一种新型矿山用硫化机型材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及硫化机型材技术领域，提供了一种新型矿山用硫化机型材及其制备方法，通过调整铝合金的合金含量，以及通过特定的条件加入相应的微量元素、稀土元素和变质剂，优化合金的微观组织，在保证材料强度、硬度的同时改善了合金的耐腐蚀性能，使合金具有较高的力学性能和良好的耐腐蚀性能；达到硫化机减重目的的同时提高了该合金的耐腐蚀性能，降低其应力腐蚀敏感倾向，更有利硫化机在矿山矿井下服役使用；在不增加矿山用硫化机械生产成本的前提下，减少铝合金壁厚，降低硫化机械使用的铝合金型材单重，降低硫化机械的设备重量的同时提高合金的耐腐蚀性能，使合金具有较高的力学性能和良好的耐腐蚀性能的综合性能匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种新型矿山用硫化机型材及其制备方法
本专利技术涉及硫化机型材
，尤其涉及一种新型矿山用硫化机型材及其制备方法。
技术介绍
目前，矿山用硫化机所用材料主要为6005/T5型材；现在产铝型材料机械性能为：材质状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/％6005T52502007注：GB/T-6892-2015近年来轻量化合金的应用得到了越来越多人们的关注，其中铝及铝合金的应用最为引人注目，此类矿山机械使用环境为矿山矿井内，在使用过程中需人工进行搬动；因此，降低矿山用硫化机单机重量，更利于硫化机械在井下的使用；铝合金型材是硫化机械的主要原材料，因此在保证矿山用硫化机械铝型材的机械性能的前提下，减小铝型材壁厚是硫化机械减重的重要方面。现有技术中，有的企业使用Al-Zn-Mg系合金材料，可以减少目前硫化机械型材壁厚约为30％，使硫化机械减重约为30％；Al-Zn-Mg系合金属于可热处理强化合金，是一类挤压性能良好的中高强可焊铝合金，具有优异的比刚度、较高的断裂韧性、良好的可热变形性和可焊性而被广泛应用于航空航天、高速列车以及建筑用功能结构件；然而，该合金对应力腐蚀开裂敏感，限制了其应用于开发。因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型矿山用硫化机型材及其制备方法，本专利技术用新型7系合金替代现有技术中6005生产矿山用硫化机型材，通过添加稀土元素SC/Ce微合金化和热处理工艺改善合金组织，得到达到减重的同时保证材料具有较高的力学性能和耐腐蚀性能的铝合金。一种新型矿山用硫化机型材制备方法，包括以下步骤：S1：熔炼生产之前，先做洗炉处理；S2：根据铝合金挤压棒材的成分组成及质量百分比配置熔炼原材料；S3：在熔炼炉中加入铝锭，待铝锭完全熔化后，当熔炼温度为730-740℃时直接将锌锭直接分散加入熔体中，待锌锭完全熔化后，然后依次加入Al-Mn、Al-Ti、Al-Cr、Al-Ce/Al-Sc，搅拌均匀后进行保温、扒渣处理；S4：将炉温升至780℃时，加入Al-Cu中间合金，进行机械搅拌、保温、扒渣；S5：待炉温降至720℃时加入镁锭，待其完全熔化后保温静置10min扒渣；S6：使用高纯惰性气体和六氯乙烷进行精炼除气除杂处理，静置15min；S7：将经过在线除气过滤处理的铝合金液，加入Al-Ti-B丝进行变质处理，在铸造温度730～750℃采用同水平热顶铸造方式，获得含Ce/Sc的Al-Zn-Mg合金铸锭；S8：将含Ce/Sc的Al-Zn-Mg合金在箱式电阻炉中进行均匀化热处理形铸锭坯料，然后随炉空冷至室温；S9：将均匀化热处理后的铸锭坯料在挤压设备上挤压成形及在线淬火，矫直拉伸；S10：将挤压成形的铸锭坯料先进行低温峰时效处理，再进行一次高温短时间回归时效处理，最后再在低温下进行再时效处理，出炉冷却至室温，得到含Sc/Ce的Al-Zn-Mg合金。优选地，所述S2中熔炼原材料包括纯金属、中间合金、稀土元素和变质剂；所述纯金属成分组成包括纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭；中间合金包括Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Cr，Cu元素及微量元素以Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Cr中间合金的形式添加；稀土元素以Al-Ce/Al-Sc中间合金形式添加；变质剂以Al-Ti-B丝的形式添加。