一种用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯及其制备方法，铸坯以工业纯铝、一级纯镁、Al-Si合金和5Ti-0.8B-0.2Er合金为原料精炼，采用工业半连续方式浇铸，同时控制浇注凝固过程的冷却速度在52~81℃/秒，以获得均匀的细晶合金组织；所述合金的化学成分含量包括：Mg 0.50~0.60wt%，Si 0.39~0.45wt%，5Ti-0.8B-0.2Er 0.25~0.55wt%，不可避免杂质≤0.15wt%，其余组分为Al。本发明专利技术方法设计合理，操作方便，设备简单；制得的铸坯合金α-Al晶粒明显细化，热变形流变应力小，利用该铸坯可生产出厚度均匀、表面光亮和无裂纹的薄壁管/薄板。

【技术实现步骤摘要】
一种用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯及其制备方法
本专利技术属于有色金属铸造领域，涉及一种用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯及其制备方法。
技术介绍
铝合金材料在航空、航天、电子等领域已得到广泛的应用。为进一步提高其轻量化的效果，一方面需继续开发高性能的合金品种以提高制品的比强度比刚度，另一方面需对现有产品进行结构再设计，在满足服役条件下使其结构尽可能简单轻薄。因此，很多时候需要采用强度较高的铝合金用于挤压制备出壁厚超薄的管材，包括薄壁圆管，以及各种中空的薄壁型材，通常最小薄壁处厚度为0.1~0.3mm。另外，用挤压方式生产厚度0.1~0.2mm的窄幅薄板，其铸坯制备相较轧制生产采用的大型铸坯成本低，挤压生产本身的生产成本和设备成本相对于轧制生产也极具优势，从而有较大的市场前景。虽然大多数商用变形铝合金都具有良好的热加工塑性，但在挤压生产壁厚0.1~0.3mm的管型材和薄板时，并非所有的合金铸坯都具有通过细小的模孔缝隙形成薄壁薄板的能力。提高变形温度可降低合金的热变形流变应力，以改善合金挤压时通过模具细窄缝隙的能力，但温度较高时挤压出的制品偏软，平直度难以保证，且高温下制品表面容易因氧化而发黄，另外采用较高挤压温度使挤压速度必须放慢，以避免模具温升过大而导致变形中的合金温度过高，从而发生过烧产生表面裂纹。因此，需要考虑通过调整合金的成分和优化铸态合金的微观组织结构，使其在较低的挤压变形温度范围内，也具有较低的热变形流变应力，从而易于通过挤压模的细窄缝隙，形成薄壁薄板结构的制品。热变形过程中的变形流变应力，主要受合金成分和铸态组织特征影响。对于某种合金的成分的合金而言，其铸态组织越细小，其热变形流变应力越小。这是因为在较高的变形温度下，合金的晶界首先失去强度，利于合金发生塑性流变，具有粗大晶粒的合金晶界体积比小，其抵抗高温变形的能力强，不利于热变形时通过细窄缝隙，合金挤压流动性差。所以为了提高合金的挤压流动性，易于通过细窄缝隙，需要细化铸态合金的晶粒尺寸。铸态合金的晶粒细化可以通过在合金中添加细化晶粒的成分和在浇注凝固过程增大冷速来获取，然而细化晶粒的合金成分含量不当会弱化合金的热变形塑性，过高的凝固冷速意味着铸坯制备的生产成本和设备成本的增加。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯及其制备方法，通过合金成分调整优化，配之以半连续生产条件的优化工艺，能够促进铸坯合金二次枝晶分化，缩短二次枝晶间距，显著细化晶粒，提高合金挤压流动性，得到一种用于挤压生产薄壁管/薄板的铝合金细晶铸坯。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯，以工业纯铝、一级纯镁、Al-Si合金和5Ti-0.8B-0.2Er合金为原料，将合金成分调整优化并完成精炼的熔体，在工业半连续铸造生产条件下制备铸坯，通过工艺参数调整，使合金浇注凝固过程的冷速较大，并使铸棒不同部位合金的凝固冷却速度均控制在52~81℃/秒。所述细晶铝合金铸坯的化学成分含量包括：Mg0.50~0.60wt%，Si0.39~0.45wt%，5Ti-0.8B-0.2Er0.25~0.55wt%，不可避免杂质≤0.15wt%，其余组分为Al；所述5Ti-0.8B-0.2Er合金是以工业纯铝为基体，且加入化学元素Ti、B和Er熔炼制成的金属合金锭，其中，5Ti-0.8B-0.2Er合金中化学元素Ti、B、Er占合金总质量的5%、0.8%和0.2%，余量为Al。上述用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯的制备方法，包括以下步骤：1）配料：以工业纯铝、一级纯镁、Al-Si合金和5Ti-0.8B-0.2Er合金为原料，按照Mg0.50~0.60wt%，Si0.39~0.45wt%，5Ti-0.8B-0.2Er0.25~0.55wt%，其余组分为工业纯铝进行配料；所述5Ti-0.8B-0.2Er合金是以工业纯铝为基体，且加入化学元素Ti、B和Er熔炼制成的金属合金锭；2）精炼：将步骤1）配料好的合金原料放在低碳钢熔炼坩埚中精炼，使其完全熔化，待熔体温度升至720~740℃时，停止加热，使得熔体温度保持在720~740℃范围内，静置15-20分钟；3）浇注与凝固：采用工业半连续方式浇铸，铸坯直径控制在50mm以内。