一种电导率均匀度高的铝合金及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种电导率均匀度高的铝合金及其制备方法和应用 (Aluminum alloy with high conductivity uniformity and preparation method and application thereof ) 是由 崔国昌 田尧 李旭 宋微 张云海 张明哲 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及铝合金技术领域,具体涉及一种电导率均匀度高的铝合金及其制备方法和应用,所述铝合金的成分为：Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ni、Ti、Sn、Sb、Pb、Bi、Ga、V、Zr、C、B、单个杂质≤0.05wt％、合金杂质≤0.12wt％,余量为Al；所述制备方法包括铸造、均质、挤压、冷变形、淬火、拉伸、稳定化处理,所述铝合金可用于制备传感器壳体。采用本发明制备方法生产的铝合金具有高强、电导率值范围窄、加工成型性好、尺寸一致性好、尺寸精度高等优点,高速多刀具同时加工后无残余变形应力,钻孔铝屑碎断均匀、车削螺旋状铝屑不缠绕,作为传感器壳体使用,可有效保证勘探数据传输的准确性。(The invention relates to the technical field of aluminum alloy, in particular to an aluminum alloy with high conductivity uniformity and a preparation method and application thereof, wherein the aluminum alloy comprises the following components: si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Zn, Ni, Ti, Sn, Sb, Pb, Bi, Ga, V, Zr, C, B, less than or equal to 0.05 wt% of single impurity, less than or equal to 0.12 wt% of alloy impurity and the balance of Al; the preparation method comprises the steps of casting, homogenizing, extruding, cold deformation, quenching, stretching and stabilizing, and the aluminum alloy can be used for preparing the sensor shell. The aluminum alloy produced by the preparation method has the advantages of high strength, narrow conductivity value range, good processing formability, good size consistency, high size precision and the like, the high-speed multi-cutter simultaneously processed aluminum alloy has no residual deformation stress, the drilled aluminum chips are broken uniformly, and the turned spiral aluminum chips are not wound and are used as a sensor shell, so that the accuracy of exploration data transmission can be effectively ensured.)
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种电导率均匀度高的铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
铝蕴藏量丰富，并具有密度小、质量轻、耐腐蚀、无低温脆性、导电导热性好、易于加工、冶炼简单等优良的特性，因此铝被广泛应用。合金化强化及热处理强化使进一步扩大了铝合金的应用领域，添加各种元素可以改变铝合金的状态及使用方向，使铝合金在航空航天、轨道交通、船舶、汽车轻量化、机械制造、精密零部件等领域成为关键结构件及承力件。
