一種門窗用高強度鋁合金材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋁合金材料的制備方法，具體涉及一種門窗用高強度鋁合金材料 的制備方法，屬于門窗材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著人們生活家居方式日益豐富多樣，對于生活家居方式的需求也隨之提高，其 中對于建筑質量要求的提高更顯得尤為突出，對建筑門窗的要求最為突出，現今所用的門 窗有金屬制的、塑料制、木制等幾種，所以制作門窗的材料成為主要研宄的對象。
[0003] 材料是當今科學技術的重要支柱，又因是人類社會發展和所有科學技術的基礎顯 的尤為重要，材料的科技發展程度直接會影響生產力的變革，近年來興起的材料科學是具 有全局性的科學領域之一；世界各經濟強國把材料發展提高到經濟發展的戰略高度，材料 科學與工程正進入一個史無前例的高速發展時期，社會的發展，人類文明的進步表明，對材 料的要求越來越高，而門窗用鋁合金因為其硬度較高、重量輕、不老化、彩涂后美觀實用而 受到市場的青睞，市場需求越來越旺盛，但是傳統的鋁合金的加工硬度過高，塑性差，強度 不夠等，產品價格明顯高于同類的鋁合金的普通板材產品，從而影響到其推廣使用。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是，針對以上現有技術存在的缺點，提出一種門窗用 高強度鋁合金材料的制備方法，該制備方法簡單易操作、節省成本，制備出的鋁合金材料強 度高、屈服強度高、抗拉強度好，易焊接、鐓鍛性能好，合金的疲勞壽命長。
[0005] 本發明解決以上技術問題的技術方案是： 一種門窗用高強度鋁合金材料的制備方法，該鋁合金材料的制備方法具體包括以下步 驟： (1) 以鋁合金結構鋼為坯料，將坯料加熱到850-950 °C進行熱軋，開軋溫度為 900-1000°C，終軋溫度為800-900°C，熱軋后的坯料經壓縮空氣以每秒3-6°C的冷卻速度先 冷卻到550-620°C，然后再緩慢冷卻到室溫得到半成品； 鋁合金結構鋼坯料按質量百分比計包括以下組分： 鐵：0· 2-0. 4%，鎂：0· 8-1. 0%，鋅：2-4%，鈦：0· 08-0. 10%，鉻：0· 05-0. 08%，鎳：1-2%， 鈧：0.02-0. 05%，釔：0.01-0. 03%，硼：1-3%，釹：0.9-1. 5%，銅：0-0.20%，硅：0.7-0. 9%， 氮：0. 01-0. 03%，氧：0. 007-0. 009%，碳：0. 02-0. 03%，殘余元素：0. 09-0. 45%，稀土元素： 0. 5-1. 5%，其余為鋁， 稀土元素按質量百分比計包括以下組分：鈰：5-9%，釤：9-11%，鏑：15-18%，餌：6-8%， 鑭：5-8%，鋱：3-7%，镥：10-14%，鈥：8-10%，余量為鑭系元素； (2) 對步驟（1)中得到的半成品在氬氣中進行擴氫熱處理l-3h，擴氫熱處理具體工藝 如下： 將步驟（1)得到的坯料進爐加熱至780±15°C并保溫l_3h，空冷至450±10°C保溫 50-70min，然后再加熱至600±10°C保溫1-2h，爐冷至350±15°C，最后出爐空冷至室溫； (3) 對步驟（2)中經擴氫熱處理后的半成品經機械去鱗設備去除熱軋氧化皮，然后依次 進入清洗槽、酸洗槽及磷化設備分別進行清洗、酸洗及磷化處理，最后進入烘干設備烘干， 得到處理后的半成品； (4) 將步驟（3)得到的半成品放到空心管感應加熱器內快速感應加熱到800-900°C，然 后經冷卻工序冷卻到室溫； 冷卻工序具體操作為：采用水冷與空冷結合，先采用水冷以2. 