一種登山鉤及其加工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種登山鉤及其加工工藝，屬于機械加工【技術領域】。所述登山鉤為鋁合金材質，其各元素成分及其質量百分比為：Zn：5.3-6.0%，Mg：2.3-2.9%，Cr：0.18-0.22%，Cu：1.2-1.5%，Mn：0.3%，Si：0.4%，F(xiàn)e：0.5%，Ti：0.2%，余量為Al及不可避免的雜質。其加工工藝如下：將配料好的合金熔煉成鋁液，經除氣精煉，靜置扒渣后鑄造成鋁合金圓鑄棒；反向擠壓擠出成型；并進行熱處理，其中固溶處理溫度為440-500℃，保溫0.5-2小時后進行水冷淬火處理，時效處理溫度為100-140℃，保溫20-26小時后冷卻得登山鉤。登山鉤的抗拉強度、抗腐蝕性能和斷裂韌性高。
【專利說明】一種登山鉤及其加工工藝【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種登山鉤及其加工工藝，屬于機械加工【技術領域】。
【背景技術】
[0002]登山:是指在特定要求下，運動員徒手或使用專門裝備，從低海拔地形向高海拔山峰進行攀登的一項體育活動。登山運動可分為登山探險(也稱高山探險)、競技攀登(包括攀巖、攀冰等)和健身性登山。登山工具是登山者的必備用品，登山工具要適應登山運動的環(huán)境條件，在設計、選材、用料、制作上要盡量使其輕便、堅固、高效，并能一物多用。經常出外進行登山野營活動對人體有很大的好處，從醫(yī)學角度來說，它對人的視力、心肺功能、四肢協(xié)調能力、體內多余脂肪的消耗、延緩人體衰老等五個方面有直接的益處。
[0003]登山鉤是比較常用的登山工具，登山鉤又名登山扣，爬山扣等?，F(xiàn)有技術中，登山鉤一般采用鋁合金制作而成，亦可采用銅、鐵、不銹鋼制作。登山鉤應用于多種行業(yè)，不同用途其款式眾多，除了一般的D形、圓環(huán)形、葫蘆形外還可制作成心形、蘋果形、酒瓶形、房屋形等等，其表面可氧化不同顏色，絲印不同字母、圖案等。鋁合金登山鉤由于它的輕便、防腐蝕、防銹等優(yōu)點，受到廣大戶外運動愛好者的喜愛。不僅如此，登山鉤如今在體育用品領域應用廣泛，常需應付高強度的拉伸，因此登山鉤的性能十分重要，尤其是抗拉強度、抗腐蝕性能。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的上述問題，提供一種抗拉強度高，抗腐蝕性能強的登山鉤。
[0005]本發(fā)明的目的可通過`下列技術方案來實現(xiàn):一種登山鉤，所述登山鉤為鋁合金材質，登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:5.3-6.0%，Mg:2.3-2.9%，Cr:0.18-0.22%，Cu:1.2-1.5%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, T1:0.2%，余量為 Al 及不可避免的雜質。其中，所述其他雜質元素主要是碳、硫等有害雜質元素。
[0006]本發(fā)明以鋁合金7075為研究對象，通過大量實驗在基本合金的基礎上限制了 Zn、Mg、Cr、Cu 的含量，將 Zn 控制在 5.3-6.0%，Mg 控制在 2.3-2.9%，Cr 控制在 0.18-0.22%，Cu控制在1.2-1.5%，通過各元素之間產生的協(xié)同作用，使本發(fā)明登山鉤所用的鋁合金中存在AlMg2Zn、MgO和Mg2.5Zn等強化相，進而提高登山鉤的抗拉強度，抗腐蝕性能和斷裂韌性。
[0007]在本發(fā)明的鋁合金登山鉤中，隨著Zn、Mg含量的提高，主要強化相含量(MgZn2)隨之提高，登山鉤的抗拉強度和屈服強度也隨之提高，但其抗應力腐蝕性能及斷裂韌性略有所下降，鑄件的開裂傾向增大。因此，綜合考慮各方面因素，本發(fā)明將登山鉤的鋁合金中Mg含量控制在2.3-2.9%，Zn含量控制在5.3-6.0%，可有效降低鋁合金鑄造時的熱裂傾向，提高登山鉤的強度。
[0008]在鋁合金登山鉤中，Cu對強度的有利影響與固溶強化生成強化相S (Al2CuMg)相有關，Cu能降低晶界與晶內電位差，可以改變沉淀相結構和細化沉淀相，還可抑制沿晶界開裂的趨勢，因此可提高登山鉤的抗應力和抗腐蝕性能。另外，Cu還能提高鋁合金過飽和程度，擴大GP區(qū)的穩(wěn)定溫度范圍，提高登山鉤的抗拉強度、塑性和疲勞強度。但Cu的加入會使合金產生晶間腐蝕和點腐蝕的傾向，使合金對熱裂較敏感。經大量實驗研究，在本發(fā)明登山鉤的鋁合金中，較高的Cu含量明顯增加登山鉤的熱脆性，尤其當Cu含量大于1.5%時，影響更為顯著。因此，本發(fā)明鋁合金登山鉤中將Cu含量控制在1.2-1.5%。
