一種工業鋁合金的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬材料技術領域，尤其涉及一種工業鋁合金。
【背景技術】
[0002] 棒球以及壘球運動是一種以棒子打球為主要特點、集體性、對抗性很強的球類運 動項目，球棒多采用金屬球棒。隨著體育事業的發展，越來越多的人喜歡享受這類運動帶來 的樂趣。球棒的好壞直接決定著運動的質量，一個質量好的球棒不僅需要一定的硬度和強 度承受劇烈運動時球的沖擊，還應該具有良好的韌性，降低運動過程中球對人體的沖擊力， 減少運動過程中對人體造成的傷害。
[0003] 鋁合金是以鋁為基的合金的總稱，主要合金元素包括銅、硅、鎂、鋅、錳，次要元素 含有鎳、鐵、鈦、鋰，合金中的主要元素含量、配比以及雜質含量對合金成品的性能有很大影 響。目前，工業鋁合金材料大量被應用于建筑、軍用和工業領域，民用和軍工企業生產的工 業鋁合金材料強度低、硬度低、韌性差，不能滿足現代科技發展對工業鋁合金材料高載荷、 輕質化、韌性好的要求。現有的工業鋁合金材料制成的球棒往往強度和硬度較低，不能承受 劇烈擊球時球對棒的沖擊力，另外，現有的工業鋁合金材料制成的球棒韌性較差，受到球的 劇烈沖擊不能迅速恢復原狀，往往會發生脆裂，或者給人體造成振動沖擊，使人感到不適， 降低運動的質量。
[0004] 因此，如何通過優化工業鋁合金生產工藝，得到一種綜合性能好的工業鋁合金材 料，滿足球棒重量輕、彈性好、擊球遠的要求是目前亟待解決的問題。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種工業鋁合金，實現了工業鋁 合金生產工藝的優化，其綜合性能好，非常適合于制作壘球棒或棒球棒。
[0006] 本發明公開了一種工業鋁合金，其組成成分按重量百分比包括：Si:0. 05%，F e:0. 08-0. 15 % ,Cu:2. 0-2. 2 % ,Mn:0. 05 % ,Mg:2. 3-2. 8 % ,Cr:0. 01%,Zn:7. 2-7.8%, Ti:0. 06-0. 08%,Zr:0. 15%，余量為Al,并按照以下步驟制備得到：
[0007]SI:熔煉，根據其組成成分稱取各原料，將鋁錠加入熔煉爐中并加熱至700-750°C使之完全熔化后，按熔點從高到低的順序依次加入其它各原料，待其它各原料完全熔化后， 在680-720°C保溫30min-2h，得到合金熔體，并進行澆注，待合金熔體凝固后開模，并將鑄 錠空冷至室溫；各原料熔化過程在密封空間中進行；
[0008]S2 :均勻化，將Sl中得到的鑄錠放置于保溫爐中，從室溫以40°C/h的平均速度， 升溫至400°C，并在400°C下保溫12h后，以200°C/h的平均速度，升溫至450°C后保溫4h， 保溫完成后保溫爐冷至室溫，其中，從室溫升溫至400°C過程中，隨溫度的升高，升溫速率逐 漸降低，且溫度與時間成正弦函數關系；
[0009]S3:擠壓成型，將S2中得到的鑄錠進行擠壓成型，其中，每次擠壓的變形量為 15-25% ；
[0010] S4 :固溶，將S3中得到的鑄錠放置于保溫爐中，以KTC/h的平均速度，從室溫加 熱至470°C并在470°C下保溫l_2h后，以100°C/h的速度將溫度從470°C升至480°C，并在 480°C保溫20-40min后，將鑄錠從保溫爐轉移到淬火爐中，水冷至室溫，其中從保溫爐中將 鑄錠轉移至淬火爐中的時間小于5s;
[0011] S5 :時效，將S4中水冷至室溫的鑄錠除去表面水珠后，從淬火中取出并放入KKTC 保溫爐中，其中，從淬火爐中轉移至保溫爐中的時間小于30s;將保溫爐溫度以20°C/h的平 均速度升溫至170°C后，將保溫爐溫度以30°C/h的平均速度降溫至120°C，并在120°C下保 溫16-20h，將鑄錠從保溫爐轉移到淬火爐中水冷至室溫，獲得所述工業鋁合金。
[0012] 優選地，其組成成分中，Zn與Mg的摩爾比為（1. 1-1. 3) :1。
[0013] 優選地，在步驟S4中，鑄錠從室溫升溫至470°C的過程中，隨溫度的升高，升溫速 率增大，且溫度與時間成正弦函數關系。
[0014] 優選地，在步驟S5中，鑄錠從KKTC升溫至170°C的過程中，隨溫度的升高，升溫速 率增大，且升溫速率與時間成正切函數關系。
