[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明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，本发明采用如下技术方案：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：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；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Mg 0.50~0.60wt%，Si 0.39~0.45wt%，5Ti-0.8B-0.2Er 0.25~0.55wt%，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；