[0009]本發(fā)明鋁合金登山鉤中加入Cr，Cr在晶粒內部均勻分布，使晶粒細長，延長了晶間腐蝕通路，提高登山鉤的抗拉強度和斷裂韌性，改善登山鉤鑄造過程中的熱裂傾向。本發(fā)明登山鉤所用的鋁合金中將Cr含量控制在0.18-0.22%，可使登山鉤的抗拉強度、斷裂性能最佳。
[0010]Mn是導致合金熱裂的敏感性元素，Mn含量越高，登山鉤鋁合金的熱脆性越大，因此，本發(fā)明將Mn嚴格控制在0.3%，從而降低登山鉤的裂紋傾向。
[0011]鋁合金登山鉤中Fe、S1、Mn、Cu可形成共晶化合物，如Al7Cu2Fe, (AlFeSi), (FeMn)Al6, Al (MnFe) Si, Mg2Si等,這些是在鑄件結晶過程中形成的硬脆異質相,在較低的應力條件下即可產生裂紋。因此Fe、Si含量越高，形成的硬脆異質相數(shù)量越多，在登山鉤中形成的化合物有很大的熱脆性，特別是當Fe含量小于Si含量時，會產生AlFeSi和游離Si以及(AlFeSi)Al形成的低熔點共晶，具有很大的熱脆性，稍有應力作用就容易產生裂紋。此外，Si和Mg生成雜質相Mg2Si會減少合金中的強化相MgZn2,從而降低登山鉤的抗拉強度和屈服強度。綜合分析，F(xiàn)e含量應大于Si含量，將Si含量控制在0.4%, Fe含量控制在0.5%，以降低登山鉤的熱脆性，提高登山鉤的抵抗晶間裂紋的能力。
[0012]作為優(yōu)選，所 述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:5.7%，Mg:2.6%，Cr:0.20%, Cu:1.3%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, T1:0.2%，余量為 Al 及不可避免的雜質。
[0013]作為優(yōu)選，所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:5.3%，Mg:2.9%，Cr:0.18%, Cu:1.5%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, T1:0.2%，余量為 Al 及不可避免的雜質。
[0014]作為優(yōu)選，所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:6.0%，Mg:2.3%，Cr:0.22%, Cu:1.2%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, T1:0.2%，余量為 Al 及不可避免的雜質。
[0015]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種登山鉤的加工工藝，所述登山鉤的加工工藝包括如下步驟:
[0016]S1、配料:按上述登山鉤的各元素成分及其質量百分比配料；
[0017]S2、熔煉:將配料好的合金加入熔煉爐內熔煉成鋁液，并先后進行除氣精煉,精煉后靜置扒渣；
[0018]S3、鑄造:將模具先進行預熱，再將扒渣后的鋁液調至澆注所需的溫度鑄造成鋁合金圓鑄棒；
[0019]S4、擠壓:根據(jù)登山鉤的斷面設計，用反擠壓機將加熱好的圓鑄棒從模具中反向擠壓擠出成型；
[0020]S5、熱處理:對擠出成型的鑄件進行熱處理，熱處理包括固溶處理和時效處理，其中固溶處理溫度為440-500°C，保溫0.5-2小時后立即進行水冷淬火處理，時效處理溫度為100-140°C，保溫20-26小時后自然冷卻得登山鉤。
[0021]本發(fā)明登山鉤只需將鋁合金熔煉、鑄造成鋁合金圓鑄棒，再通過反向擠壓得半產品，最后經熱處理便可制得。本發(fā)明采用反向擠壓，因鋁合金圓鑄棒于擠壓筒表面之間存在著較大的摩擦力，致使金屬流動不均，圓鑄棒內部相對于其外層發(fā)生了位移，結果形成了兩個變形區(qū)，且反向擠壓過程中，金屬溫度變化都比正向擠壓時的均勻，因此登山鉤鋁合金在整個長度和斷面上的組織和機械性能都比正向擠壓的均勻。在相同的擠壓條件下，反向擠壓法所需的擠壓力更低，生產效率高，擠壓成型的登山鉤的表面和邊角不易產生裂紋，壽命長。