[0015] 優選地，在步驟S5中，鑄錠從170°C降溫至120°C的過程中，隨溫度的降低，降溫速 率減小，且降溫速率與時間成余切函數關系。
[0016] 優選地，在步驟Sl中，合金熔體凝固過程中，對合金熔體進行振動。
[0017] 優選地，在步驟Sl中，各原料添加后完全熔化后，均進行除渣操作。
[0018] 優選地，其組成成分按重量百分比為Si:0.05 %，Fe:0.12 %，Cu:2. 1 %， Mn:0. 05%，Mg:2.4%，Cr:0. 01%，Zn:7. 8%，Ti:0. 08%，Zr:0. 15%，余量為Al。
[0019] 本發明中，提出的工業鋁合金通過成分優化，熱處理工藝改進，提升了工業鋁合金 的綜合性能，使之適合制作高質量壘球棒或棒球棒，與現有技術相比，具體優點如下：
[0020] 1、對合金成分進行了優化，提高了合金中鋅元素的含量，并根據鋅元素含量的變 化，調整了鎂元素和銅元素的含量值，從而控制了MgZn2相、AlZnMgCu相、Al2MgCu相的析出 數量和比例關系，同時，采用鉻元素、鋯元素和鈦元素的復合添加，起到釘扎晶界、細化晶粒 的作用，提供了獲得優良的綜合性能的基礎；
[0021] 2、對熔煉和熱處理工藝進行了優化，通過對熔煉工藝的優化，使得各合金元素實 現良好的融合，通過對均勻化處理工藝的優化，可以消除鑄錠晶界上的非平衡凝固共晶組 織，有利于后續的擠壓變形，改善擠壓過程中合金變形能力，擠壓成型可以將鑄錠擠壓為合 適大小，利于壘球棒的制作，通過對固溶處理工藝的優化，可以獲得空位與溶質原子的過飽 和固溶體，為后續時效處理中強化相析出做好準備，通過對時效處理工藝的優化，強化相析 出且分布合理，控制晶內晶界處強化相分布形態，獲得良好的強度與韌性。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合具體實例對本發明做出詳細說明，應當了解，實施例只用于說明本發明， 而不是用于對本發明進行限定，任何在本發明基礎上所做的修改、等同替換等均在本發明 的保護范圍內。
[0023] 本發明所公開的工業鋁合金，各實施例中鑄錠的成分配比（重量百分比）檢測結 果如表1所示：
[0024]
[0025] 各實施例制備方式如下：
[0026] 實施例1
[0027]Sl:熔煉，根據其組成成分稱取各原料，將鋁錠加入熔煉爐中并加熱至750°C使之 完全熔化后，按熔點從高到低的順序依次加入其它各原料，待其它各原料完全熔化后，各原 料添加后完全熔化后，均進行除渣操作，在720°C保溫30min，得到合金熔體，并進行澆注， 待合金熔體凝固后開模，并將鑄錠空冷至室溫；合金熔體凝固過程中，通過敲擊模具，對合 金熔體進行振動，各原料熔化過程在密封空間中進行；
[0028]S2:均勻化，將Sl中得到的鑄錠放置于保溫爐中，從室溫以40°C/h的平均速度， 升溫至400°C，并在400°C下保溫12h后，以200°C/h的平均速度，升溫至450°C后保溫4h， 保溫完成后保溫爐冷至室溫，其中，從室溫升溫至400°C過程中，隨溫度的升高，升溫速率逐 漸降低，且溫度與時間成正弦函數關系；
[0029]S3:擠壓成型，將S2中得到的鑄錠進行擠壓成型，其中，每次擠壓的變形量為 15-25% ；
[0030]S4 :固溶，將S3中得到的鑄錠放置于保溫爐中，以KTC/h的平均速度，從室溫 加熱至470°C并在470°C下保溫2h后，以100°C/h的速度將溫度從470°C升至480°C，并 在480°C保溫40min后，將鑄錠從保溫爐轉移到淬火爐中，水冷至室溫，其中從保溫爐中將 鑄錠轉移至淬火爐中的時間小于5s，其中，鑄錠從室溫升溫至470°C的過程中，隨溫度的升 高，升溫速率增大，且溫度與時間成正弦函數關系；
[0031]S5 :時效，將S4中水冷至室溫的鑄錠除去表面水珠后，從淬火中取出并放入KKTC 保溫爐中，其中，從淬火爐中轉移至保溫爐中的時間小于30s;將保溫爐溫度以20°C/h的 平均速度升溫至170°C后，將保溫爐溫度以30°C/h的平均速度降溫至120°C，并在120°C下 保溫20h，將鑄錠從保溫爐轉移到淬火爐中水冷至室溫，獲得所述工業鋁合金，其中，鑄錠從 KKTC升溫至170°C的過程中，隨溫度的升高，升溫速率增大，且升溫速率與時間成正切函數 關系，鑄錠從170°C降溫至120°C的過程中，隨溫度的降低，降溫速率減小，且降溫速率與時 間成余切函