一种用于生产模具的铝合金板及其制备工艺制造技术

本申请涉及铝基合金领域，具体公开了一种用于生产模具的铝合金板及其制备工艺。一种用于生产模具的铝合金板，按质量百分比计，包括以下组分：Si，Fe，Cu，Mn，Mg，Cr，Zn，Ti，其余为Al以及不可除去的杂质；其制备工艺为：根据最终产品的组分称取原料进行熔炼，将配料完成的熔体进行精炼，将熔体加入挤压机后进行挤压，对挤压后的挤压材进行固溶处理，对固溶处理后的挤压材进行淬火处理，对淬火处理后的挤压材进行拉伸处理，对拉伸处理后的挤压材进行时效处理，将经过时效处理的挤压材进行机械加工制成铝合金板。本申请的铝合金板可用于橡胶圈的模具，其具有良好的耐腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于生产模具的铝合金板及其制备工艺
本申请涉及铝基合金领域，更具体地说，它涉及一种用于生产模具的铝合金板及其制备工艺。
技术介绍
模具是用来制作成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成，模具主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。目前生产橡胶圈时，使用的模具材质均为45号钢。45号钢抗拉强度600MPa、屈服强度355MPa、热轧硬度229HBS、退火硬度197HBS因含硫、磷等有害杂质较少，因而质量较高，其强度、塑性、韧性均比碳素结构钢好，综合力学性能较好，常用于制造较为重要的机械零件。但是45号钢在长期的使用过程中，模具由于长期接触空气，会发生氧化锈蚀，从而使生产得到的橡胶圈尺寸不稳定，无法达到客户需求。
技术实现思路
为了提高模具的耐腐蚀性能，本申请提供一种用于生产模具的铝合金板及其制备工艺。第一方面，本申请提供一种用于生产模具的铝合金板，采用如下的技术方案：一种用于生产模具的铝合金板，按质量百分比计，包括以下组分：Si≤0.25％，Fe≤0.41％，Cu1.26-1.71％，Mn≤0.3％，Mg2.1-2.5％，Cr0.18-0.28％，Zn5.1-6.0％，Ti≤0.16％，Zr0.1-0.2％，其余为Al以及不可除去的杂质；其中，Zn/Mg比为2.3-2.5。通过采用上述技术方案，采用铝合金板代替45号钢的方式，使得模具不易生锈，保证了橡胶圈的尺寸稳定性。Zn、Mg元素形成强化相(MgZn2)η相及它的亚稳态相η＇，Al和Zn、Mg元素形成三元固溶体T(AlMg2Zn3)强化相，在合金温度降低的同时，这些相的溶解度也随之大幅度下降，在晶体内会析出弥散强化相从而提高铝合金的强度。随着铝合金强度的增加，其韧性、塑性以及抗应力腐蚀性能显著减小，所以需要合理的控制铝合金中Zn和Mg元素的含量及二者的质量比，从而控制铝合金的性能。Zn/Mg比为2.3-2.5时，铝合金综合性能最佳。Zn含量大于6.0％时，合金的塑性、断裂韧性及疲劳性能明显下降，耐蚀性能也较差。Mg含量大于2.5％，会促使应力腐蚀开裂，降低抗应力腐蚀性能。Cu元素能够与Al、Mg结合形成Al2CuMg相，从而改善Zn、Mg含量过高时降低的抗腐蚀性能及塑性等问题，同时提高铝合金的强度。在Zn含量高的铝合金中，Cu原子能够溶入GP区域，在GP区温度范围得到稳定的同时，还起到了减缓时效析出的作用。Cu原子还能溶入η及η＇强化相中，晶界和晶内的电位差因此得到降低，从而减弱了合金的应力腐蚀开裂。少量的Cr、Ti、Zr和Mn元素，有利于铝合金的热处理和加工工艺，能够提高铝合金的抗应力腐蚀性能以及力学性能。其中，Mn、Zr、Cr元素是弥散相形成元素，在合金中形成的弥散相大小为0.01-0.lμm，这种弥散相能够抑制铝合金晶粒的长大和再结晶的发生，在提高铝合金强度的同时还能改善其韧性。铝合金中含有0.18％～0.28％Cr，能够使得铝合金晶粒中形成一些弥散强化相，从而细化晶粒。微量元素在Al-Zn-Mg-Cu系合金中加入的量都很少，对合金热处理强化的效果影响很小，但由于对固溶体组织及分解动力学的影响较大，在热变形和高温加热过程中，这些微量元素一部分留在过饱和固溶体中，另一部分会以弥散的金属间化合物析出，这些弥散相能够影响到合金组织和性能的变化，同时也提高了合金再结晶的温度。Ti元素也能够细化铝合金的晶粒，将少量的钛加入铝合金中，在熔体降温时，会发生如下包晶反应：L+TiAl3→αAl。αAl合金晶粒细化是由于Al3Ti相提供的形核核心的作用，提高了铝合金的韧性、热稳定性以及抗疲劳性能。这是因为随着Ti含量的增大，生成的TiAl3粒子作为形核核心增多，固溶体过冷度增加，使得晶粒变细。但如果钛含量过高，合金凝固时会出现粗大的TiAl3粒子，合金晶粒长大，合金的强韧性能明显下降，因此铝合金中Ti元素的添加一般为微量。Zr能够与Al结合形成Al3Zr化合物，该化合物存在2种形态和结构：一种是四方结构的Al3Zr，可抑制晶粒长大，使得铸态晶粒得到显著的细化效果；另一种为球形粒子，呈LI2结构，和基体成共格关系，能够很好的抑制合金的再结晶，在时效当中，次生的Al3Zr粒子可促使η＇(MgZn2)相的析出。