[0022]此外，本發(fā)明采用將固溶處理和時效處理結合的熱處理，通過熱處理溫度及保溫時間的良好搭配來實現(xiàn)固溶處理中得到Mg、Si元素分布均勻的過飽和鋁合金固溶體，得到細小、球化的共晶Si相，以及時效處理均勻析出Mg2Si強化相的目的。熱處理中淬火加熱溫度低于再結晶溫度，使登山鉤保留著未再結晶組織。未再結晶組織具有纖維狀組織結構，并在纖維的橫斷面內具有細小的宏觀及顯微晶粒，在晶粒內部存在鑲嵌塊一樣的亞結構。而再結晶組織的晶粒相當粗大，結晶面的取向無一定規(guī)則，沒有亞結構組織，從宏觀上看，再結晶組織是一個粗晶環(huán)。另外，為了更好地保留未再結晶組織和高強度，應盡可能地縮短固溶加熱時的保溫時間，因此，本發(fā)明熱處理中固溶處理的保溫為0.5-2小時。
[0023]在上述登山鉤的加工工藝中，步驟S2中所述的熔煉溫度為730_760°C，熔煉時間為50-80min。若熔煉溫度過低，不利于合金元素的溶解及氣體、夾雜物的排出，增加形成偏析、冷隔、欠鑄的傾向，還會因冒口熱量不足，使鑄件得不到合理的補縮。若熔煉溫度過高不僅浪費資源，更嚴重的是因為溫度越高，吸氫越多，晶粒也越粗大，一些合金元素的燒損也越嚴重，從而導致合金的機械性能下降，鑄造性能和機械加工性能惡化，降低鑄件的氣密性。
[0024]在上述登山鉤的加工工藝中，步驟S2中所述的除氣精煉的溫度為720_750°C，精煉時間為15-25min，氮氣壓力為0.5-0.6MPa，氮氣流量為0.8-1.0m3/h，精煉劑的加入量為鋁液的0.15-0.5%。本發(fā)明的除氣精煉為高純氮把粉狀精煉劑噴入鋁液，在彌散性小氣泡的作用下，除去鋁液中的氧化雜質、氫氣，以及澆注過程中吸氣和晶粒粗大的不良影響。其中，所述的精煉劑為C2Cl6或ZnCl2。
[0025]在上述登山鉤的加`工工藝中，步驟S2中所述扒渣處理的清渣劑的加入量為
0.2-0.5%，扒渣溫度為720-740°C。將0.2-0.5%的清渣劑撒在除氣精煉后的鋁液液面上，攪拌2-3分鐘靜置，靜置3-5分鐘后扒渣。其中，所述的清渣劑為含鈉、鉀的氯化物、氟化物及碳酸鹽等經加工精制而成。
[0026]在上述登山鉤的加工工藝中，步驟S3中所述的澆注溫度為700_730°C，模具溫度為330-360°C，開模時間為200-230S。若澆注溫度過低，會導致鑄件產生氣孔、冷隔、澆不足和縮孔缺陷。若澆注溫度過高，又會使鑄件冷卻緩慢，鑄件組織粗大、力學性能下降。此外，在澆注時，熔體流要保持平穩(wěn)，不能中斷，不能直沖口杯的底孔。澆口杯自始至終應充滿，液面不得翻動，澆注速度要先慢后快再慢。
[0027]在上述登山鉤的加工工藝中，步驟S5中所述的固溶處理溫度為460-490°C，保溫
0.5-1.5小時后立即進行水冷淬火處理，時效處理溫度為110-130°C，保溫22-26小時。
[0028]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0029]1、本發(fā)明通過合理配伍登山鉤鋁合金材質中的各元素成分，使登山鉤具有極高的抗拉強度，極強的抗腐蝕性能和斷裂韌性。
[0030]2、本發(fā)明登山鉤的加工工藝簡單可行，通過反向擠壓提高生產效率，使擠壓成型的登山鉤表面和邊角不易產生裂紋，提高其使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明經固溶及時效處理后的登山鉤的X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0032]以下是本發(fā)明的具體實施例，對本發(fā)明的技術方案作進一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0033]實施例1
[0034]配料:按登山鉤的各元素成分及其質量百分比配料，所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:5.7%, Mg:2.6%, Cr:0.20%, Cu:1.3%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, Ti:
0.2%，余量為Al及不可避免的雜質。