减小铸坯直径可提高合金冷却速率，同时减小铸坯外层和内层不同部位合金的冷却速率。通过增大结晶器冷却水水流，或采用较慢的拉坯速度，两者均可提升铸坯合金的冷却速率，但所引起的铸坯外层和内层合金的冷却速率差异不同。因此，必须针对不同尺寸的铸坯进行结晶器冷却水水流速率和浇注拉坯速度的调节，借助现场监控和计算，将凝固成型过程中铸坯外层和内层不同部位合金的冷却速度，控制在52~81℃/秒范围内。其中，熔体通过流槽送入结晶器，通过结晶器内壁带走熔体热量使其外部凝固结壳，拉坯机将外壳凝固部分连续地向下拉动，使其受到结晶器喷出的二次冷却水的直接浇淋，形成快速冷却凝固的效果；通过对该合金进行多次半连续生产试验，在线监测其浇铸过程合金温度的变化，尤其是铸棒直径方向不同位置合金凝固过程的温度变化，并配合以科学计算，可得到所采用的半连续浇注设备用于浇注该合金特定直径的铸棒时，不同结晶器冷却水流强度和拉坯速度组合下，铸棒直径方向不同位置的合金冷却速度。对于直径小于50mm的铸坯，选用可行的结晶器冷却水流强度和拉坯速度组合，可使得铸棒合金凝固冷却速度均控制在52~81℃/秒内。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、通过上述的铸坯成分和冷却工艺优化，当合金冷却速度在52℃~81℃/秒范围时，对应的合金平均晶粒尺寸小于73.4μm。以此铸坯的合金晶粒尺寸数值为临界值，当合金的晶粒小于该值时，铸坯在350℃~380℃温度范围内热变形时，其热变形抗力小于245MPa。该热变形抗力值即为铸坯合金的变形抗力警戒值，通过本技术所得铸坯的组织细小均匀，其350℃~380℃温度范围热变形抗力均可保证小于该值，从而保证常规卧式挤压机通过在小于其80%最大极限液压能力的安全条件下，在350℃~380℃温度范围能顺利挤压出壁厚0.1~0.3mm的管型材和0.1~0.2mm的薄板。2、采用本专利技术配方和工艺得到的用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯，晶粒尺寸细小均匀，因挤压流动性好，可采用更低的温度挤压，所得变形制品晶粒细化效果更显著，合金的力学性能更高，所得薄壁管/薄板具有更好的强度以满足使用要求；因本技术所得铝合金铸坯的挤压流动性好，所选挤压温度较低，可采用较高的挤压速度生产，而不发生因过热过烧产生表面裂纹，从而提高挤压生产效率，降低生产成本。3、本专利技术制备方法简便，易于操作，成本低廉，适用于工业化生产。使用本专利技术铸坯生产出的薄壁管具有壁厚均匀、形状一致、表面光亮和无破损缺陷等优点。附图说明图1为晶粒尺寸与最大变形抗力关系图。图2a为1#的细晶铝合金铸坯金相图；图2b为1#的细晶铝合金铸坯的晶粒尺寸分布图；图3a为2#的细晶铝合金铸坯金相图；图3b为2#的细晶铝合金铸坯的晶粒尺寸分布图；图4a为3#的细晶铝合金铸坯金相图；图4b为3#的细晶铝合金铸坯的晶粒尺寸分布图；图5a为实施例1的细晶铝合金铸坯金相图；图5b为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯，其特征在于，所述细晶铝合金铸坯的化学成分含量包括：Mg 0.50~0.60wt%，Si 0.39~0.45wt%，5Ti‑0.8B‑0.2Er 0.25~0.55wt%，不可避免杂质≤0.15wt%，其余组分为Al。

【技术特征摘要】
1.一种用于挤压薄壁管/薄板的细晶铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，所述细晶铝合金铸坯的化学成分含量包括：Mg0.50~0.60wt%，Si0.39~0.45wt%，5Ti-0.8B-0.2Er0.25~0.55wt%，不可避免杂质≤0.15wt%，其余组分为Al；制备方法包括以下步骤：1）配料：以工业纯铝、一级纯镁、Al-Si合金和5Ti-0.8B-0.2Er合金为原料，按照Mg0.50~0.60wt%，Si0.39~0.45wt%，5Ti-0.8B-0.2Er0.25~0.55wt%，其余组分为工业纯铝进行配料；所述5Ti-0.8B-0.2Er合金是以工业纯铝为基体，且加入化学元素Ti、B和Er熔炼制成的金属合金；其中，5Ti-0.8B-0.2Er合金中化学元素Ti、B、Er占合金总质量的5%、0.8%和0.2%，余量为Al；Al-Si合金为含Si21wt%的合金；2）精炼：将步骤1）配料好的合金原料放在低碳钢熔炼坩埚中...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建，王永建，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85