一种铝合金及其制备工艺与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种铝合金及其制备工艺与应用。该合金的化学成分质量百分比含量为：Si 0.6‑1.2％，Mg 0.4‑0.8％，Mn 0.4‑0.8％，Ti 1‑3％，B 0.3‑1.2％，Sc 0.05‑0.3％，余量为Al。制备工艺包括步骤有：备料、熔炼、加细化剂、加中间合金、成分调整、精炼、浇铸以及用以制备U型矿用支架的步骤：挤压成型、热处理、支架加工、U型矿用支架。本发明专利技术的铝合金即具有高强度、高塑性和高韧性，具有较好的综合机械性能，还具有摩擦火花安全性好，密度小，耐腐蚀等优点。此铝合金特征轻质、高强，适用于矿山巷道矿用支架的铸造。此铝合金U型矿用支架，密度小，方便作业，支撑力较高，支护强度大，不易变形，铝合金U型支架可替代传统的U型钢制备的矿用U型钢支架。

Aluminum alloy and preparation process and application thereof

The invention discloses an aluminum alloy, a preparation process and an application thereof. The chemical composition of the alloy mass percentage: Si 0.6 1.2%, Mg 0.4 0.8%, Mn 0.4 0.8%, Ti 1 3%, B 0.3 1.2%, Sc 0.05 0.3%, the rest is Al. The preparation process includes the steps of: material preparation, smelting, refining agent, and adding intermediate alloy, composition adjustment, refining, casting and preparing for U mine support for steps: extrusion molding, heat treatment, machining, U type mine support bracket. The aluminum alloy of the invention has high strength, high plasticity and high toughness, has good comprehensive mechanical performance, and has the advantages of good friction, good safety, small density and corrosion resistance. The aluminum alloy is light, high strength and suitable for the casting of the mine support in the mine tunnel. This type of aluminum alloy U mine support, small density, easy operation, high supporting force, large supporting strength, difficult to deformation, aluminum alloy U type stent can replace the traditional U steel U steel support.

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金及其制备工艺与应用
本专利技术属于合金材料
，特别涉及一种铝合金及其制备工艺与应用。
技术介绍
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。在矿井巷道支护中，U型钢作为矿井支护材料，早已被广泛应用，特别是在深部复杂巷道以及松软煤层巷道中。U型钢支架的连接，一直是采取直接搭接，当巷道围岩来压时，使栅腿与栅梁的搭接迅速位移，在栅梁和栅腿之间的摩擦下易产生火花，给矿井的安全带来危害，特别是高瓦斯矿井。因而国外发达国家对钢材料在矿井中应用的安全问题早就进行了研究，但至今尚未获得突破性进展。且U型钢支架的密度较大，运输和施工难度大，且成本高。6351铝合金是6系列合金中强度较高的一种，强度比6061合金高，比6082合金稍低，如6351-T6型材要求最小抗拉强度为295Mpa，挤压成型性好。其多用于公路交通设施的挤压结构材料，需要材料强度高的输气、输油、输水管道。但是，其材料力学性能仍不能满足矿用支护材料的要求。
