基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料及其制造方法技术

本发明专利技术属于铝基合金技术领域，公开了一种基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料及其制造方法，按照质量百分比由Zn 5.0％～6.2％、Mg 1.9％～2.6％、Ti 0.05％～0.09％、Si≤0.03％、Fe≤0.06％和Al组成；Al补足至100％。本发明专利技术通过合金成分优化、配料、熔炼、净化、半连续铸造得到新型高品质7系铝合金铸锭，利用该合金成分铸锭进行挤压，获得挤压板材抗拉强度≥440MPa，屈服强度≥410MPa，硬度＞150HV，断后延伸率≥9％，其表面质量不低于市场现有3C产品用材料水平，且挤压过程中挤压速度最大可达7m/min，正常生产速度可达2‑4m/min，生产效率得以保证，可应用于3C产品构件以及外壳等制备。

New 7-Series Aluminum Alloy Materials and Manufacturing Method Based on Fusion Casting and Hot Extrusion

The invention belongs to the technical field of aluminium-based alloys, and discloses a new 7-series aluminium alloy material and its manufacturing method based on melt-casting and hot extrusion. According to the mass percentage, the material consists of Zn 5.0%-6.2%, Mg 1.9%-2.6%, Ti 0.05%-0.09%, Si less than 0.03%, Fe less than 0.06% and Al; Al is supplemented to 100%. The invention obtains a new high-quality 7-series aluminum alloy ingot by optimizing alloy composition, mixing, smelting, purifying and semi-continuous casting. By extruding the alloy composition ingot, the tensile strength of the extruded sheet is more than 440 MPa, the yield strength is more than 410 MPa, the hardness is more than 150 HV, and the elongation after breaking is more than 9%. The surface quality of the new 7-series aluminum alloy ingot is not lower than the material level of the existing 3C products in the market, and the extrusion process is carried out. The maximum extrusion speed can reach 7m/min, and the normal production speed can reach 2 4m/min. The production efficiency can be guaranteed. It can be applied to the preparation of 3C product components and shells.

