铝合金液体,搅拌应当平稳进行,不应激起太大的波浪,以防氧化膜卷入熔体中,搅拌3小时，使铝合金液体充分的混合；
步骤4、搅拌结束后静置,静置的时间为20min,静置后,铝合金液体内的渣物会分离出来,并聚合成块，从马弗炉中取出铸锭,快速转移至两辊平面轧机上进行多道次轧制变形；
步骤5、第一次轧制完成后再放入马弗炉中保温3分钟,取出再快速进行第二次同向轧制,依此循环,每次下压量控制在合金锭初始厚度的9%,最后使合金锭变形量达到70%；
步骤6、在最后一道次变形后,将合金板材放置于淬火剂中冷却至室温；
步骤7、将冷却至室温的合金板材表面进行扒皮和表面修磨得到高强度铝合金。
[0010] 所述的铝合金淬火剂制备方法如下步骤1、首先将0.8份硬脂酸、18份玉米淀粉、14份棕搁油溶解于10份聚醚中,得到混合液,接着加入混合液体积3倍的水并转移到反应釜中，反应条件为150℃、800r/min、3MPa,反应时间为2h,反应结束后,温度降至80℃,加入4份月桂酸酯和3份乙酸丁酯,搅拌10min后静置；
步骤2、接着进行离心,离心转速为12000r/min,离心时间为10min,离心后取上清液,添加9份苯甲酸钠、3份三氯化钾、8份D-天冬氨酸和10份聚乙二醇,搅拌均匀后,温度升至63℃,保温1h,最后降温至室温,石蜡油封口,即得。
步骤2、接着进行离心,离心转速为12000r/min,离心时间为10min,离心后取上清液,添加9份苯甲酸钠、3份三氯化钾、8份D-天冬氨酸和10份聚乙二醇,搅拌均匀后,温度升至63℃,保温1h,最后降温至室温,石蜡油封口,即得。
[0011] 实施例2取工业级纯硅20.6份、纯镁10.2份、纯钒2.8份、纯铝48.0份、铁0.4份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0012] 其余步骤和实施例1相同。
[0013] 实施例3取工业级纯硅23.6份、纯镁9.2份、纯钒2.8份、纯铝38.0份、铁0.8份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0014] 其余步骤和实施例1相同。
[0015] 实施例4取工业级纯硅25.6份、纯镁11.2份、纯钒2.8份、纯铝40.0份、铁0.4份,置于非自耗真^-2
空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10 Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10 Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0016] 其余步骤和实施例1相同。
[0017] 实施例5取工业级纯硅30.6份、纯镁9.2份、纯钒2.8份、纯铝38.0份、铁0.6份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0018] 其余步骤和实施例1相同。
[0019] 实施例6取工业级纯硅23.6份、纯镁9.2份、纯钒3.8份、纯铝48.0份、铁1.4份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0020] 其余步骤和实施例1相同。
[0021] 实施例7取工业级纯硅20.6份、纯镁10.2份、纯钒4.8份、纯铝38.0份、铁0.1份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0022] 其余步骤和实施例1相同。
[0023] 实施例8取工业级纯硅20.6份、纯镁19.2份、纯钒1.8份、纯铝48.0份、铁0.4份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0024] 其余步骤和实施例1相同。
[0025] 实施例9取工业级纯硅13.6份、纯镁0.2份、纯钒2.8份、纯铝48.0份、铁2.4份,置于非自耗真^-2
空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10 Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10 Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0026] 其余步骤和实施例1相同。
[0027] 实施例10取工业级纯硅26.6份、纯镁10.2份、纯钒7.8份、纯铝45.0份、铁0.4份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0028] 其余步骤和实施例1相同。
[0029] 实施例11与实施例1相比，不同在于用改性的Si—Na-LTA纳米材料替换纯硅，其余步骤以及配方和实施例1完全相同，改性的Si—Na-LTA纳米材料制备方法如下：
步骤1、 取改性的Si—Na-LTA纳米材料23.6份、纯镁9.2份、纯钒2.8份、纯铝48.0份、铁
0.4份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
步骤1、 取改性的Si—Na-LTA纳米材料23.6份、纯镁9.2份、纯钒2.8份、纯铝48.0份、铁
0.4份,置于非自耗真空电弧熔炼炉中,于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼9遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟,得到成分均匀的合金铸锭。
