[发明专利]硬铝合金型材的生产工艺

说明书

技术领域

    本发明属于金属材料制造技术领域，具体涉及一种硬铝合金型材的生产工艺。

背景技术

硬铝合金（Al-Cu-Si系及Al-Si-Cu系铝合金）型材以其高强度、质轻及良好的耐磨性能广泛应用于航空发动机、汽车等多类空调压缩机叶片及叶轮等部件。硬铝合金由于硬度及强度较高，其塑性成形性能必定较低，显著影响其加工性能，甚至使其塑性加工难以实现，大大制约其各方面的应用。如采用现有的常规熔炼铸造锭坯及常规挤压工艺生产硬铝合金，不仅对工艺要求极其严格，对设备亦会产生极大损害，且常规挤压存在以下多种不足之处：                                                铸锭需加热，工艺流程长，能耗高； 制品组织不均，容易出现粗大的晶粒，影响合金的综合性能。几何废料多，材料利用率低；生产制品长度受限制；投资大、成本高。通过细化晶粒的方法改善变形中各晶粒之间的协调能力和变形的均匀性，从而提高难变形合金的塑性成型性能是目前最为有效的应对该问题的方案。具体做法是：通过添加合金化元素，起到一次细化晶粒的作用，但其细化晶粒的效果有限。近年来出现了大塑性变形使晶粒二次微细化的方法，其中代表性的方法有等径角挤、等径角拉、累积叠轧、循环挤压－压缩、高压扭转变形和多向锻造等。这些工艺方法可使金属及其合金获得亚微米晶，甚至纳米晶。但除多向锻造外，其他工艺方法暂难以实现大规模工业化生产。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种步骤简单、节能环保、生产成本低及产品性能优越的硬铝合金型材的生产工艺。

本发明提供的硬铝合金型材的生产工艺，步骤如下：

a. 配料；

b. 熔炼； 

c. 水平连铸；

d. 清洗；

e. 连续挤压，挤压转速4~12r/min、模具入口圆角r=0.3~0.5mm，得硬铝合金型材；

f. 双级时效热处理：对步骤e得到的硬铝合金型材进行一级时效热处理，温度为450~520℃、时间30~120min，然后将硬铝合金型材水冷或空冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为150~250℃、时间2~12h，再将硬铝合金型材空冷至室温，得硬铝合金型材成品。

作为本发明的生产工艺的进一步改进，步骤f中所述一级时效温度为460~500℃、时间30~120min，所述二级时效温度为150~250℃、时间2~8h。

本发明提供的硬铝合金型材的生产工艺，采用连续挤压成形，使得本发明的生产工艺具有能耗低、材料利用率高、 制成品长度大、成品组织性能均匀、生产效率高等优点。本发明的生产工艺简单易控，将一般应用于具有良好塑性的金属材料的连续挤压技术成功的应用于加工塑性较差的硬铝合金型材，使合金晶粒组织深度细化，并结合双级时效热处理实现合金的沉淀强化, 所得产品室温抗拉强度可达450~500MPa，伸长率可达4~8%，平均晶粒尺寸可达0.020~0.040mm，可应用于合金元素总含量达到15%（质量百分含量）以上的Al-Si-Cu系硬铝合金型材的生产。目前，除本发明专利外，尚没有关于采用连续挤压技术生产此类硬铝合金型材的报道，因此，无同类产品性能的比对数据；而采用常规挤压及固溶时效热处理虽然亦可生产此类合金型材（抗拉强度可达450~500MPa，伸长率达3~6%，平均晶粒尺寸可达50~120微米），但无法使硬铝合金获得细小均匀的晶粒组织，更不具有节能环保、材料利用率和生产效率高等优点。 

具体实施方式

以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。需要说明的是，以下实施例仅用于解释本发明，而不应视为对本发明的权利要求的范围的限制。

实施例  经配料、熔炼、水平连铸、清洗得到的Al-Si-Cu系硬铝合金杆坯，采用连续挤压得到硬铝合金型材；再对其进行双级时效热处理。不同实施方式的挤压转速、模具入口圆角及一级时效热处理的温度、时间，冷却方式，二级时效热处理的温度、时间及产品力学性能见表1。

  

表1 各实施例工艺参数及产品力学性能

实施例挤压转速(r/min)模具入口圆角(mm)一级时效热处理温度、时间冷却方式二级时效热处理温度、时间抗拉强度(σb/MPa)伸长率(δ/ %)平均晶粒尺寸(mm)140.5450℃、120min水冷150℃、12h4597.50.040240.5450℃、120min空冷150℃、12h4557.70.041360.4455℃、110min空冷150℃、10h4667.70.041440.45460℃、120min水冷150℃、8h4767.20.035540.45460℃、120min空冷150℃、8h4747.40.042690.45480℃、60min水冷200℃、6h4686.80.0377120.4500℃、30min水冷250℃、2h4805.10.0308120.4500℃、30min空冷250℃、2h4765.30.0359120.3520℃、30min水冷250℃、2h4885.20.02510120.3520℃、30min空冷250℃、2h4915.30.023