一种高效节能铝模板的挤压工艺方法与流程

2021-01-30 04:01:58|

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[0001]
本发明属于铝合金生产技术领域，涉及一种高效节能铝模板的挤压工艺方法。

背景技术：

[0002]
铝是地壳中含量较多的元素之一，其含量达8.8％，居四大金属元素之首，占整个金属元素质量的1/3。由于制铝技术的改进，铝工业以惊人的速度发展。到2004年，世界铝产量达2980 万吨，其中我国为680万吨，居世界第三位，铝合金的品种已超过千种。由于铝材的发展，铝的加工技术也得到突飞猛进的进步。铝合金因其质量轻、比强度高、低温性能好、可塑性好易于加工及耐腐蚀等特点，在建筑、航空航天工业、车辆制造、压力容器及交通运输等领域得到了广泛的应用。
[0003]
其中，铝合金模板由于其施工周期短、重复利用次数多、施工方便、高效、稳定性好、承载力高、应用广泛、砼表面质量好、施工现场整洁、建筑垃圾少、通用性强以及回收价值高等优点，已经在建筑行业中广泛应用。6005铝合金模板在建筑领域应用广泛，但在挤压生产时由于突破压力较高、型材尺寸差、表面质量差、淬火敏感性相对较高等问题，使得使用 6005铝合金生产铝合金模板时，生产速度没有提升空间，存在成本高、生产周期长及生产效率低等问题。

