一種鋁合金材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁合金材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 棒球以及壘球運(yùn)動(dòng)是一種以棒子打球?yàn)橹饕攸c(diǎn)、集體性、對(duì)抗性很強(qiáng)的球類運(yùn) 動(dòng)項(xiàng)目，球棒多采用金屬球棒。隨著體育事業(yè)的發(fā)展，越來越多的人喜歡享受這類運(yùn)動(dòng)帶來 的樂趣。球棒的好壞直接決定著運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，一個(gè)質(zhì)量好的球棒不僅需要一定的硬度和強(qiáng) 度承受劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)球的沖擊，還應(yīng)該具有良好的韌性，降低運(yùn)動(dòng)過程中球?qū)θ梭w的沖擊力， 減少運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)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(zhì)含量對(duì)合金成品的性能有很大影 響。目前，鋁合金材料大量被應(yīng)用于建筑、軍用和工業(yè)領(lǐng)域，民用和軍工企業(yè)生產(chǎn)的鋁合金 材料強(qiáng)度低、硬度低、韌性差，不能滿足現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)鋁合金材料高載荷、輕質(zhì)化、韌性好 的要求?，F(xiàn)有的鋁合金材料制成的球棒往往強(qiáng)度和硬度較低，不能承受劇烈擊球時(shí)球?qū)Π?的沖擊力，另外，現(xiàn)有的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(fù) 原狀，往往會(huì)發(fā)生脆裂，或者給人體造成振動(dòng)沖擊，使人感到不適，降低運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量。
[0004] 因此，如何通過優(yōu)化鋁合金材料生產(chǎn)工藝，得到一種綜合性能好的鋁合金材料，滿 足球棒重量輕、彈性好、擊球遠(yuǎn)的要求是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種鋁合金材料，實(shí)現(xiàn)了鋁合金 材料生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，其綜合性能好，非常適合于制作球棒。
[0006] 本發(fā)明公開了一種鋁合金材料，其組成成分按重量百分比包括：Si:0. 05%，F(xiàn) 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. 12-0. 15%，余量為Al,并按照以下步驟制備得到：
[0007] SI:熔煉，根據(jù)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)行；
[0008] S2 :均勻化，將Sl中得到的鑄錠放置于400-420°C的保溫爐中，并在400-420°C下 保溫2〇-30h，保溫完成后保溫爐冷至300C后，空冷至室溫；
[0009] S3 :固溶，將S2中得到的鑄錠放置于470°C的保溫爐中，并在470°C下保溫2h后， 以30°C/h的速度將溫度從470°C升至480°C，并在480°C保溫30min后，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn) 移到淬火爐中，水冷至室溫，其中從保溫爐中將鑄錠轉(zhuǎn)移至淬火爐中的時(shí)間小于5s;
[0010] S4 :時(shí)效，將S3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(zhuǎn)移至保溫爐中的時(shí)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(zhuǎn)移到淬火爐中水冷至室溫，獲得所述鋁合金材料。
[0011] 優(yōu)選地，其組成成分中，Zn與Mg的摩爾比為（I.1-1.3):1。
[0012] 優(yōu)選地，在步驟S4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(shí)間成正切函數(shù)關(guān)系。
[0013] 優(yōu)選地，在步驟S4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(shí)間成余切函數(shù)關(guān)系。
[0014] 優(yōu)選地，在步驟Sl中，合金熔體凝固過程中，對(duì)合金熔體進(jìn)行振動(dòng)。
[0015] 優(yōu)選地，在步驟Sl中，各原料添加后完全熔化后，均進(jìn)行除渣操作。
[0016] 優(yōu)選地，其組成成分按重量百分比為Si:0.05 %，F(xiàn)e: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。
[0017] 本發(fā)明中，提出的鋁合金材料通過成分優(yōu)化，熱處理工藝改進(jìn)，提升了鋁合金材料 的綜合性能，使之適合制作高質(zhì)量球棒，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具體優(yōu)點(diǎn)如下：
[0018] 1、對(duì)合金成分進(jìn)行了優(yōu)化，提高了合金中鋅元素的含量，并根據(jù)鋅元素含量的變 化，調(diào)整了鎂元素和銅元素的含量值，從而控制了MgZn2相、AlZnMgCu相、A12MgCu相的析出 數(shù)量和比例關(guān)系，同時(shí)，采用鉻元素、鋯元素和鈦元素的復(fù)合添加，起到釘扎晶界、細(xì)化晶粒 的作用，提供了獲得優(yōu)良的綜合性能的基礎(chǔ)；
