CN101386940B - Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新型铝合金材料，特别是涉及一种含Cu、Ni和Ce的Al-Mn-Mg基合金。一种Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金，在其中添加重量百分比为0.4-0.7％的Cu，0.2-0.7％的Ni，0.02-0.05％的Ce，合金中Mn的重量百分比为0.8-1.3％，Mg的重量百分比为0.6-1.2％，其余为Al及不可避免的杂质元素。本发明具有以下优点：在Al-Mn-Mg基合金的基础上，采用Cu、Ni和Ce多组元复合微合金化后，合金可同时获得高强度、优良的热稳定性能和热疲劳性能，且流动性好，适于薄壁管件的制造。本发明还提供前述Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及新型铝合金材料，特别是涉及一种含Cu、Ni和Ce的Al-Mn-Mg基合金及其制造方法。
背景技术
激光打印机、复印机用定影辊要求重量轻、非磁性、优良的热传导性、耐热性和耐蚀性等，因此定影辊通常由不可热处理强化的防锈铝合金制造而成。定影辊的工作温度一般不超过200℃，且是热冷交替地工作，因此对制造定影辊的铝合金要求在退火状态下不仅具有足够的强度，而且具有优良的热稳定性和热疲劳性能。国内外曾大多使用Al-Mg系防锈铝合金5052或5056合金来制造定影辊，但由于5052和5056铝合金退火态的抗拉强度从室温到200℃明显下降在使用过程中容易发生热变形，所以采用5052和5056合金制造定影辊的管材壁厚较厚，最小壁厚允许为0.9-1.0mm，这导致在使用激光打印机、复印机时，开机预热等待时间长；另一方面，5056合金只能进行无缝管生产，生产成本较高。为此，日本专利文献(特开平9-170039号公报)采用导热性和加工性更好的Al-Mn-Mg系防锈铝合金来代替Al-Mg系合金制造定影辊。但由于近年来从节能角度出发，定影辊向薄型化、轻量化发展，Al-Mn-Mg系防锈铝合金的强度尤其是高温抗拉强度仍不能完全满足要求，成为限制Al-Mn-Mg系防锈铝合金广泛应用的原因之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金，其具有高强度、优良的热稳定性能和热疲劳性能，且流动性好，适于薄壁管件的制造。
本发明的另一目的是提供一种上述Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金的制造方法。
本发明的技术方案如下：
一种Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金，在其中添加重量百分比为0.4-0.7％的Cu，0.2-0.7％的Ni，0.02-0.05％的Ce，合金中Mn的重量百分比为0.8-1.3％，Mg的重量百分比为0.6-1.2％，其余为Al及不可避免的杂质元素。
上述的Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金，Cu的重量百分比为0.5-0.6％。
上述的Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金，Ni 的重量百分比为0.3-0.5％。
上述的Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金，Ce的重量百分比为0.03-0.04％。
上述的Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金，Cu的重量百分比为0.51％，Ni的重量百分比为0.4％，Ce的重量百分比为0.03％，Mn的重量百分比为1.05％，Mg的重量百分比为0.89％。
本发明是在Al-Mn-Mg系合金的基础上，加入少量的Cu、Ni 和微量的Ce，通过多组元复合微合金化作用获得具有优良的热稳定性和热疲劳性能的铝合金。
Cu是铝合金中重要的合金化元素，在Al-Mn-Mg系合金中加入少量Cu，有一定的固溶强化效果，提高合金的强度，同时改善合金的抗蚀性，可由点腐蚀变成全面的均匀腐蚀。在铝合金中添加少量Ni，可形成FeNiAl6相，对高温下合金的变形起阻碍作用，提高合金的耐热性，并使铁的化合物变成颗粒状，降低杂质Fe的有害作用，但Ni含量过高时，FeNiAl6相会偏聚，容易引起铸造裂纹。微量稀土Ce加入铝合金中，可使合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次枝晶间距，减少合金中的气体以及杂质引起的晶界弱化，起到净化晶界的作用，还可降低熔体表面张力，增加流动性，改善铸造工艺性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：在Al-Mn-Mg基合金的基础上，采用Cu、Ni和Ce多组元复合微合金化后，合金可同时获得高强度、优良 的热稳定性能和热疲劳性能，且流动性好，适于薄壁管件的制造，管件壁厚最小允许0.4-0.6mm。
上述铝合金的制造方法包括如下步骤：
a)首先按合金化学组成的比例配备好原材料备用；
b)在火焰反射炉中熔化纯铝和Al-Mn、Al-Cu、Al-Ni、Al-Ce中间合金至740-750℃，充分搅拌，采用活性熔剂-惰性氩气喷射精炼技术进行除气去杂，用钟罩压入法加入金属镁，二次精炼，静置扒渣，在熔体温度为720-730℃时采用半连续水冷铸造法浇注成圆铸棒；
c)将合金铸棒在均匀化热处理炉中进行两级高温均匀化处理；
d)将经均匀化处理后的合金铸棒在挤压机上直接挤压成管材，再将挤压成的管材进行冷拔加工得到制造定影辊用的铝合金管材。
上述步骤c中，均匀化热处理条件为540℃/6h+590℃/10h。
上述步骤d中，采用分流模直接挤压和多道次冷拔加工制造定影辊用铝合金管材。
采用分流模挤压和多道次拉拔技术生产的该合金有缝管管壁厚最小允许0.4-0.6mm，与传统工艺方法生产的5056合金管相比，管壁厚度大大减少，从而减少了其自身吸热，加快了热传递速度，可大大缩短开机预热等待时间，降低成本和节能。
