一種鋁單板用鑄態(tài)合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁單板用鑄態(tài)合金材料，以及其制備方法，屬于鋁合金材料制造領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]工業(yè)上，建筑材料用鋁單板常采用3系A(chǔ)l-Mn合金，屬于熱處理不可強(qiáng)化的變形鋁合金，該類材料具有重量輕、強(qiáng)度適中、塑性高、延展加工性能好、焊接性能好、抗腐蝕性強(qiáng)、表面光潔等優(yōu)良的綜合性能。其中具有代表性的是3003A1-Mn合金，因其添加了 Mn元素，使得其強(qiáng)度和硬度比純鋁要高，廣泛的應(yīng)用于容器、裝飾建筑材料等方面。
[0004]Mn是Al-Mn合金中的主要成分，含量在1.0%?1.6%之間，含量過高會(huì)影響合金的鑄造和壓延等性能，過低則使得力學(xué)性能降低。但由于Mn的存在，在鑄造冷卻時(shí)容易產(chǎn)生偏析，導(dǎo)致合金的性能降低。在Al-Mn合金中不可避免的存在Fe元素，F(xiàn)e可溶于MnAl6中形成(FeMn)Al6,它是合金中的雜質(zhì)相，質(zhì)硬而脆，會(huì)減低合金的力學(xué)性能，這就限制了該系合金的應(yīng)用。同時(shí)，隨著工業(yè)和裝飾業(yè)的不斷擴(kuò)展，傳統(tǒng)的Al-Mn合金強(qiáng)度偏低，已不能滿足要求。目前，對Al-Mn系合金的研究主要集中在改進(jìn)熔鑄方法及加工工藝上，以此來改善合金微觀組織，提高力學(xué)性能。雖然對Al-Mn合金的研究取得了一些成果，但這些研究多集中于通過局部工藝來改善合金某一性能，依然存在強(qiáng)度較低等問題。為了提高Al-Mn合金的強(qiáng)度，研究者在合金中加入了多種合金元素，如Cu，F(xiàn)e，Si，Mg，Zn等。但是，這樣做一方面使合金的生產(chǎn)成本提高，另一方面，強(qiáng)度值與塑性之間不能很好配合，使得加工性能惡化，存在合金在提高某些性能的同時(shí)，其他性能出現(xiàn)下降的矛盾，不適用于工業(yè)生產(chǎn)。人們希望能夠在保持良好的加工性能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高材料的力學(xué)性能，這可以起到減小材料尺寸和重量的效果，降低材料制件的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決以上問題，本申請發(fā)明針對工業(yè)應(yīng)用提供了一種鋁單板用鑄態(tài)合金材料及其制備方法，所制備出的合金材料具有良好的強(qiáng)度與塑性，滿足了鋁單板材料后期壓延加工和使用的要求，生產(chǎn)成本較低。
[0006]本發(fā)明是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明的合金由以下成分組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.0%<Mn< 1.6%,0.1%<Si < 1.0%，0.2% <Mg < I.2%，0.05% < Ti < 0.2%，0.01% < B < 0.04%,0.05% < Zn < 0.5%,0.1% < Y < 0.6%，其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0007]上述本發(fā)明的合金材料的最優(yōu)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.0% < Mn < 1.3%，0.1% < Si <0.5%，0.3%< Mg <0.8%,0.1% < Ti < 0.15%，0.02% < B < 0.03%，0.1% < Zn <0.3%,0.1% < Y <
0.3%，其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0008]上述本發(fā)明的合金材料，所述T1、B元素以Al-5%Ti_l%B中間合金形式加入。
[0009]上述本發(fā)明的合金材料，所述Mn元素以Al-10%Mn中間合金形式加入。
[0010]上述本發(fā)明的合金材料，所述Y元素以A1_10%Y中間合金形式加入。
[0011 ]上述本發(fā)明的合金材料，所述Si元素以Al-20%Si中間合金形式加入。
[0012]上述本發(fā)明的鑄態(tài)合金材料的制備方法，采用以下步驟:
(1)按配比取純鋁錠、鋁-錳中間合金作為原料；
(2)將純鋁錠、鋁-錳中間合金放入石墨粘土坩禍中，用電阻爐熔化至820?890°C并保溫10-30分鐘;
(3)將5丨、1%、1^、8、￥、211按各自質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入;快速冷卻合金液至740-770°(:，攪拌均勻，靜置10~30分鐘，澆注到金屬模具中凝固成形。
[0013]本發(fā)明所制備的鋁單板用鑄態(tài)合金材料與現(xiàn)有合金材料相比優(yōu)點(diǎn)在于:其抗拉強(qiáng)度可提高30%以上，可為鋁單板提供較高的使用強(qiáng)度。同時(shí)，在保證強(qiáng)度的前提下，具有較高的伸長率，可保證合金材料在后續(xù)乳制成板過程中具有的良好延展性。本發(fā)明所述合金制備方法易操作，成本低，滿足了制造高強(qiáng)度鋁單板用鑄造坯料的生產(chǎn)要求。
[0014]四、【具體實(shí)施方式】實(shí)施例1