优选地，所述S2中各个元素的质量百分比为：Si≤0.20％、Fe≤0.25％、Cu0.10～0.20％、Mn0.20～0.30％、Mg2.0～2.8％、Cr0.15～0.25％、Zn4.4～4.8％、Ti0.15～0.18％、Ce0.2％/Sc0.3％余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。优选地，所述S2中所有元素添加前均需用铝箔包裹，避免熔炼过程中因熔体温度过高导致烧损严重。优选地，所述S2中铝锭是铝含量≥99.9％的工业纯铝，镁锭是镁含量≥99.9％的工业纯镁，锌锭是锌含量≥99.9％的工业纯锌，Al-Cu中间合金是Al-49.8Cu合金，铝钛合金是Al-5.1Ti合金，铝铬合金是Al-4.05Cr合金，铝锰合金是Al-14.55Mn合金，铝钛硼丝是Al-Ti-5B合金丝，稀土元素Ce/Sc是Al-20Ce/Al-2.02Sc合金。优选地，所述铝锭采用高纯铝。优选地，所述铝锭采用双零铝锭。优选地，所述S6中高纯惰性气体是纯度≥99.99％的氮气。优选地，在所述S8中，所述的均匀化热处理是将铝合金铸锭在460℃-470℃温度下保温12小时出炉空冷。优选地，在所述S9中，所述的挤压成形及在线淬火工艺是将均匀化热处理后的铸锭坯料加热至470℃-480℃，在挤压机模具温度为490℃，挤压筒温度450℃，挤压比为19.27，挤压速度2.0m/min条件下挤压成形，然后在线风冷。优选地，在所述S9中，矫直拉伸的延伸率为1.5％-3％。优选地，在所述S10中是将挤压型材先加热至120℃，保温24h进行低温峰时效处理，随后在180℃下保温1h进行高温短时间回归时效处理，最后在120℃下保温24h进行再时效处理，出炉冷却至室温。一种新型矿山用硫化机型材，包括纯金属、中间合金、稀土元素和变质剂；所述纯金属成分组成包括纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭；中间合金包括Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Ct，Cu元素及微量元素以Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Cr中间合金的形式添加；稀土元素为Ce/Sc，稀土元素以Al-Ce/Al-Sc中间合金形式添加；变质剂以Al-Ti-B丝的形式添加。优选地，所述矿山用硫化机型材元素含量为：Si≤0.20％、Fe≤0.25％、Cu0.10～0.20％、Mn0.20～0.30％、Mg2.0～2.8％、Cr0.15～0.25％、Zn4.4～4.8％、Ti0.15～0.18％、Ce0.2％/Sc0.3％余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。本专利技术中通过在Al-Zn-Mg合金中添加稀土元素Sc/Ce并配合以多级时效的热处理工艺，可以降低矿山用硫化机械重量同时保证材料具有较高强度降低了该合金的应力腐蚀敏感倾向，更利于该设备在井下的使用；且该合金添加稀土元素Sc，在非平衡凝固的条件下，形成的第二相质点Al3Sc为理想的形核剂会细化铸态组织晶粒；提高再结晶温度，抑制再结晶；Al3Sc有良好的沉淀析出强化效应及次生Al3Sc粒子起到弥散强化和亚晶强化作用，提高了合金的强度。