一种4系铝合金、管材的加工方法和应用与流程

1.本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种4系铝合金、管材的加工方法和应用。


背景技术：

2.铝合金复合管，在空调、汽车上的应用越来越广，对复合管的品质要求也越来越高，传统的铝合金复合管大多采用高频焊接的工艺，必然存在焊接线，在产品的服役过程中容易在焊接处失效，尤其是苛刻的环境下高频焊管品质要求达不到。因而开发了一种新的生产铝合金复合管的方式，即通过直接挤压复合铝棒的方式生产铝合金复合管。现阶段生产复合铝棒的常用方式有两种：
3.一、反向挤压外层套管，与车皮后的芯棒复合。外层套管为无缝管，借助反向挤压机成形。反向挤压铝棒需要车皮，影响成品率；并且挤压速度不高，尤其是在挤压4系合金时挤压效率相对更低。而且在挤压大外径的无缝套管时，需要大的反向挤压机，如挤压≥φ100mm无缝管，配套≥4000t反向挤压机；挤压≥φ178mm无缝管，配套≥10000t反向挤压机。4000t及以上的反向挤压机国内不多，尤其是国内具有万吨级反向挤压机在个位数，生产大外径的无缝管具有很大的局限性。
4.二、外层合金套管与内层芯棒复合铸造，外层套管为铸造成形。铸造两种合金需要开发特定的结晶器，而且两种合金同时凝固控制难度大，成品率低。并且在铸造过程中，效率低、产量低、成本高，很难大规模应用。
5.可见，现阶段上述两种方式生产外层套管都存在各自的局限性，因而有必要开发一种效率更高、成本更低的套管成型方式。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足提供一种高效率、低成本的且能够满足铝合金复合管包覆层钎焊性能的4系铝合金管材的加工方法。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
8.一种4系铝合金，按重量百分含量计，所述4系铝合金的配方原料包括以下组分：si9.0
‑
10.5wt.％，fe≤0.5wt.％，cu≤0.3wt.％，mn≤0.2wt.％，mg≤0.2wt.％，ti≤0.2wt.％，余量为al。
9.优选地，按重量百分含量计，所述4系铝合金的原料配方包括以下组分：si 9.5
‑
10.0wt.％，fe 0.15
‑
0.30wt.％，cu≤0.15wt.％，mn≤0.1wt.％，mg≤0.1wt.％，ti≤0.1wt.％，余量为al。
10.本发明采取的另一技术方案是：一种4系铝合金管材的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
11.(1)将采用上述所述的4系铝合金的配方原料混合熔炼铸造成圆锭；
12.(2)所述圆锭经正向挤压得到管材。
13.根据本发明的一些实施方面，步骤(2)中，控制所述圆锭上机温度为380℃
‑
470℃、模具上机温度为380℃
‑
470℃、挤压筒温度为380℃
‑
450℃、挤压速度为≤5.0mm/s，校直拉伸率为≤1.5％。
14.优选地，步骤(2)中，控制圆锭上机温度为400℃
‑
440℃、模具上机温度为410℃
‑
440℃、挤压筒温度为400℃
‑
430℃、挤压速度为2.0mm/s
‑
3.0mm/s，校直拉伸率为0.4％
‑
0.8％。
15.根据本发明的一些实施方面，步骤(2)中，所述圆锭在进行正向挤压前先进行切割，切割后的圆锭进行所述正向挤压。
16.进一步地，所述切割后得到的圆锭长度为400mm
‑
1500mm。
17.根据本发明的一些实施方面，步骤(2)中，所述正向挤压采用的正向挤出机的规格为大于等于1000t。优选地，所述正向挤出机的规格为大于等于2000t，具有通用性。
18.根据本发明的一些实施方面，所述圆锭的直径φ≥100mm。优选地，所述圆锭的直径φ≥228.6mm，进一步优选地，所述圆锭的直径φ大于等于200mm小于等于400mm，具体规格如φ228.6mm、φ254.0mm、φ279.4mm、φ381.0mm。
19.根据本发明的一些实施方面，所述管材的直径φ≥60mm。优选地，所述管材的直径φ≥100mm，进一步优选地，所述管材的直径大于等于100mm小于等于250mm，具体规格如φ101.6mm、φ152.4mm、φ177.8mm、φ203.2mm。
20.在一些优选且具体实施方式中，步骤(1)中，按重量百分含量计，所述4系铝合金管材的原料配方包括以下组分：si 9.5
‑
10.0wt.％，fe 0.15
‑
0.30wt.％，cu≤0.15wt.％，mn≤0.1wt.％，mg≤0.1wt.％，ti≤0.1wt.％，余量为al。
21.本发明采取的又一技术方案：上述所述的4系铝合金管材的加工方法加工得到的管材在铝合金复合管的外层套管上的应用。