技术实现思路
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种铝合金及其制备工艺；本专利技术还提供一种轻质、高强的铝合金U型矿用支架，不仅具有较高的强度、抗腐蚀性，优良的冲击韧性和塑性，且具有摩擦火花安全性好，密度小的优点，可替代传统的U型钢制备的U型矿用支架。本专利技术的目的将通过以下技术方案得以实现：一种铝合金，其特征在于，该合金的化学成分具有质量百分比含量为：Si0.6-1.2％，Mg0.4-0.8％，Mn0.4-0.8％，Ti1-3％，B0.3-1.2％，Sc0.05-0.3％，余量为Al和不可避免的杂质。一种铝合金的制备工艺，包括以下步骤：备料→熔炼→加细化剂→加中间合金→成分调整→精炼→浇铸；a、备料：按重量百分比准备合金原料：Si0.6-1.2％，Mg0.4-0.8％，Mn0.4-0.8％，Ti1-3％，B0.3-1.2％，Sc0.05-0.3％以及铝钛硼细化剂和余量的铝。b、熔炼：将以上合金各组分原料投入熔炉中，加热熔炉进行熔炼，使熔炉内原料全部熔为合金溶液；c、加入细化剂在熔炉内合金溶液温度达到740℃左右时加入铝钛硼细化剂，强力搅拌直到混合均匀；d、分别向合金溶液中加入Al-Si20中间合金，Al-Ti8-B3中间合金，Al-Sc5中间合金、Al-Mn10中间合金迅速搅拌至混合均匀，使各合金成分温度达到730℃-760℃，和炉内温度趋于一致(温差不超过20℃)；e、成分调整：取样检测合金熔液的成分含量，根据设计的成分含量进行调整，直至确认各组成分符合设计的成分含量，所述设计的成分含量如下：Si0.6-1.2％，Mg0.4-0.8％，Mn0.4-0.8％，Ti1-3％，B0.3-1.2％，Sc0.05-0.3％，余量为Al；f、精炼：在经成分调整后的合金熔液加入0.2％铝合金精炼剂，用99.99％的氮气喷入，除去熔炉内的气体及杂质，除去合金溶液表面浮渣；g、浇铸：将精炼后的铝合金熔液在静置炉内静置30min，并将静置炉内的温度保持在720℃-740℃之间；然后将铝合金熔液通过铸造机进行铸造成型，可制成规定尺寸的锻造圆棒毛坯，以便于后续的加工。一种所述铝合金铸造的U型矿用支架，包括以下步骤：挤压成型→剪切→热处理→支架加工→U型矿用支架。a、挤压成型：在1600-2000吨压力机挤压成型，将胚料加热到400-450℃，在1800吨压力下，用专用U型模具挤压成型；b、剪切：成型后的铝材用切割机切割栅梁和栅腿，栅梁用压力机用模具压力成弧形；c、热处理：T6热处理；d、支架加工及装配：进行精加工，得到铝合金U型矿用支架，将栅梁和栅腿用连接件链接。所述连接件可为螺栓。进一步的，所述热处理为，将栅梁和栅腿料装入固溶炉，固溶温度500‐515℃，固溶时间3‐4.5小时，然后淬火，要求在10秒内将零件浸入水温35‐75℃的自来水中；再装入时效炉，炉温160‐180℃，保温6小时，出炉后自然冷却。一种铝合金在制备矿用支护材料中的应用，进一步的，所述铝合金在制备U型矿用支架中的应用。通过上述技术方案，本专利技术具有如下的优越性：本专利技术提供了一种铝合金，包括以下组分：Si0.6-1.2％，Mg0.4-0.8％，Mn0.4-0.8％，Ti1-3％，B0.3-1.2％，Sc0.05-0.3％；余量的Al及不可避免的杂质。0.3-1.2％的B能够与Ti形成TiB2提高了晶粒细化程度，同时提高制备工艺过程中的淬透性，可使调质后性能大为改善；0.05-0.3％的Sc对铝合金有很好的延压强化作用，同时提高铝合金的强度；1-3％的Ti能细化晶粒，显著提高室温、高温强度和铸造性能。本专利技术提供的铝合金，具有高强度、高塑性和高韧性，具有较好的综合机械性能。且具有摩擦火花安全性好，密度小，耐腐蚀的优点，适用于各类工件的高强度，高支撑力，不易变形的要求。本专利技术提供的上述铝合金铸造的U型矿用支架，同样具备以上优点，且支撑力较高，支护强度大，不易变形。