[0019] 2、對(duì)熔煉和熱處理工藝進(jìn)行了優(yōu)化，通過對(duì)熔煉工藝的優(yōu)化，使得各合金元素實(shí) 現(xiàn)良好的融合，通過對(duì)均勻化處理工藝的優(yōu)化，可以消除鑄錠晶界上的非平衡凝固共晶組 織，通過對(duì)固溶處理工藝的優(yōu)化，可以獲得空位與溶質(zhì)原子的過飽和固溶體，為后續(xù)時(shí)效處 理中強(qiáng)化相析出做好準(zhǔn)備，通過對(duì)時(shí)效處理工藝的優(yōu)化，強(qiáng)化相析出且分布合理，控制晶內(nèi) 晶界處強(qiáng)化相分布形態(tài)，獲得良好的強(qiáng)度與韌性。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)了解，實(shí)施例只用于說明本發(fā)明， 而不是用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，任何在本發(fā)明基礎(chǔ)上所做的修改、等同替換等均在本發(fā)明 的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0021] 本發(fā)明所公開的鋁合金材料，各實(shí)施例中鑄錠的成分配比（重量百分比）檢測(cè)結(jié) 果如表1所示：
[0022]

[0023] 各實(shí)施例制備方式如下：
[0024] 實(shí)施例1
[0025]Sl:熔煉，根據(jù)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(diǎn)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(jìn)行除渣操作，在720°C保溫30min，得到合金熔體，并進(jìn)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(duì)合 金熔體進(jìn)行振動(dòng)，各原料熔化過程在密封空間中進(jìn)行；
[0026]S2:均勻化，將Sl中得到的鑄錠放置于420°C的保溫爐中，并在420°C下保溫28h， 保溫完成后保溫爐冷至300°C后，空冷至室溫；
[0027]S3:固溶，將S2中得到的鑄錠放置于470°C的保溫爐中，并在470°C下保溫2h后， 以30°C/h的速度將溫度從470°C升至480°C，并在480°C保溫30min后，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn) 移到淬火爐中，水冷至室溫，其中從保溫爐中將鑄錠轉(zhuǎn)移至淬火爐中的時(shí)間小于5s;
[0028]S4:時(shí)效，將S3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(zhuǎn)移至保溫爐中的時(shí)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(zhuǎn)移到淬火爐中水冷至室溫，獲得所述鋁合金材料，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(shí)間成正切函數(shù) 關(guān)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(shí) 間成余切函數(shù)關(guān)系。
[0029] 實(shí)施例2
[0030]Sl:熔煉，根據(jù)其組成成分稱取各原料，將鋁錠加入熔煉爐中并加熱至70(TC使之 完全熔化后，按熔點(diǎn)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(jìn)行除渣操作，在680°C保溫2h，得到合金熔體，并進(jìn)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(duì)合金熔 體進(jìn)行振動(dòng)，各原料熔化過程在密封空間中進(jìn)行；
[0031]S2:均勻化，將Sl中得到的鑄錠放置于400°C的保溫爐中，并在400°C下保溫30h， 保溫完成后保溫爐冷至300°C后，空冷至室溫；
[0032]S3:固溶，將S2中得到的鑄錠放置于470°C的保溫爐中，并在470°C下保溫2h后， 以30°C/h的速度將溫度從470°C升至480°C，并在480°C保溫30min后，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn) 移到淬火爐中，水冷至室溫，其中從保溫爐中將鑄錠轉(zhuǎn)移至淬火爐中的時(shí)間小于5s;
[0033]S4:時(shí)效，將S3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(zhuǎn)移至保溫爐中的時(shí)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18h，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn)移到淬火爐中水冷至室溫，獲得所述鋁合金材料，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(shí)間成正切函數(shù) 關(guān)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(shí) 間成余切函數(shù)關(guān)系。
[0034] 實(shí)施例3
[0035]Sl:熔煉，根據(jù)其組成成分稱取各原料，將鋁錠加入熔煉爐中并加熱至720°C使之 完全熔化后，按熔點(diǎn)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(jìn)行除渣操作，在700°C保溫lh，得到合金熔體，并進(jìn)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(duì)合金熔 體進(jìn)行振動(dòng)，各原料熔化過程在密封空間中進(jìn)行；
[0036]S2:均勻化，將Sl中得到的鑄錠放置于420°C的保溫爐中，并在420°C下保溫22h， 保溫完成后保溫爐冷至300°C后，空冷至室溫；
[0037]S3:固溶，將S2中得到的鑄錠放置于470°C的保溫爐中，并在470°C下保溫2h后， 以30°C/h的速度將溫度從470°C升至480°C，并在480°C保溫30min后，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn) 移到淬火爐中，水冷至室溫，其中從保溫爐中將鑄錠轉(zhuǎn)移至淬火爐中的時(shí)間小于5s;
[0038]S4:時(shí)效，將S3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(zhuǎn)移至保溫爐中的時(shí)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18h，將鑄錠從保溫爐轉(zhuǎn)移到淬火爐中水冷至室溫，獲得所述鋁合金材料，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(shí)間成正切函數(shù) 關(guān)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(shí) 間成余