本實(shí)施例的合金材料成分配比為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.0%Μη，0.2%Mg，0.l%Si，0.05%Ti，0.01%B，0.1%Y，0.05%Zn，其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。
[00?5]米用以下步驟制得:
(1)按配比取純鋁錠、鋁-錳中間合金作為原料；
(2)將純鋁錠、鋁-錳中間合金放入石墨粘土坩禍中，用電阻爐將合金熔化至820°C并保溫1分鐘；
(3 )將S1、Mg、T 1、B、Y、Zn按各自質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入，快速冷卻合金液至740 °C，攪拌均勻，靜置20分鐘，澆注到金屬模具中凝固成形。
[0016]經(jīng)測試，所制得鑄態(tài)合金材料的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度為140MPa，屈服強(qiáng)度為55MPa，硬度為40 HB，伸長率為20.1%。
[0017]實(shí)施例2
本實(shí)施例鑄態(tài)合金材料成分配比為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.2%Mn，0.5%Mg，0.3%Si，0.l%Ti，
0.02%B，0.2%Y，0.l%Zn，其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0018]采用以下步驟制得:
(1)按配比取純鋁錠、鋁-錳中間合金作為原料；
(2)將純鋁錠、鋁-錳中間合金放入石墨粘土坩禍中，用電阻爐將合金熔化至840°C并保溫15分鐘；
(3)將S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入;攪拌均勻，并快速冷卻合金液至750°C，靜置15分鐘，澆注到金屬模具中凝固成形。
[0019]經(jīng)測試，所制得鑄態(tài)合金材料的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度為156MPa，屈服強(qiáng)度為63MPa，硬度為44 HB，伸長率為16.2%。
[0020]實(shí)施例3
本發(fā)明實(shí)施例鑄態(tài)合金材料成分配比為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.2%Mn，0.8%Mg，0.8%Si，0.l%Ti，
0.02%B，0.2%Y，0.l%Zn其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0021]采用以下步驟制得:
(1)按配比取純鋁錠、鋁-錳中間合金作為原料；
(2)將純鋁錠、鋁-錳中間合金放入石墨粘土坩禍中，用電阻爐熔化至880°C并保溫10分鐘；
(3)將S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入;攪拌均勻，并快速冷卻合金液至760°C，靜置20分鐘，澆注到金屬模具中快速凝固成形。
[0022]經(jīng)測試，所制得鑄態(tài)合金材料的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度為165MPa，屈服強(qiáng)度為68MPa，硬度為52 HB，伸長率為10.1%。
[0023]實(shí)施例4
本發(fā)明實(shí)施例鑄態(tài)合金材料成分配比為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.2% Mn,0.5%Mg，0.3%Si，0.15%Ti,0.03%B，0.2%Y，0.1%Ζη，其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0024]采用以下步驟制得:
(1)按配比取純鋁錠、鋁-錳中間合金作為原料；
(2)將純鋁錠、鋁-錳中間合金放入石墨粘土坩禍中，用電阻爐熔化至850°C并保溫20分鐘；
(3)將S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入;攪拌均勻，并快速冷卻合金液至750°C，靜置20分鐘，澆注到金屬模具中快速凝固成形。
[0025]經(jīng)測試，所制得鑄態(tài)合金材料的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度為160MPa，屈服強(qiáng)度為66MPa，硬度為49 HB，伸長率為15.9%。
[0026]實(shí)施例5
本發(fā)明實(shí)施例鑄態(tài)合金材料成分配比為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.2% Mn,0.5%Mg，0.3%Si，0.1%Ti,0.02%B，0.5%Y，0.2%Ζη其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0027]采用以下步驟制得:
(1)按配比取純鋁錠、鋁-錳中間合金作為原料；
(2)將純鋁錠、鋁-錳中間合金放入石墨粘土坩禍中，用電阻爐熔化至890°C并保溫15分鐘；
(3)將S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入;攪拌均勻，并快速冷卻合金液至770°C，靜置15分鐘，澆注到金屬模具中快速凝固成形。
[0028]經(jīng)測試，所制得鑄態(tài)合金材料的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度為172MPa，屈服強(qiáng)度為71MPa，硬度為55 HB，伸長率為8.7%。