22.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
23.本发明打破长期以来固有的思维
‑
铝合金复合管的外层套管管坯只能用反向挤压方式生产的无缝管，而是通过采用特定4系铝合金的配方，配合正向挤压的加工方法制备的4系铝合金管材中含si第二相分布均匀弥散，为后续组合的复合铝棒挤出成型复合管提供了优良的4系包覆层组织，能够满足复合管包覆层钎焊的性能要求，且本发明加工方法简单，效率高，成本低。
24.本发明的加工方法相比传统的反向挤压及复合铸造的方式，铸锭的尺寸范围广，加工得到的管材直径φ范围广，挤出机的机台吨位选择大。
附图说明
25.图1为实施例3制备的4系管材金相组织图；
26.图2为实施例5制备的4系管材金相组织图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附后权利要求书限定的范
围内。
28.实施例1
29.本实施例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
30.该管材通过以下方法制备得到：
31.(1)将4系铝合金套管的原料混合熔融，然后通过常规半连续铸造成型，铸造的圆锭直径φ228.6mm，然后锯切成600mm的铝棒。
32.(2)铝棒无需剥皮，加热后直接进行正向挤压，挤压机台2500t，控制铝棒上机温度为430℃，模具温度为430℃，挤压筒温度为410℃，挤压速度为2.5mm/s，矫直拉伸率为0.5％，最后经过精锯，锯成不同长度的套管管坯，套管管坯直径φ101.6mm，内径为φ96.6mm，以备使用。
33.实施例2
34.本实施例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
35.该管材通过以下方法制备得到：
36.(1)将4系铝合金管材的原料混合熔融，然后通过常规半连续铸造成型，铸造的圆锭直径φ254.0mm，然后锯切成660mm的铝棒。
37.(2)铝棒无需剥皮，加热后直接进行正向挤压，挤压机台3500t，控制铝棒上机温度为430℃，模具温度为430℃，挤压筒温度为410℃，挤压速度为2.5mm/s，矫直拉伸率为0.5％，最后经过精锯，锯成不同长度的套管管坯，套管管坯直径φ152.4mm，内径为φ146.4mm，以备使用。
38.实施例3
39.本实施例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
40.该管材通过以下方法制备得到：
41.(1)将4系铝合金管材的原料混合熔融，然后通过常规半连续铸造成型，铸造的圆锭直径φ279.4mm，然后锯切成700mm的铝棒。
42.(2)铝棒无需剥皮，加热后直接进行正向挤压，挤压机台4000t，控制铝棒上机温度为430℃，模具温度为430℃，挤压筒温度为410℃，挤压速度为2.5mm/s，矫直拉伸率为0.5％，最后经过精锯，锯成不同长度的套管管坯，套管管坯直径φ177.8mm，内径为φ169.8mm，以备使用。
43.实施例4
44.本实施例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
45.该管材通过以下方法制备得到：
46.(1)将4系铝合金管材的原料混合熔融，然后通过常规半连续铸造成型，铸造的圆锭直径φ381.0mm，然后锯切成800mm的铝棒。
47.(2)铝棒无需剥皮，加热后直接进行正向挤压，挤压机台6000t，控制铝棒上机温度为430℃，模具温度为430℃，挤压筒温度为410℃，挤压速度为2.5mm/s，矫直拉伸率为0.5％，最后经过精锯，锯成不同长度的套管管坯，套管管坯直径φ203.2mm，内径为φ191.2mm，以备使用。
48.实施例5
49.本实施例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
50.该管材通过以下方法制备得到：
51.(1)将4系铝合金管材的原料混合熔融，然后通过常规半连续铸造成型，铸造的圆锭直径φ279.4mm，然后锯切成700mm的铝棒。
52.(2)铝棒无需剥皮，加热后直接进行正向挤压，挤压机台4000t，控制铝棒上机温度为400℃，模具温度为410℃，挤压筒温度为400℃，挤压速度为2.0mm/s，矫直拉伸率为0.4％，最后经过精锯，锯成不同长度的套管管坯，套管管坯直径φ177.8mm，内径为φ169.8mm，以备使用。
53.实施例6
54.本实施例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
55.该管材通过以下方法制备得到：
56.(1)将4系铝合金管材的原料混合熔融，然后通过常规半连续铸造成型，铸造的圆锭直径φ279.4mm，然后锯切成700mm的铝棒。