5-3. 0°C /s的冷卻速率 將半成品水冷至500-580 °C，然后空冷至300-380 °C，再采用水冷以2. 8-3. 5 °C /s的冷卻速 率將半成品水冷至150_200°C，最后空冷至室溫； (5) 將步驟（4)中冷卻至室溫的半成品繼續加熱到350-400°C，并保溫40-60min，然 后進行晶粒穩定化處理，處理后采用斯太爾摩延遲冷卻工藝緩慢冷卻至室溫即可得到門 窗用高強度鋁合金材料成品，斯太爾摩入口端速度控制在l〇_15m/min，出口端速度控制在 25-30m/min，平均冷卻速度為3-5°C /s ; (6) 對步驟（5)中得到的門窗用高強度鋁合金材料成品進行逐個檢查，剔除表面有缺陷 的，將檢驗合格的入庫。
[0006] 本發明進一步的技術方案為： 前速門窗用高強度鋁合金材料的制備方法中，鋁合金結構鋼坯料按質量百分比計包括 以下組分： 鐵：0· 3%，鎂：0· 9%，鋅：3%，鈦：0· 09%，鉻：0· 06%，鎳：2%，鈧：0· 04%，釔：0· 01%，硼：2%， 釹：1. 2%，銅：0. 20%，硅：0. 9%，氮：0. 02%，氧：0. 009%，碳：0. 02%，殘余元素：0. 45%，稀土元 素：0.9%，其余為鋁， 稀土元素按質量百分比計包括以下組分：鈰：5-9%，釤：9%，鏑：15%，餌：8%，鑭：6%， 鋱：5%，镥：10%，鈥：9%，余量為鑭系元素。
[0007] 前速門窗用高強度鋁合金材料的制備方法中，鋁合金結構鋼坯料按質量百分比計 包括以下組分： 鐵：0. 4%，鎂：0. 8%，鋅：4%，鈦：0. 08%，鉻：0. 05%，鎳：1%，鈧：0. 05%，釔：0. 02%，硼：1%， 釹：0. 9%，銅：0. 15%，硅：0. 7%，氮：0. 01%，氧：0. 007%，碳：0. 03%，殘余元素：0. 45%，稀土元 素：〇. 5%，其余為鋁， 稀土元素按質量百分比計包括以下組分：鈰：5-9%，釤：11%，鏑：18%，餌：6%，鑭：8%， 鋱：7%，镥：14%，鈥：10%，余量為鑭系元素。
[0008] 前速門窗用高強度鋁合金材料的制備方法中，鋁合金結構鋼坯料按質量百分比計 包括以下組分： 鐵：0. 2%，鎂：1. 0%，鋅：2%，鈦：0. 10%，鉻：0. 08%，鎳：2%，鈧：0. 02%，釔：0. 03%，硼：2%， 釹：1. 5%，銅：0. 08%，硅：0. 8%，氮：0. 03%，氧：0. 008%，碳：0. 02%，殘余元素：0. 25%，稀土元 素：1. 5%，其余為錯， 稀土元素按質量百分比計包括以下組分：鈰：5-9%，釤：10%，鏑：17%，餌：7%，鑭：5%， 鋱：3%，镥：12%，鈥：8%，余量為鑭系元素。
[0009] 前速門窗用高強度鋁合金材料的制備方法中，步驟（1)中鋁合金結構鋼坯料的具 體制備方法為： 將鋁合金結構鋼坯料的各組分進行調配，并將所有組分送至熔煉爐中，在 800-1000°C下進行熔煉，待所有元素完全熔化后，攪拌10-15min，然后在500-700°C下靜置 15_28min ; 1：將熔煉液澆入已經預熱的金屬模具中，預熱后金屬模具的溫度為150-200°C，經模 具制成鑄錠： f對鑄錠的大面或小面進行銑削，然后對鑄錠加熱至500-580°C，保溫l_2h，自然冷卻 至室溫，即得到合金結構鋼坯料。
[0010] 本發明的有益效果是： 在本發明的成分中添加了 B，B可以提高合金的轉變溫度，顯著細化鑄態合金的原始晶 粒，細化程度可達一個數量級，提高了合金的屈服強度和抗拉強度；同時B不僅可以細化合 金的鑄態組織，而且可將鑄態合金直接進行軋制變形，并且顯微組織中沿原始晶粒沒有明 顯的微裂紋，提高了合金的疲勞壽命；此外B的加入在合金中晶界的偏聚阻礙了晶粒的長 大，從而有利于提尚室溫初性。