技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明为了解决6005铝合金生产铝合金模板时，存在生产成本高、生产周期长及生产效率低的问题，提供一种高效节能铝模板的挤压工艺方法。
[0005]
为达到上述目的，本发明提供一种高效节能铝模板的挤压工艺方法，包括如下步骤：
[0006]
a、配料：按照如下重量份数比配制铝合金原料：si 0.65～0.75％、mg 0.5～0.54％、fe 0.1～0.15％、cu≤0.015％、mn≤0.015％、cr≤0.015％、ti≤0.015％、zn≤0.015％、ce≤0.02％、余量al，单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为al，其中mg/si＜1.73；
[0007]
b、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
[0008]
c、挤压：将熔铸后的铝合金铸锭经过预加热后送入铝合金挤压机中挤压成型，得到铝合金型材，其中铝合金铸锭加热至预定温度后提前3min出炉并裸露在空气中3min后上机挤压，铸锭头端温度为440～460℃，尾端温度为430～450℃，挤压机的挤压速度为17～21m/min，挤压机的出口压力为22～30mpa，挤压机的出口温度≥480℃；
[0009]
d、固溶淬火：将挤压机挤出后的铝合金型材进行淬火，淬火中的冷却方式为风冷+水冷，淬火过程中严格控制上下风机距离铝合金型材表面的高度，上风机距铝合金型材表面高度≤ 420mm，下风机距铝合金型材表面高度≤320mm，淬火区域长度控制在15m以内，淬火结束后的铝合金型材出淬火区的温度为260～280℃；
[0010]
e、时效：将淬火后的铝合金型材进行时效热处理，时效温度为180～190℃，时效时间为 4.5～6h；
[0011]
f、表面处理：将时效热处理后的铝合金型材进行表面处理，得到表面处理后的铝合金模板，表面处理过程包括一次酸蚀、碱蚀、二次酸蚀、阳极氧化、封孔干燥处理；
[0012]
g、成型：将表面处理后的铝合金模板去除表面油污，利用夹紧装置固定铝合金模板，设置焊接工艺进行自动焊接，焊接结束后切掉头尾0.3m，清理焊缝完成焊接。
[0013]
进一步，步骤c中铝合金铸锭挤压温度为430～460℃，铝合金铸锭芯部和边部的温差为 3～4℃。
[0014]
进一步，步骤c中挤压模具自由端设置促流角。
[0015]
进一步，步骤d中铝合金型材淬火冷却过程采用梯度冷却，控制不同位置的冷却速率，前期通过水冷定型并快速冷却，冷却速率为14℃/s，后期风冷冷却，保证出口温度降至280℃ 以下，冷却速率为2℃/s。挤压过程采用高速挤压，保证出口温度满足淬火要求，在理论过剩控制在0.37≤过剩si≤0.43的含量前提下，采用此淬火冷却工艺可以有效保证高速生产的铝型材淬火强度。
[0016]
进一步，步骤e将淬火冷却后的铝合金型材自然停放4h后进行时效热处理。ce元素的加入降低了合金时效过程中gp区的形成温度，具有变质作用，提高合金时效后力学性能，保证强化相mg
2
si在铝中的溶解度，过剩的si(理论过剩控制在0.37≤过剩si≤0.43)在铝中的溶解度较小，时效后以细小颗粒析出，对基体的晶格畸变影响较小，同时起到了一定的沉淀强化作用，过剩si在时效层面的有效效果最大。
[0017]
进一步，步骤f中一次酸蚀中强酸浓度为170～180g/l，浸渍1.5～2.5min后取出，浸渍温度为30～35℃；碱蚀处理中强碱浓度为55～65g/l，浸渍1～1.5min后取出，浸渍温度为40～45℃；二次酸蚀中强酸浓度为170～180g/l，浸渍1.5～2.5min后取出，浸渍温度为30～35℃；阳极氧化处理为依次在强酸、弱酸中阳极氧化，其中铝合金型材为阳极、铝板为阴极，氧化形成复合氧化膜；封孔干燥处理是将型材置于镍溶液中进行封孔处理，处理时间为5～10min，处理温度为55～60℃，后置于55～70℃的环境下干燥8～9h。
[0018]
本发明的有益效果在于：
[0019]
1、本发明所公开的高效节能铝模板的挤压工艺方法，铝合金铸锭芯部和边部存在一定的温差，铸棒芯部保证实际加热温度，边部挤压过程中经摩擦提温，既提保证高速挤压，提高生产效率，也可避免产生过烧，温度降低后既保证了挤压质量，又可以避免挤压过程中产生裂纹造成报废。同时相同时间相同能耗前提下，加热棒数稳步提高，既可以节约能耗又保证挤压铸锭的加热质量。铸锭边部温度低，挤压过程芯部流速快，边部流速慢，通过在挤压模具自由端设置促流角，能够有效提高挤压过程中自由端的铝供给量，促使流速加快保证整个断面铝金属流动均匀，从而保证挤压速度提高，提高生产效率。
[0020]
2、本发明所公开的高效节能铝模板的挤压工艺方法，铝合金成分加入一定量的ce，ce 元素的加入使铝合金在铸造时增加成分过冷，减少二次枝晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化，还可以降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注，更为后续高速挤压保证表面质量提供了先决条件。同时mg/si＜1.73，保证过剩硅，既中和多余的fe、mn 等元素生成化合物，又可增加合金的强度和耐蚀性能。6系铝合金中强化相主要为mg
2
si，其在铝中的溶解度较低，并且随着温度的降低而减小，挤压后的铝合金型材以大
于480℃进入淬火，保证型材不过烧的前提下，尽可能提高强化相在基体铝中的溶解度。同时ce元素也固溶在α(al)中，起到有限固溶强化的作用，或是偏聚在晶界，促进位错繁殖，使强度提高，过剩si的存在虽不能提高强化相在基体中的溶解度，但si可与fe等其他杂质元素形成化合物，减少杂质fe对基体的割裂作用。
[0021]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
[0022]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0023][0024][0025]
实施例1
[0026]
一种高效节能铝模板的挤压工艺方法，包括如下步骤：
[0027]
a、配料：铝合金型材各元素质量百分数配比如下：
[0028]
元素simgfecumncrtiznce杂质al含量0.650.500.10.0150.0150.0150.0150.0150.020.10余量
[0029]
b、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔烁炉中均匀混合后熔烁为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
[0030]