上述Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金适用于制造定影辊用铝合金管材，也适用于制造其它薄壁管件。
具体实施方式
实施例1：在升温预热至650℃的12吨燃油火焰反射炉中加入9712千克工业纯铝(99.97％)和1050千克Al-10％Mn、102千克Al-50％Cu、400千克Al-10％Ni和30千克Al-10％Ce中间合金，并同时加入覆盖剂覆盖，覆盖剂主要成分是KCl、NaCl、Na3AlF6等，继续升温至750℃待其熔化后，用钟 罩将89千克Mg压入熔池底部使其完全熔化后取出钟罩，充分搅拌，并采用活性熔剂-惰性氩气喷射精炼技术进行两次除气去杂处理，活性熔剂主要成分是KCl、NaCl、CaF2、Na3AlF6、Na2SiF6等，氩气纯度为99.999％，然后静置20分钟扒渣，在温度为730℃时将合金熔体采用半连续水冷铸造法浇注成直径为108mm的铸棒。
合金铸棒经切头去尾、定尺锯切成350mm长的铸锭，经540℃/6h+590℃/10h两级均匀化处理后车皮3.5mm，然后加热至450℃保温2小时，在挤压筒内径为105mm挤压机上用分流模挤压出Φ49×Φ45(mm)的有缝圆管，挤压管经过5道次冷拔后冷拔成Φ41×Φ39.4(mm)，之后将合金冷拔管材在380℃退火2小时。
合金室温和高温力学性能测试采用标准拉伸试样并按标准拉伸试验方法进行，数据取三次试验平均值。合金热疲劳性能测试是将试验管材样品加载负荷5kgf(49N)放入电阻炉内加热到200℃±1℃保温48小时后，从炉内取出冷却后，在加载负荷为5kgf(49N)的条件下测量弯曲变形量，测量完后再放入炉内加热到200℃，保温48小时后，再取出冷却在同样负荷下进行弯曲变形量测量，如此反复直到加热192小时。
实施例2：只改变合金的配料量，其它同实施例1。配料量为，9789千克工业纯铝(99.97％)和820千克Al-10％Mn、82千克Al-50％Cu、230千克Al-10％Ni和23Al-10％Ce中间合金，63千克Mg。
实施例3：只改变合金的配料量，其它同实施例1。配料量为，采用9613千克工业纯铝(99.97％)和1280千克Al-10％Mn、136千克Al-50％Cu、690千克Al-10％Ni和48千克Al-10％Ce中间合金，117千克Mg。
本发明合金的化学成分和室温力学性能分别见表1和表2中的合金B、合金C、合金D，合金的热稳定性和热疲劳性能分别见表3和表4，表l和表2中的参比合金(合金A)是未含Cu、Ni和Ce的Al-Mn-Mg合金。
由表2可以看出，本发明所提供的Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金(合金B、合金C、合金D)比未含Cu、Ni和Ce的Al-Mn-Mg参比合金(合金A)不仅抗拉强度σb和屈服强度σ0.2分别提高25-33MPa和47-57MPa，而且从室温至200℃，合金的抗拉强度σb维持在191-205MPa(见表3)，这表明合金具有优良的热稳定性能，更为重要的是，合金的热疲劳性能也很好(见表4)。
表1合金的化学成分(wt％)
| 合金 | Mn | Mg | Cu | Ni | Ce | Al |
| A | 1.06 | 0.91 | / | / | / | 余量 |
| B | 1.05 | 0.89 | 0.51 | 0.40 | 0.030 | 余量 |
| C | 0.82 | 0.63 | 0.41 | 0.23 | 0.023 | 余量 |
| D | 1.28 | 1.17 | 0.68 | 0.69 | 0.480 | 余量 |
表2合金的室温力学性能
| 合金 | σ<sub>b</sub>，MPa | σ<sub>0.2</sub>，MPa | δ，％ |
| A | 172 | 65 | 22.0 |
| B | 205 | 122 | 19.2 |
| C | 201 | 116 | 18.3 |
| D | 197 | 112 | 17.7 |
[0034] 表3合金的热稳定性能
表4合金的热疲劳性能(200℃)
Claims (3)
1.一种Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金的制造方法，其特征在于它包括以下步骤：
a)首先按合金化学组成的比例配备好原材料备用，合金化学组成的比例为，在Al-Mn-Mg基合金中添加重量百分比为0.4-0.7％的Cu，0.2-0.7％的Ni，0.02-0.05％的Ce，合金中Mn的重量百分比为0.8-1.3％，Mg的重量百分比为0.6-1.2％，其余为Al及不可避免的杂质元素；
b)在火焰反射炉中熔化纯铝和Al-Mn、Al-Cu、Al-Ni、Al-Ce中间合金至740-750℃，充分搅拌，采用活性熔剂一惰性氩气喷射精炼技术进行除气去杂处理，用钟罩法加入金属镁，二次精炼，静置扒渣；在熔体温度为720-730℃时，采用半连续水冷铸造法浇注成圆铸棒；
c)将合金铸棒进行两级高温均匀化处理；
d)将经均匀化处理后的合金铸棒在挤压机上挤压成管材，再将挤压成的管材进行冷拔加工制得定影辊用铝合金管材。
2.根据权利要求1所述的Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金的制造方法，其特征在于：所述步骤c中，均匀化热处理条件为540℃/6h+590℃/10h。
3.根据权利要求2所述的Al-Mn-Mg-Cu-Ni-Ce合金的制造方法，其特征在于：所述步骤d中，采用分流模直接挤压和多道次冷拔加工制造定影辊用铝合金管材。
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| CN101386940A (zh) | 2009-03-18 |
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