其力学性能抗拉强度，伸长率和布氏硬度与U型钢相近；密度为钢的1/3，密度小，在井下有限的空间作业方便和省力；铝合金U型支架之间碰撞不会产生火花，在易燃易爆的环境里施工不会有安全隐患；铝合金U型支架具有抗腐蚀性，不会生锈，使用更安全，使用寿命更长；循环使用，方便回收，回收率高达99％，回收价值高，轻质、高强的铝合金U型支架可替代传统的U型钢制备的矿用U型钢支架。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图。图中，1栅梁，2栅腿，3螺栓。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。一种铝合金，该合金的化学成分具有质量百分比含量为：Si0.6-1.2％，Mg0.4-0.8％，Mn0.4-0.8％，Ti1-3％，B0.3-1.2％，Sc0.05-0.3％，余量为Al和不可避免的杂质。实施例1按照表1中实施例1合金的组成将各原料制备得到铝合金。铝合金制备工艺具体步骤：备料→熔炼→加细化剂→加中间合金→成分调整→精炼。详细步骤如下：先按照表1中实施例1铝合金的组成准备合金原料：将实施例1铝合金各组分原料投入到熔炼炉中，加热熔炼炉进行熔炼，使熔炼炉内原料全部熔为铝合金溶液；在熔炉内铝合金溶液温度达到740℃左右时加入铝钛硼细化剂(加入量至钛和硼成分范围)，强力搅拌直到混合均匀；分别向铝合金溶液中加入Al-Si20中间合金，Al-Ti8-B3中间合金，Al-Sc5中间合金、Al-Mn10中间合金迅速搅拌至混合均匀，使各合金成分温度和炉内温度在740-760°趋于一致；取样检测合金熔液的成分含量，根据设计的成分含量进行调整，直至确认各组成分符合设计的成分含量(见表1实施例1)。然后在经成分调整后的合金熔液加入0.2％铝合金精炼剂，除去熔炉内的气体及杂质，除去合金溶液表面浮渣，将经精炼后的合金熔液在720℃-740℃浇铸成规定尺寸的锻造圆棒毛坯，以便于后续的加工。U型矿用支架的制备工艺：将制备好的合金材料在1600-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金，其特征在于，该合金的化学成分具有质量百分比含量为：Si 0.6‑1.2％，Mg 0.4‑0.8％，Mn 0.4‑0.8％，Ti 1‑3％，B 0.3‑1.2％，Sc 0.05‑0.3％，余量为Al和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金，其特征在于，该合金的化学成分具有质量百分比含量为：Si0.6-1.2％，Mg0.4-0.8％，Mn0.4-0.8％，Ti1-3％，B0.3-1.2％，Sc0.05-0.3％，余量为Al和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，该合金的化学成分具有质量百分比含量为：Si0.6％，Mg0.4％，Mn0.4％，Ti1.0％，B0.3％，Sc0.3％，余量为Al和不可避免的杂质。3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，该合金的化学成分具有质量百分比含量为：Si0.8％，Mg0.6％，Mn0.5％，Ti3.0％，B0.8％，Sc0.2％，余量为Al和不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，该合金的化学成分具有质量百分比含量为：Si1.2％，Mg0.8％，Mn0.8％，Ti2.5％，B1.2％，Sc0.05％，余量为Al和不可避免的杂质。5.权利要求1-4中任一项所述的铝合金的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：a、按重量百分比准备合金原料：Si0.6-1.2％，Mg0.4-0.8％，Mn0.4-0.8％，Ti1-3％，B0.3-1.2％，Sc0.05-0.3％以及铝钛硼细化剂和余量的铝；b、将所述合金各组分原料投入熔炉中，加热使熔炉内原料全部熔为合金溶液；c、在熔炉内加入铝钛硼细化剂，强力搅拌直到混合均匀；d、加入中间合金迅速搅拌至混合均匀，使各合金成分温度达到730℃-760℃；e、取样检测所述铝合金熔液的成分含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢锴，
申请(专利权)人：云南锴晟特种金属有限公司，云南锴晟新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53