[0035]熔煉:將配料好的合金加入熔煉爐內在740°C下熔煉60min得鋁液，先用高純氮氣把粉狀精煉劑C2Cl6噴入鋁液，在730°C的條件下精煉20min，所述精煉劑C2Cl6的加入量為鋁液的0.5%，然后將0.3%的清渣劑撒在除氣精煉后的鋁液液面上，在730°C下攪拌2分鐘靜置，靜置3分鐘后扒渣。其中，所述的清渣劑為含鈉、鉀的氯化物、氟化物及碳酸鹽等經加工精制而成。
[0036]鑄造:將模具先預 熱到340°C，再將扒渣后的鋁液調至720°C，在此溫度下鑄造成鋁合金圓鑄棒，其中，開模時間為220s。
[0037]擠壓:根據(jù)登山鉤的斷面設計，用反擠壓機將加熱好的圓鑄棒從模具中反向擠壓擠出成型。
[0038]熱處理:對擠出成型的鑄件進行熱處理，熱處理包括固溶處理和時效處理，其中固溶處理溫度為460°C，保溫I小時后立即進行水冷淬火處理，時效處理溫度為120°C，保溫24小時后自然冷卻得登山鉤。
[0039]實施例2
[0040]配料:按登山鉤的各元素成分及其質量百分比配料，所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:5.3%, Mg:2.9%, Cr:0.18%, Cu:1.5%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, Ti:
0.2%，余量為Al及不可避免的雜質。
[0041]熔煉:將配料好的合金加入熔煉爐內在730°C下熔煉50min得鋁液，并先進行除氣精煉，精煉后靜置扒渣；用高純氮氣把粉狀精煉劑ZnCl2噴入鋁液，在730°C的條件下精煉15min,所述精煉劑ZnCl2的加入量為鋁液的0.2%，然后將0.2%的清渣劑撒在除氣精煉后的鋁液液面上，在720°C下攪拌2分鐘靜置，靜置3分鐘后扒渣。其中，所述的清渣劑為含鈉、鉀的氯化物、氟化物及碳酸鹽等經加工精制而成。
[0042]鑄造:將模具先預熱到330°C，再將扒渣后的鋁液調至730°C，在此溫度下鑄造成鋁合金圓鑄棒，其中，開模時間為230s。
[0043]擠壓:根據(jù)登山鉤的斷面設計，用反擠壓機將加熱好的圓鑄棒從模具中反向擠壓擠出成型。
[0044]熱處理:對擠出成型的鑄件進行熱處理，熱處理包括固溶處理和時效處理，其中固溶處理溫度為500°C，保溫2小時后立即進行水冷淬火處理，時效處理溫度為140°C，保溫26小時后自然冷卻得登山鉤。
[0045]實施例3
[0046]配料:按登山鉤的各元素成分及其質量百分比配料，所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:6.0%, Mg:2.3%, Cr:0.22%, Cu:1.2%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, Ti:
0.2%，余量為Al及不可避免的雜質。
[0047]熔煉:將配料好的合金加入熔煉爐內在760°C下熔煉SOmin得鋁液，并先進行除氣精煉，精煉后靜置扒渣；用高純氮氣把粉狀精煉劑ZnCl2噴入鋁液，在728°C的條件下精煉25min，所述精煉劑ZnCl2的加入量為鋁液的0.15%，然后將0.5%的清渣劑撒在除氣精煉后的鋁液液面上，在740°C下攪拌3分鐘靜置，靜置5分鐘后扒渣。其中，所述的清渣劑為含鈉、鉀的氯化物、氟化物及碳酸鹽等經加工精制而成。
[0048]鑄造:將模具先預熱到360°C，再將扒渣后的鋁液調至730°C，在此溫度下鑄造成鋁合金圓鑄棒，其中，開模時間為230s。
[0049]擠壓:根據(jù)登山鉤的斷面設計，用反擠壓機將加熱好的圓鑄棒從模具中反向擠壓擠出成型。
[0050]熱處理:對擠出成型的鑄件進行熱處理，熱處理包括固溶處理和時效處理，其中固溶處理溫度為440°C，保溫0.5小時后立即進行水冷淬火處理，時效處理溫度為100°C，保溫20小時后自然冷卻得登山鉤。
[0051]將實施例1-3中的登山鉤進行機械性能測試，測試結果如表1所示。
[0052]表1:實施例1-`3中的登山鉤的測試結果
[0053]
^施例實施例1~ 實施例2 實施例3 I普通登山鉤
性能____
極限拉伸力 26.1424.9425.6322.96
(KN/m)
硬度(HB)155133 一 152130
伸長率(％) Π 10 Π 8抗拉強度 560 558 553 520(MPa) ____
[0054]本發(fā)明經固溶及時效處理后的登山鉤的X射線衍射圖如圖1所示。
[0055]從表1及圖1可知，本發(fā)明登山鉤的加工工藝簡單可行，制得的登山鉤具有極高的抗拉強度，極強的抗腐蝕性能和斷裂韌性，登山鉤的表面和邊角不易產生裂紋，使用壽命長。