因此，Zr元素的添加不仅提高了合金的强度，还改善了塑性及伸长率。同时0.2％锆的添加能够显著提高合金的可焊性,减小焊接裂纹。适量Ce元素的加入对铝合金铸态晶粒细化、晶内偏析及净化铝合金晶界，去除晶界夹杂物都有很好的改善作用，能很好的提高铝合金力学性能及韧性。Ce的含量为0.15-0.25％时，Ce能够在铝合金中产生大量的位错对，导致铝合金断裂过程中扩展途径和裂纹萌生的位置发生改变，从而提高铝合金的韧性。当Ce的添加量为0.15-0.25％时，Ce主要聚集在铝合金的晶界处，并与Fe、Si等杂质元素结合形成稀土化合物，降低了杂质元素对铝合金性能的影响，从而起到净化晶界的作用。此外，Ce还会与铝合金中的其他元素形成金属化合物，改变合金中相成分，时效后在基体中会析出弥散分布的新相，从而对铝合金起到弥散强化的作用。Ce在α-A1中的固溶度能够达到0.05％，溶解度有限，分配系数K0<1，当熔体发生凝固时，在结晶前沿会有大量的溶质聚集，枝晶延伸受到阻碍，有利于枝晶的熔断，从而使得晶粒得到细化，稀土与铝形成的化合物(CeAl4)与α相有很好的共格关系，能够起到异质形核的作用，进而细化晶粒。当Ce的添加量过多，使得铝合金中Ce的含量超过0.25％时，Ce会先在铝合金内部先形成许多球状化合物，导致Ce在固液界面前沿的富集量大大减少，从而导致生成的组织粗大，经时效后由于晶界处块状化合物难以熔化，导致应力集中，从而降低了铝合金的韧性。优选的，还包括0.1-0.2％Sc。通过采用上述技术方案，0.1-0.2％的Sc，能够使得铝合金的微观组织和结构都发生改变，从而可以有效提高合金的力学性能、抗应力腐蚀性能和耐腐蚀性能。这是由于铝合金熔体中加入Sc元素之后，可以形成大量稳定的A13Sc初生相，该相的点阵常数与铝非常接近，可以作为铝合金异质形核的核心，在铝合金凝固过程中，作为结晶的晶核，因此可以有效细化铝合金的晶粒，提高合金的力学性能。细化晶粒可以在合金变形中发生更多的均匀滑移，从而降低Al-Zn-Mg-Cu合金的应力腐蚀敏感性。其次Sc对铝合金的再结晶有明显的影响，Al-Zn-Mg-Cu中添加Sc、Zr等微量元素之后，再结晶得到有效抑制，从而使合金的耐蚀性得到提高。最后，Sc的加入还可以对合金的晶界析出相产生影响。Sc的添加，可以使AI-Zn-Mg-Cu合金晶界析出相的体积分数减小，晶界析出相之间的间距变大，分布更加离散，从而提高了合金的抗应力腐蚀性能，也能够改善合金的晶间腐蚀性能。第二方面，本申请提供一种用于生产模具的铝合金板的制备工艺，采用如下的技术方案：一种用于生产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产模具的铝合金板，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：Si≤0.25%，Fe≤0.41%，Cu1.26-1.71%，Mn≤0.3%，Mg2.1-2.5%，Cr0.18-0.28%，Zn5.1-6.0%，Zr0.1-0.2%，Ti≤0.16%，Ce0.15-0.25%，其余为Al以及不可除去的杂质；其中，Zn/Mg比为2.3-2.5。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于生产模具的铝合金板，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：Si≤0.25%，Fe≤0.41%，Cu1.26-1.71%，Mn≤0.3%，Mg2.1-2.5%，Cr0.18-0.28%，Zn5.1-6.0%，Zr0.1-0.2%，Ti≤0.16%，Ce0.15-0.25%，其余为Al以及不可除去的杂质；其中，Zn/Mg比为2.3-2.5。


2.根据权利要求1所述的一种用于生产模具的铝合金板，其特征在于：还包括0.1-0.2%Sc。


3.如权利要求1-2任一项所述的一种用于生产模具的铝合金板的制备工艺，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1、根据最终产品的组分称取原料进行熔炼；
S2、将配料完成的熔体进行精炼，精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业，精炼所用气体为氩气；
S3、将熔体加入挤压机后进行挤压；
S4、对挤压后的挤压材进行固溶处理；
S5、对固溶处理后的挤压材进行淬火处理；
S6、对淬火处理后的挤压材进行拉伸处理；
S7、对拉伸处理后的挤压材进行时效处理；...

【专利技术属性】
技术研发人员：付建明，吴广斌，
申请(专利权)人：宁波胶点密封工业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33