[0011] 本發明中含有微量的N、C、0,在本發明中微量的N、C、0作為一種等間隙元素，它們 能提高合金的強度，可明顯細化和強化馬氏體，N在熱處理過程中，使得合金得到強化的同 時保持了較好的塑性。
[0012] 擴氫熱處理后的半成品經機械去鱗設備去除熱軋氧化皮可提高合金的高溫抗氧 化性能、硬度以及摩擦磨損性能。
[0013] 本發明中的擴氫熱處理，保證坯料氫含量在2. Oppm以下的前提下，進一步降低氫 的含量，防止坯料產生白點裂紋和熱處理應力誘發氫致裂紋及氫致延遲滯后裂紋。
[0014] 本發明中半成品采用斯太爾摩延遲冷卻工藝，半成品的冷卻速度可以進行人為的 控制，比較容易保證半成品的質量，也能適應不同鋼種的要求，同時斯太爾摩工藝較為穩 妥、可靠且設備不需要深的地基，操作方便。
[0015] 本發明在最后的成品進行逐個檢查，確保產品合格率，本發明的門窗用高強度鋁 合金材料，強度高、屈服強度高、抗拉強度好，易焊接、鐓鍛性能好，合金的疲勞壽命長，同時 其制備方法簡單易操作、節省成本，給廠商帶來良好的收益。
【具體實施方式】
[0016] 實施例1 本實施例提供一種門窗用高強度鋁合金材料的制備方法，該鋁合金材料的制備方法具 體包括以下步驟： (1)以鋁合金結構鋼為坯料，將坯料加熱到900°C進行熱軋，開軋溫度為KKKTC，終軋 溫度為850°C，熱軋后的坯料經壓縮空氣以每秒5°C的冷卻速度先冷卻到580°C，然后再緩 慢冷卻到室溫得到半成品； 鋁合金結構鋼坯料按質量百分比計包括以下組分： 鐵：0· 3%，鎂：0· 9%，鋅：3%，鈦：0· 09%，鉻：0· 06%，鎳：2%，鈧：0· 04%，釔：0· 01%，硼：2%， 釹：1. 2%，銅：0. 20%，硅：0. 9%，氮：0. 02%，氧：0. 009%，碳：0. 02%，殘余元素：0. 45%，稀土元 素：0.9%，其余為鋁， 稀土元素按質量百分比計包括以下組分：鋪：5%，釤：9%，鏑：15%，館：8%，鑭：6%，鉞： 5%，镥：10%，鈥：9%，余量為鑭系元素； (2) 對步驟（1)中得到的半成品在氬氣中進行擴氫熱處理2h，擴氫熱處理具體工藝如 下： 將步驟（1)得到的坯料進爐加熱至780°C并保溫lh，空冷至440°C保溫60min，然后再 加熱至600°C保溫lh，爐冷至335°C，最后出爐空冷至室溫； (3) 對步驟（2)中經擴氫熱處理后的半成品經機械去鱗設備去除熱軋氧化皮，然后依次 進入清洗槽、酸洗槽及磷化設備分別進行清洗、酸洗及磷化處理，最后進入烘干設備烘干， 得到處理后的半成品； (4) 將步驟（3)得到的半成品放到空心管感應加熱器內快速感應加熱到900°C，然后經 冷卻工序冷卻到室溫； 冷卻工序具體操作為：采用水冷與空冷結合，先采用水冷以3. 0°C /s的冷卻速率將半 成品水冷至500°C，然后空冷至350°C，再采用水冷以3. 1°C /s的冷卻速率將半成品水冷至 150 °C，最后空冷至室溫； (5) 將步驟（4)中冷卻至室溫的半成品繼續加熱到400°C，并保溫50min，然后進行晶粒 穩定化處理，處理后采用斯太爾摩延遲冷卻工藝緩慢冷卻至室溫即可得到門窗用高強度鋁 合金材料成品，斯太爾摩入口端速度控制在13m/min，出口端速度控制在30m/min，平均冷 卻速度為4°C /s ; (6) 對步驟（5)中得到的門窗用高強度鋁合金材料成品進行逐個檢查，剔除表面有缺陷 的，將檢驗合格的入庫。
[0017] 實施例2 本實施例提供一種門窗用高強度鋁合金材料的制備方法，該鋁合金材料的制備方法具 體包括以下步驟： (1) 以