[0029]實(shí)施例6
本發(fā)明實(shí)施例鑄態(tài)合金材料成分配比為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.5% Μη,Ι.2%Mg，1.0%Si，0.2%Ti,0.04%B，0.5%Y，0.5%Zn其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0030]采用以下步驟制得:
(1)按配比取純鋁錠、鋁-錳中間合金作為原料；
(2)將純鋁錠、鋁-錳中間合金放入石墨粘土坩禍中，用電阻爐熔化至890°C并保溫20分鐘；
(3)將S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入;攪拌均勻，并快速冷卻合金液至770°C，靜置15分鐘，澆注到金屬模具中快速凝固成形。
[0031]經(jīng)測試，所制得鑄態(tài)合金材料的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度為181MPa，屈服強(qiáng)度為76MPa，硬度為61 HB，伸長率為5.2%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋁單板用鑄態(tài)合金材料，其特征在于，由以下成分組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.0% <Mn<.1.6%，0.1%< Si < 1.0%,0.2%< Mg < 1.2%，0.05%< Ti < 0.2%，0.01% < B < 0.04%，0.05%<Zn<0.5%,0.1%< Y<0.6%，其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁單板用鑄態(tài)合金材料，其特征在于，最優(yōu)成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):1.0% < Mn < I.3%，0.1% < Si <0.5%,0.3% < Mg <0.8%,0.05%< Ti < 0.15%,0.01% < B <.0.03%,0.1% < Zn < 0.3%，0.1% < Y < 0.3%，，其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的鋁單板用鑄態(tài)合金材料，其特征在于，T1、B元素以Al-5%T1-1%B中間合金的形式加入。4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的鋁單板用鑄態(tài)合金材料，其特征在于，Y元素以A1-10%Y中間合金形式加入。5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的鋁單板用鑄態(tài)合金材料，其特征在于，Si元素以Al-20%Si中間合金形式加入。6.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的鋁單板用鑄態(tài)合金材料，其特征在于，Mn元素以Al-10%Mn中間合金形式加入。7.—種權(quán)利要求1所述的鑄態(tài)合金材料，其特征是采用以下步驟制得: (1)按配比取純鋁錠、鋁-錳中間合金作為原料； (2)將純鋁錠、鋁-錳中間合金放入石墨粘土坩禍中，用電阻爐熔化至820?890°C并保溫.10-30分鐘; (3)將S1、Mg、T1、B、Y、Zn按各自質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入;攪拌均勻，并快速冷卻合金液至740-770°C，靜置10~30分鐘，澆注到金屬模具中快速凝固成形。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的合金制備方法，其特征在于，步驟(2)中將所用合金材料熔化至820?890 °C并保溫10-30分鐘。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的合金制備方法，其特征在于，步驟(3)中將所用合金材料快速冷卻合金液至740-770°C并保溫10-30分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁單板用鑄態(tài)合金材料及其制備方法。合金由以下成分組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：1.0%≤Mn≤1.6%，0.1%≤Si≤1.0%，0.2%≤Mg≤1.2%，0.05%≤Ti≤0.2%，0.01%≤B≤0.04%，0.05%≤Zn≤0.5%，0.1%≤Y≤0.6%，其余為Al和其他不可避免的雜質(zhì)。其制備方法為：用電阻爐熔化合金原料至820~890℃，加入其它合金元素，攪拌均勻，快速冷卻合金液至740-770℃并保溫10-30分鐘，澆入鑄模即得。本發(fā)明所制備的鋁單板用鑄態(tài)合金材料與現(xiàn)有合金材料相比，強(qiáng)度明顯提高，且塑性較好，適合于制作高強(qiáng)度壓延鋁單板材料，該制備方法易于操作，生產(chǎn)成本較低。
【IPC分類】C22C1/03, C22C21/02, C22C21/00, C22C21/08
【公開號(hào)】CN105648280
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】耿浩然, 盛萌, 王廣臣, 姬朋飛, 孫曉飛
【申請人】濟(jì)南大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月22日