另外，在Al-Zn-Mg合金中添加稀土元素Sc，Sc会改变了晶界析出相的分布形态，抑制PFZ的形成；形成的Al3Sc第二相质点其电极电位与铝基体间电位差小，Al3Sc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型矿山用硫化机型材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：熔炼生产之前，先做洗炉处理；/nS2：根据铝合金挤压棒材的成分组成及质量百分比配置熔炼原材料；/nS3：在熔炼炉中加入铝锭，待铝锭完全熔化后，当熔炼温度为730-740℃时直接将锌锭直接分散加入熔体中，待锌锭完全熔化后，然后依次加入Al-Mn、Al-Ti、Al-Cr、Al-Ce/Al-Sc，搅拌均匀后进行保温、扒渣处理；/nS4：将炉温升至780℃时，加入Al-Cu中间合金，进行机械搅拌、保温、扒渣；/nS5：待炉温降至720℃时加入镁锭，待其完全熔化后保温静置10min扒渣；/nS6：使用高纯惰性气体和六氯乙烷进行精炼除气除杂处理，静置15min；/nS7：将经过在线除气过滤处理的铝合金液，加入Al-Ti-B丝进行变质处理，在铸造温度730～750℃采用同水平热顶铸造方式，获得含Ce/Sc的Al-Zn-Mg合金铸锭；/nS8：将含Ce/Sc的Al-Zn-Mg合金在箱式电阻炉中进行均匀化热处理形铸锭坯料，然后随炉空冷至室温；/nS9：将均匀化热处理后的铸锭坯料在挤压设备上挤压成形及在线淬火，矫直拉伸；/nS10：将挤压成形的铸锭坯料先进行低温峰时效处理，再进行一次高温短时间回归时效处理，最后再在低温下进行再时效处理，出炉冷却至室温，得到含Sc/Ce的Al-Zn-Mg合金。/n...

【技术特征摘要】
1.一种新型矿山用硫化机型材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：熔炼生产之前，先做洗炉处理；
S2：根据铝合金挤压棒材的成分组成及质量百分比配置熔炼原材料；
S3：在熔炼炉中加入铝锭，待铝锭完全熔化后，当熔炼温度为730-740℃时直接将锌锭直接分散加入熔体中，待锌锭完全熔化后，然后依次加入Al-Mn、Al-Ti、Al-Cr、Al-Ce/Al-Sc，搅拌均匀后进行保温、扒渣处理；
S4：将炉温升至780℃时，加入Al-Cu中间合金，进行机械搅拌、保温、扒渣；
S5：待炉温降至720℃时加入镁锭，待其完全熔化后保温静置10min扒渣；
S6：使用高纯惰性气体和六氯乙烷进行精炼除气除杂处理，静置15min；
S7：将经过在线除气过滤处理的铝合金液，加入Al-Ti-B丝进行变质处理，在铸造温度730～750℃采用同水平热顶铸造方式，获得含Ce/Sc的Al-Zn-Mg合金铸锭；
S8：将含Ce/Sc的Al-Zn-Mg合金在箱式电阻炉中进行均匀化热处理形铸锭坯料，然后随炉空冷至室温；
S9：将均匀化热处理后的铸锭坯料在挤压设备上挤压成形及在线淬火，矫直拉伸；
S10：将挤压成形的铸锭坯料先进行低温峰时效处理，再进行一次高温短时间回归时效处理，最后再在低温下进行再时效处理，出炉冷却至室温，得到含Sc/Ce的Al-Zn-Mg合金。


2.根据权利要求1所述的一种新型矿山用硫化机型材制备方法，其特征在于，所述S2中熔炼原材料包括纯金属、中间合金、稀土元素和变质剂；所述纯金属成分组成包括纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭；中间合金包括Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Cr，Cu元素及微量元素以Al-Cu、Al-Mn、Al-Ti、Al-Cr中间合金的形式添加；稀土元素为Ce/Sc，稀土元素以Al-Ce/Al-Sc中间合金形式添加；变质剂以Al-Ti-B丝的形式添加。


3.根据权利要求1或2所述的一种新型矿山用硫化机型材制备方法，其特征在于，所述S2中各个元素的质量百分比为：Si≤0.20％、Fe≤0.25％、Cu0.10～0.20％、Mn0.20～0.30％、Mg2.0～2.8％、Cr0.15～0.25％、Zn4.4～4.8％、Ti0.15～0.18％、Ce0.2％/Sc0.3％余量为Al和不可避免的其它杂质，不可避免的其它杂质单个含量≤0.05％，总量≤0.15％。


4.根据权利要求1或2所述的一种新型矿山用硫化机...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾林，王铁南，李永林，李丹丹，赵寿荣，
申请(专利权)人：中色天津特种材料有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12