[0030] 所述的改性Si—Na-LTA纳米材料制备方法如下：步骤1、将200份粒径为30nm的纳米氧化硅投入到水溶液中,在20℃下以3000rpm的搅拌速度机械搅拌15min后,得到纳米氧化硅的水分散液；向得到的纳米氧化硅的水分散液中加入15份改性剂L一硫代水杨酸,在80℃温度下,3000rpm的转速下搅拌,得到改性纳米氧化硅悬浮液；将所得的悬浮液进行喷雾干燥,喷雾干燥的转速为16000rpm,喷雾干燥的温度为
100℃,得到有机酸化纳米硅；
步骤2、将300份的有机酸化纳米硅和100份Na-LTA沸石粉末,在500℃下活化,分散到的
10L乙醇中,球磨之后将复合物和乙醇的混合物转移到装有2L氨水的的三口烧瓶中,将温度升高到60℃,加热1h,然后加入的1L的TEOS，继续搅拌6，将得到的浆料过滤,用乙醇洗涤3次,最后得到改性的Si—Na-LTA纳米材料。
100℃,得到有机酸化纳米硅；
步骤2、将300份的有机酸化纳米硅和100份Na-LTA沸石粉末,在500℃下活化,分散到的
10L乙醇中,球磨之后将复合物和乙醇的混合物转移到装有2L氨水的的三口烧瓶中,将温度升高到60℃,加热1h,然后加入的1L的TEOS，继续搅拌6，将得到的浆料过滤,用乙醇洗涤3次,最后得到改性的Si—Na-LTA纳米材料。
[0031]对照例1
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤1中，于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼3遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟，其余步骤与实施例1完全相同。
与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤1中，于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼3遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟，其余步骤与实施例1完全相同。
[0032] 对照例2与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤1中，于真空度2.0x10^-2Pa反复熔炼6遍,每次每个样品的熔炼时间1.0分钟，其余步骤与实施例1完全相同。
[0033] 对照例3与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤3中，将马弗炉升温至600℃,放入合金铸锭保温40分钟,保证铸锭全部热透，其余步骤与实施例1完全相同。
[0034] 对照例4与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤3中，将马弗炉升温至1400℃,放入合金铸锭保温20分钟,保证铸锭全部热透，其余步骤与实施例1完全相同。
[0035] 对照例5与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤5中，每次下压量控制在合金锭初始厚度的
6%,最后使合金锭变形量达到60%，其余步骤与实施例1完全相同。
6%,最后使合金锭变形量达到60%，其余步骤与实施例1完全相同。
[0036] 对照例6与实施例1不同点在于：铝合金制备的步骤5中，每次下压量控制在合金锭初始厚度的
12%,最后使合金锭变形量达到80%，其余步骤与实施例1完全相同。
12%,最后使合金锭变形量达到80%，其余步骤与实施例1完全相同。
[0037] 对照例7与实施例1不同点在于：铝合金淬火剂制备步骤1中，将1.0份硬脂酸、8份玉米淀粉、14份棕搁油溶解于10份聚醚中,得到混合液,接着加入混合液体积3倍的水并转移到反应釜中，
其余步骤与实施例1完全相同。
其余步骤与实施例1完全相同。
[0038] 对照例8与实施例1不同点在于：铝合金淬火剂制备步骤1中，将3.5份硬脂酸、12份玉米淀粉、7份棕搁油溶解于10份聚醚中,得到混合液,接着加入混合液体积3倍的水并转移到反应釜中，其余步骤与实施例1完全相同。
[0039] 对照例9与实施例1不同点在于：铝合金淬火剂制备步骤2中，添加4份苯甲酸钠、12份三氯化钾、
4份D-天冬氨酸和10份聚乙二醇，其余步骤与实施例1完全相同。
4份D-天冬氨酸和10份聚乙二醇，其余步骤与实施例1完全相同。
[0040] 对照例10与实施例1不同点在于：铝合金淬火剂制备步骤2中，添加10份苯甲酸钠、6份三氯化钾、
1份D-天冬氨酸和3份聚乙二醇，其余步骤与实施例1完全相同。
1份D-天冬氨酸和3份聚乙二醇，其余步骤与实施例1完全相同。
[0041]采用在线切割机将轧制后的合金加工成标准拉伸试样,在instron5982力学性能测试机上测试其拉伸力学性能,拉伸速度为：0.375mm/min,并用引伸计全程跟踪测量试样在拉伸过程中的长度变化。
[0042] 具体实验数据如下实验结果表明实施例1中采用使用复配淬火剂进行低温退火处理加工的铝合金，在硅和铝的比例为1:2，其他金属元素配比固定是合金的强度最好，而且达到现有技术2倍以上的屈服强度；实施例2到实施例6，分别改变各金属元素的用量，对铝合金的机械强度有不同程度的影响；值得注意的是实施例11使用改性Si—Na-LTA纳米材料使得合金屈服强度显著提高，说明改性后的沸石纳米材料对合金的结构有更好的优化作用；对照例1和对照例2分别降低合金熔炼次数，使得合金的屈服强度明显下降，说明熔炼次数太少影响合金的熔炼性能；对照例2和对照例3改变马弗炉的温升和保温时间，合金的强度依然不高，说明温升步骤合金的熔炼至关重要；对照例5和对照例6改变了合金锭轧制初始厚度和最终形变量，效果并不好，说明轧制厚度不宜过高；对照例7至对照例10改变了铝合金淬火剂原料的配比和用量，影响了淬火剂合成的性质，使得合金在低温淬火处理后的机械性能明显下降；因此，使用本发明制备的铝合金具有优异的机械强度。