57.(2)铝棒无需剥皮，加热后直接进行正向挤压，挤压机台4000t，控制铝棒上机温度为440℃，模具温度为440℃，挤压筒温度为450℃，挤压速度为3.0mm/s，矫直拉伸率为0.8％，最后经过精锯，锯成不同长度的套管管坯，套管管坯直径φ177.8mm，内径为φ169.8mm，以备使用。
58.对比例1
59.本对比例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
60.该管材通过以下方法制备得到：
61.(1)将4系铝合金管材的原料混合熔融，然后通过常规半连续铸造成型，铸造的圆锭直径≥φ254.0mm，然后锯切成400mm的铝棒。
62.(2)铝棒加热后在线热剥皮，进行反向挤压，挤压机台≥4000t，控制铝棒上机温度为430℃，模具温度为430℃，挤压筒温度为410℃，挤压速度为2.5mm/s，矫直拉伸率为0.5％，最后经过精锯，锯成不同长度的套管管坯，套管管坯直径φ101.6mm，内径为φ96.6mm，以备使用。
63.对比例2
64.本对比例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
65.该管材通过以下方法制备得到：
66.(1)将4系铝合金管材的原料混合熔融，然后通过常规半连续铸造成型，铸造的圆锭直径≥φ381.0mm，然后锯切成400mm的铝棒。
67.(2)铝棒加热后在线热剥皮，进行反向挤压，挤压机台≥10000t，控制铝棒上机温度为430℃，模具温度为430℃，挤压筒温度为410℃，挤压速度为2.5mm/s，矫直拉伸率为0.5％，最后经过精锯，锯成不同长度的套管管坯，套管管坯直径φ177.8mm，内径为φ169.8mm，以备使用。
68.对比例3
69.本对比例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
70.将上述4系铝合金管材作为复合管的外层套管，芯材采用3系铝合金，具体通过以下方法制备：将4系铝合金管材的原料、3系铝合金的原料分别熔炼，通过复合结晶器进行复合铸造成形，套管与芯材同时凝固，直接形成复合铝棒，复合铸造圆锭直径≥φ101.6mm，将复合铝棒锯切成短棒，在线热剥皮后，4系套管尺寸控制在φ101.6mm，内径为φ96.6mm，以备使用。
71.对比例4
72.本对比例提供的4系铝合金管材，其质量百分比为si含量9.85wt.％，fe含量0.20wt.％，cu含量≤0.10wt.％，mn含量≤0.08wt.％，mg含量≤0.05wt.％，ti含量≤0.03wt.％，余量为al。
73.将上述4系铝合金管材作为复合管的外层套管，芯材采用3系铝合金，具体通过以下方法制备：将4系铝合金管材的原料、3系铝合金的原料分别熔炼，通过复合结晶器进行复合铸造成形，套管与芯材同时凝固，直接形成复合铝棒，复合铸造圆锭直径≥φ177.8mm，将复合铝棒锯切成短棒，在线热剥皮后，4系套管尺寸控制在φ177.8mm，内径为φ169.8mm，以备使用。
74.将实施例1～6和对比例1～4的加工工艺及套管规格进行比较，如表1所示。
75.表1为实施例1～6和对比例1～4的加工工艺及套管规格的比较
[0076][0077]
通过表1可见，实施例1～6中，以特定4系铝合金为基础，配合正向挤压工艺，可用于生产大外径管材产品。
[0078]
同时对实施例3和5制备的4系管材微观组织分析，结果如图1和2所示，从图1和图2中可见，制备的4系铝合金管材中含si第二相分布均匀弥散，可作为复合铝棒的外层套管原材料，为后续的复合铝棒挤出成型复合管提供了优良的4系包覆层组织，完全能满足复合管包覆层钎焊的性能要求。并且采用正向挤压的加工方法，铸锭尺寸范围广，机台吨位选择大，套管管坯的尺寸范围广，可大规模推广应用。
[0079]
对比对比例1及对比例2可知，采用反向挤压的方式生产4系套管管坯，需要更大吨位的反向挤压机，且4系套管管坯的尺寸选择受到机台吨位大小的影响更大。采用对比例1、对比例2的方式，机台吨位选择受限，套管管坯尺寸选择受限，很难大规模推广应用。
[0080]
对比对比例3和对比例4可知，采用复合铸造的方式生产4系套管的复合管，为了使两种金属同时凝固，需要发明设计定制的复合铸造设备，不同规格的尺寸需要配置不同规格的复合铸造设备，效率低、成本高。采用对比例3、对比例4的方式，铸锭尺寸选择受限，套管尺寸选择受限，很难大规模推广应用。
[0081]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0082]
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。