[0056]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0057]盡管對本發(fā)明已作出了詳細的說明并引證了一些具體實施例，但是對本領域熟練技術人員來說，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。
【權利要求】
1.一種登山鉤，其特征在于，所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:5.3-6.0%, Mg:2.3-2.9%, Cr:0.18-0.22%, Cu:1.2-1.5%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, Ti:0.2%，余量為Al及不可避免的雜質。
2.根據(jù)權利要求1所述的登山鉤，其特征在于，所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:5.7%, Mg:2.6%, Cr:0.20%, Cu:1.3%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, T1:0.2%，余量為Al及不可避免的雜質。
3.根據(jù)權利要求1所述的登山鉤，其特征在于，所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:5.3%, Mg:2.9%, Cr:0.18%, Cu:1.5%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, T1:0.2%，余量為Al及不可避免的雜質。
4.根據(jù)權利要求1所述的登山鉤，其特征在于，所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比為:Zn:6.0%, Mg:2.3%, Cr:0.22%, Cu:1.2%, Mn:0.3%, S1:0.4%, Fe:0.5%, T1:0.2%，余量為Al及不可避免的雜質。
5.一種登山鉤的加工工藝，其特征在于，所述登山鉤的加工工藝包括如下步驟: 51、配料:按權利要求1-4任一權利要求所述登山鉤的各元素成分及其質量百分比配料； 52、熔煉:將配料好的合金加入熔煉爐內熔煉成鋁液，并先后進行除氣精煉，精煉后靜置扒渣； 53、鑄造:將模具先進行預熱，再將扒渣后的鋁液調至澆注所需的溫度鑄造成鋁合金圓鑄棒； 54、擠壓:根據(jù)登山鉤的斷面設計`，用反擠壓機將加熱好的圓鑄棒從模具中反向擠壓擠出成型； 55、熱處理:對擠出成型的鑄件進行熱處理，熱處理包括固溶處理和時效處理，其中固溶處理溫度為440-500°C，保溫0.5-2小時后立即進行水冷淬火處理，時效處理溫度為100-140°C，保溫20-26小時后自然冷卻得登山鉤。
6.根據(jù)權利要求5所述的登山鉤的加工工藝，其特征在于，步驟S2中所述的熔煉溫度為 730-760°C，熔煉時間為 50-80min。
7.根據(jù)權利要求5所述的登山鉤的加工工藝，其特征在于，步驟S2中所述的除氣精煉的溫度為720-750°C，精煉時間為15-25min，所述除氣精煉中氮氣壓力為0.5-0.6MPa，氮氣流量為0.8-1.0m3/h，精煉劑的加入量為鋁液的0.15-0.5%，所述的精煉劑為C2Cl6或ZnCl2。
8.根據(jù)權利要求5所述的登山鉤的加工工藝，其特征在于，步驟S2中所述扒渣處理的清渣劑的加入量為0.2-0.5%，扒渣溫度為720-740°C。
9.根據(jù)權利要求5所述的登山鉤的加工工藝，其特征在于，步驟S3中所述的澆注溫度為700-730°C，模具溫度為330-360°C，開模時間為200_230s。
10.根據(jù)權利要求5所述的登山鉤的加工工藝，其特征在于，步驟S5中所述的固溶處理溫度為460-490°C，保溫0.5-1.5小時后立即進行水冷淬火處理，時效處理溫度為110-130°C，保溫 22-26 小時。
【文檔編號】A63B29/02GK103757506SQ201310701110
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權日:2013年12月18日
【發(fā)明者】錢年豐 申請人:寧波市鄞州天鷹鋁制品有限公司