c、挤压：将熔铸后的铝合金铸锭经过预加热后送入铝合金挤压机中挤压成型，得到铝合金型材，其中铝合金铸锭加热至预定温度后提前3min出炉并裸露在空气中3min后上机挤压，铝合金铸锭芯部和边部的温差为3～4℃，铸锭头端温度为440～460℃，尾端温度为 430～450℃，挤压机的挤压速度为17～21m/min，挤压机的出口压力为22～30mpa，挤压机的出口温度≥480℃；挤压模具自由端设置促流角，铸锭边部温度低，挤压过程芯部流速快，边部流速慢，通过在自由端设置促流角，有效提高挤压过程中自由端的铝供给量，促使流速加快保证整个断面铝金属流动均匀，从而保证挤压速度提高；
[0031]
d、固溶淬火：将挤压机挤出后的铝合金型材进行淬火，淬火中的冷却方式为风冷+水冷，淬火过程中严格控制上下风机距离铝合金型材表面的高度，上风机距铝合金型材表面高度≤ 420mm，下风机距铝合金型材表面高度≤320mm，淬火区域长度控制在15m以内，淬火结束后的铝合金型材出淬火区的温度为260～280℃；铝合金型材淬火冷却过程采用梯度冷却，控制不同位置的冷却速率，前期通过水冷定型并快速冷却，冷却速率为14℃/s，后期风冷冷却，保证出口温度降至280℃以下，冷却速率为2℃/s。挤压过程采用高速挤压，保证出口温度满足淬火要求，在理论过剩控制在0.37≤过剩si≤0.43的含量前提下，采用此淬火冷却工艺可以有效保证高速生产的铝型材淬火强度；
[0032]
e、时效：将淬火后的铝合金型材自然停放4h后进行时效热处理，时效温度为180～
190℃，时效时间为4.5～6h。ce元素的加入降低了合金时效过程中gp区的形成温度，具有变质作用，提高合金时效后力学性能，保证强化相mg
2
si在铝中的溶解度，过剩的si(理论过剩控制在 0.37≤过剩si≤0.43)在铝中的溶解度较小，时效后以细小颗粒析出，对基体的晶格畸变影响较小，同时起到了一定的沉淀强化作用，过剩si在时效层面的有效效果最大；
[0033]
f、表面处理：将时效热处理后的铝合金型材进行表面处理，得到表面处理后的铝合金模板，表面处理过程包括一次酸蚀、碱蚀、二次酸蚀、阳极氧化、封孔干燥处理；一次酸蚀中强酸浓度为170～180g/l，浸渍1.5～2.5min后取出，浸渍温度为30～35℃；碱蚀处理中强碱浓度为55～65g/l，浸渍1～1.5min后取出，浸渍温度为40～45℃；二次酸蚀中强酸浓度为 170～180g/l，浸渍1.5～2.5min后取出，浸渍温度为30～35℃；阳极氧化处理为依次在强酸、弱酸中阳极氧化，其中铝合金型材为阳极、铝板为阴极，氧化形成复合氧化膜；封孔干燥处理是将型材置于镍溶液中进行封孔处理，处理时间为5～10min，处理温度为55～60℃，后置于 55～70℃的环境下干燥8～9h；
[0034]
g、成型：将表面处理后的铝合金模板去除表面油污，利用夹紧装置固定铝合金模板，设置焊接工艺进行自动焊接，焊接结束后切掉头尾0.3m，清理焊缝完成焊接。
[0035]
实施例2
[0036]
实施例2与实施例1的区别在于，步骤a中铝合金型材各元素质量百分数配比如下：
[0037]
元素simgfecumncrtiznce杂质al含量0.750.540.150.0150.0150.0150.0150.0150.020.10余量
[0038]
对比例1
[0039]
一种6系铝合金模板生产工艺，包括如下步骤：
[0040]
a、配料：铝合金型材各元素质量百分数配比如下：
[0041]
元素simgfecumncrtizn杂质al含量0.800.600.180.020.020.020.020.020.10余量
[0042]
b、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中熔炼为液态铝合金，熔炼炉的温度控制在750℃，并且使用精炼剂将液态铝合金精炼，将精炼后的液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；铝合金熔铸的过程为熔融、搅拌、扒渣、取样化验、静置保温、精炼、二次搅拌、二次扒渣、在线细化、除气、过滤、铸造；
[0043]
c、挤压成型：将熔铸后的铝合金铸锭经过预加热后送入铝合金挤压机中挤压成型，得到铝合金型材，其中铝合金铸锭预加热后的温度为485℃，挤压机的挤压速度为9.5m/min，挤压机的挤出口压力为24mpa，挤压机的出口温度为500℃；
[0044]
d、淬火：将挤出机挤出后的铝合金型材进行淬火，铝合金淬火冷却速度为80℃/min，淬火中的冷却方式为风冷淬火，风冷淬火过程中严格控制上下风机距离铝合金型材表面的高度，上风机距铝合金型材表面高度为420mm，下风机距铝合金型材表面高度为320mm，淬火区域长度控制在10m，淬火结束后的铝合金型材出淬火区的温度为188℃；
[0045]
e、热处理：将淬火后的铝合金型材进行时效热处理，时效温度为200℃，时效时间为10h；
[0046]
f、模板焊接：将时效热处理后的铝合金型材焊接成为铝合金模板。
[0047]
对比例2
[0048]
对比例2与对比例1的区别在于，步骤a中铝合金型材各元素质量百分数配比如下：
[0049]
元素simgfecumncrtizn杂质al含量0.800.620.180.020.020.020.020.020.10余量
[0050]
根据《gb-t 228-2002金属材料室温拉伸试验方法》进行铝模板拉伸试验，测得屈服强度、抗拉强度和延伸率的测试，硬度的测试是通过韦氏硬度仪器测试得到。
[0051]
表一：
[0052] 实施例1实施例2对比例1对比例2屈服强度(mpa)235230224229抗拉强度(mpa)260261260262延伸率(％)1211.513.714.5硬度(hw)15.61514.515
[0053]
由表一可以看出采用实施例1、实施例2所制备的铝模板力学性能均能满足生产要求。
[0054]
对实施例1时效热处理后铝合金型材焊接后的铝合金模板，选取三个样本送至国家检测中心进行刚度性能和强度性能的检测。
[0055]
国家检验中心送检铝合金模板的检测结果见表二、表三：
[0056]
表二：刚度性能检测结果一览表
[0057][0058][0059]
表三：强度性能检测结果一览表
[0060][0061]
经过国家检验中心送检铝合金模板的检测，我公司生产的高效节能铝模板完全符合钢模板的标准。充分证明，高效节能铝模板能够代替老合金，满足客户对材料强度及钢度的要求。
[0062]
通过将6系铝合金模板生产工艺优化后，首先铝合金模板日产量由原来的30吨左右提升至55吨左右；其次铝合金铸锭不再需要进行均质化处理，节约了生产周期及成本；另外调整时效制度后，缩短了时效时间，加快了铝合金型材进炉频率，使得生产周期进一步缩短。
[0063]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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