【技术实现步骤摘要】
基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料及其制造方法
本专利技术属于铝基合金
，尤其涉及一种基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料及其制造方法。
技术介绍
随着电子信息时代步伐的加快，用户对手机、笔记本电脑等产品等3C产品的要求越来越高，对3C产品的外表美观度和外壳材料的机械性能愈加重视，金属外壳已逐渐取代塑料外壳成为市场主导，其中铝合金材质的3C产品在外观质感，轻薄化，导热性、对产品内部元器件保护性和经济性等方面占有较大优势。然而，市场上现有3C产品普遍采用5系或6系铝合金材料，存在强度硬度较低，抗变形、抗磨损和抗摔能力较差等一系列问题。目前市场上3C产品用构件及外壳材料普遍采用的铝合金包括6063、6061和某些5系铝合金。6系铝合金中Si、Mg、Cu等合金元素含量低，主要强化相为Mg2Si、Al2Cu相等，5系铝合金为Al-Mg合金，主要通过加工硬化提高强度。但上述合金屈服强度均较低，通常小于350MPa，已经无法满足用户要求。传统7系铝合金材料较5系、6系铝合金强度硬度更高，但存在成形困难，表面处理过程中易出现黑线和料纹等缺陷的问题。新型7系铝合金中含有Zn、Mg等合金元素，且合金元素含量较高，主要强化相为MgZn2相，强化效果明显，此外还通过添加微量元素细化晶粒起到细晶强化的作用，所以新型7系铝合金强度更高，约为480-510MPa。现有技术存在的问题是：(1)目前3C产品用7系铝合金抗拉强度与屈服强度均低于400MPa，硬度均低于140HV。(2)提高材料强度的同时，其表面处理的难度增大。(3)在挤压过程中易出现黑线和料纹等表面缺陷。以上问题制约了7系铝合金在3C产品上的发展与应用。故本专利技术人首次提出利用本专利技术一种基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料及其制造方法，解决上述问题，且将新型7系铝合金材料应用于手机、笔记本电脑等3C产品用构件及外壳材料，以满足手机、笔记本电脑等3C产品对构件性能和外壳材料强度硬度，抗变形、抗磨损和抗摔能力不断提升的需求。解决上述技术问题的难度和意义：解决上述问题的难度在于7系铝合金在熔铸过程中，对铸锭中夹杂、粗晶及成分偏析等缺陷的有效控制；在于7系铝合金在挤压过程中，非均匀断面挤压流变易失稳，易出现尺寸超差、弯曲变形甚至断裂等挤压缺陷；在于7系铝合金在拉拔过程中，各部位变形均匀性控制与起皮、表面断裂等缺陷抑制难度大；在于寻找7系铝合金强度和加工性能之间的平衡点，使其在保证具有较高强度的同时，也具有较好的成形性能。本专利技术在传统7系Al-Zn-Mg合金基础上进行了合金成分优化和熔铸、挤压成形工艺优化，使得合金在保持较高强度的同时，很大程度上改善了合金的挤压成形性能。本专利技术通过整体挤压成形板材，提高材料整体强度，在保证材料具有足够强度的同时，大幅降低表面处理过程中黑线和料纹等缺陷出现的可能性。本专利技术中一种新型7系铝合金材料及其制造方法可解决用户对手机、笔记本电脑等3C产品的构件性能、外表美观度和外壳材料的强度硬度，抗变形、抗磨损和抗摔能力不断提升的要求。对推动3C产品发展具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料及其制造方法。本专利技术是这样实现的，一种基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料，按照质量百分比Zn5.0％～6.2％、Mg1.9％～2.6％、Ti0.05％～0.09％、Si≤0.03％、Fe≤0.06％和Al组成；Al补足至100％来进行配料。所述基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料的制造方法包括以下步骤：步骤一，利用纯铝、Zn、Mg和Ti剂配料，并在熔炼炉中合金化，得到第一合金熔液，进一步，在熔炼过程中未添加Al-Ti-B或Al-Ti-C的中间合金；进一步，所述第一合金熔液的温度为730-770℃，再充分搅拌，扒渣、取样并化验成分，保证合金元素充分溶解，具备精炼条件；步骤二，将第一合金熔液在保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌和扒渣处理，将处理后的合金熔液进行在线旋转吹氩气进行除气除渣，利用双级陶瓷过滤板过滤；分别进行保温炉内和保温炉外的处理后，得到第二合金溶液；步骤三，采用半连续铸造法采用立式半连续铸造机对第二合金熔液铸造，油气滑铸造，以保证铸锭表面更光滑、偏析层厚度更小；进一步，所述铸造温度为690-710℃，以保证合金溶液具有充分流动能力的同时，降低出现粗晶的可能性；进一步，所述立式半连续铸造机包括直径为90-320mm的结晶器，以获得不同尺寸的铸锭用于满足后续加工的要求；进一步，所述半连续铸造法中的铸造速度为：45mm-55mm/min，以达到铸锭表面质量和生产效率之间的平衡点；进一步，所述半连续铸造法中的铸造法中冷却水量为500-630L/min，使合金溶液冷却速度合适，以获得内部缺陷少，表面质量好的铸锭；进一步，所述7系铝合金铸锭的均质温度为460-480℃，以减少铸锭成分偏析及铸造应力；进一步，铸锭的直径为90-320mm，以满足后续加工的要求；步骤四，将铝棒加热至410-470℃，模具加热到420-480℃，挤压筒加热至410-460℃；在温度达标后开始挤压；挤压出口速度控制为2-4m/min；挤压出口温度控制为460-500℃；在挤压出口进行在线水淬处理，水温25-35℃；冷却到50℃以下；再对挤压件进行矫直处理，矫直拉伸量为0.4-1.0％。在此挤压工艺参数下，整体挤压成形板材挤压过程顺利，无挤压裂纹等重大缺陷，外形尺寸误差符合要求，各部位晶粒组织均匀细小。步骤五，将矫直后板材锯切为所需长度，直接进行人工时效，时效温度为110-130℃，保温时间20-26h；出炉后强风冷却，使材料温度在1h内降至室温，此工艺条件下，挤压件具有较高强度，降低了内应力，具有稳定的外形尺寸和均匀细小的微观组织。本专利技术的另一目的在于提供一种由所述基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料制造的手机外壳。本专利技术的另一目的在于提供一种由所述基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料制造的笔记本电脑外壳。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术通过对合金成分和熔铸、挤压成形工艺优化，经过配料、熔炼、净化、半连续铸造得到高品质7系铝合金铸锭，利用该合金成分铸锭进行挤压，获得挤压板材抗拉强度≥440MPa，屈服强度≥410MPa，硬度＞150HV，断后延伸率≥9％，表面质量不低于市场现有3C产品用材料水平，且挤压过程中挤压速度最大可达7m/min，正常生产速度可达2-4m/min，生产效率得以保证，可应用于3C产品构件以及外壳等制备。在本专利技术中，通过一种基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料及其制造方法，在保证材料强度硬度高的同时，提高了7系铝合金材料的成形性能，大幅度降低了表面处理过程中黑线和料纹等缺陷出现的可能性。综上，本专利技术中一种新型7系铝合金材料及其制造方法可解决用户对手机、笔记本电脑等3C产品的构件性能、外表美观度和外壳材料的强度硬度，抗变形、抗磨损和抗摔能力不断提升的要求。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料的制造方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料，其特征在于，所述基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料按照质量百分比由Zn5.0％～6.2％、Mg 1.9％～2.6％、Ti0.05％～0.09％、Si≤0.03％、Fe≤0.06％和Al组成；Al补足至100％。

【技术特征摘要】
1.一种基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料，其特征在于，所述基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料按照质量百分比由Zn5.0％～6.2％、Mg1.9％～2.6％、Ti0.05％～0.09％、Si≤0.03％、Fe≤0.06％和Al组成；Al补足至100％。2.一种如权利要求1所述基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料的制造方法包括以下步骤：步骤一，利用纯铝、Zn、Mg和Ti剂配料，并在熔炼炉中合金化，得到第一合金熔液；步骤二，将第一合金溶液在保温炉中进行精炼、除渣、除气、搅拌和扒渣处理，并在线除气、过滤后，得到第二合金熔液；步骤三，利用半连续铸造方法对第二合金熔液进行铸造，得到新型7系铝合金铸锭；步骤四，将铝棒加热至410-470℃，模具加热到420-480℃，挤压筒加热至410-460℃；在温度达标后开始挤压；挤压出口速度控制为2-4m/min；挤压出口温度控制为460-500℃；在挤压出口进行在线水淬处理，水温25-35℃；冷却到50℃以下；挤压完毕后，对挤压件进行矫直处理，矫直拉伸量为0.4～1.0％；步骤五，将矫直后板材锯切为所需长度，直接进行人工时效，时效温度为110-130℃，保温时间20-26h；出炉后强风冷却，使材料温度在1h内降至室温。3.如权利要求2所述的基于熔铸和热挤压的新型7系铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述第一合金熔液的温度为730-770℃；在制得第一合金熔液后，将所述第一合金熔液充分搅拌，扒渣、取样化验成...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄元春，章强，王艳玲，谭维杨，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43