传送勘探数据的传感器的壳体结构亦可以使用铝合金制造，但现有铝合金生产工艺不能很好地控制铝合金的电导率均匀度，因此使用铝合金壳体的传感器难以保证勘探数据传输的准确性。
基于此，有必要提供一种电导率均匀度高的铝合金及其制备方法和应用。
发明内容
针对现有铝合金生产工艺无法很好的控制铝合金的电导率均匀度的技术问题，本发明提供一种电导率均匀度高的铝合金及其制备方法和应用，采用本发明制备方法生产的铝合金具有高强、电导率值范围窄、加工成型性好、尺寸一致性好、尺寸精度高等优点，高速多刀具同时加工后无残余变形应力，钻孔铝屑碎断均匀、车削螺旋状铝屑不缠绕，作为传感器壳体使用，可有效保证勘探数据传输的准确性。
第一方面，本发明提供一种电导率均匀度高的铝合金的制备方法，所述电导率均匀度高的铝合金的成分及含量为：
Si：0.1-0.6wt％、Fe：0.1-0.6wt％、Cu：3.0-5.5wt％、Mn：0.1-1.0wt％、Mg：1.0-2.2wt％、Cr≤0.1wt％、Zn≤0.3wt％、Ni≤0.1wt％、Ti≤0.2wt％、Sn≤0.2wt％、Sb≤0.2wt％、Pb≤0.2wt％、Bi≤0.2wt％、Ga≤0.05wt％、V≤0.05wt％、Zr≤0.1wt％、C：0.001-0.005wt％、B≤0.05wt％、单个杂质≤0.05wt％、合金杂质≤0.12wt％，余量为Al；
所述制备方法包括如下步骤：
(1)铸造：选择1120纯度铝锭和相当于1120纯度的铝水熔炼，控制熔炼铝液温度在750℃-1000℃，在铝液温度达到800℃以上时，加入硅、铁、铜、锰、镁、铬、锡、锑、铋、锆元素继续升温熔化，同时开启电磁搅拌装置，直至添加元素全部熔化后，加入2A12和/或2024冷料熔化降温，在680-750℃精炼、扒渣、静置，在680-712℃铸锭铸造；
(2)均质：均质炉温度控制在450-500℃，在铸锭过烧温度以下、过热的临界温度点均质，使晶界的结合力减弱，保温6-12小时，达到保温时间后强风加水雾冷却至室温；
(3)挤压：首先在箱式加热炉中300-350℃加热铸锭，在线热扒皮，然后在感应炉中490±10℃快速加热铸锭，到温后铸锭出感应炉，在强风高速风下速冷，待铸锭表皮温度达到445±10℃，迅速装入挤压筒，挤压筒温度420-450℃，利用挤压筒温度对铸锭升温或保温，然后快速挤压，挤压速度5±0.3米/分，穿水冷却，保证挤压产品冷却速度，防止晶粒长大；
(4)冷变形：张力拉伸，拉伸率0.5％-1.0％，打头，淬火前一次过模拉伸，拉伸率在4.5％-8.0％，使产品内部组织更加细小均匀，此合金易出现外层粗晶环，过模拉伸能使表层粗晶破碎，晶粒更加细小；
(5)淬火：依次进行立式淬火炉加热、水冷淬火；
(6)拉伸：淬火后立即进行二次过模冷拉伸，拉伸率7％-10.9％，矫直；
(7)稳定化处理：将铝合金于150-170℃下保温18-24小时，保证电导率均匀性高，散差小。
进一步的，所述电导率均匀度高的铝合金的成分及含量为：
Si：0.38-0.5wt％、Fe：0.2-0.4wt％、Cu：4.5-5.5wt％、Mn：0.5-0.9wt％、Mg：1.5-2.0wt％、Cr：0.03-0.09wt％、Zn：0.15-0.25wt％、Ni≤0.1wt％、Ti：0.05-0.15wt％、Sn：0.005-0.015wt％、Sb≤0.2wt％、Pb≤0.2wt％、Bi≤0.2wt％、Ga：0.007-0.03wt％、V≤0.05wt％、Zr：0.015-0.03wt％、C：0.001-0.005wt％、B≤0.05wt％、单个杂质≤0.05wt％、合金杂质≤0.12wt％，余量为Al。
进一步的，步骤(1)扒渣后炉前取样，取样点为五点成分分析，成分合格后静置并进行铸锭铸造。
进一步的，步骤(2)采用差值快速升温的均质升温方式，首先仪表定温505-515℃，持续快速加热，当仪表温度达到450-500℃时，调整仪表定温为450-500℃，然后开始保温。
进一步的，步骤(5)立式淬火炉加热温度为490-500℃，保温1-3小时；水冷淬火，水温为室温。
进一步的，步骤(6)使用十六辊精密矫直机矫直，矫直后全长4米产品直线度为0.3mm。
进一步的，所述制备方法还包括对稳定化处理后的铝合金进行检测，所述检测可以为力学性能、电学性能、表面粗糙度、尺寸精度、椭圆度、铝屑碎断、破坏性开口应力释放后变形尺寸检测等。
第二方面，本发明提供一种采用上述制备方法生产的铝合金。
第三方面，本发明提供一种采用上述方法生产的铝合金在制备传感器壳体上的应用。
本发明的有益效果在于：
本发明根据使用要求设计铝锭、铝水、添加元素、冷料，使得本发明的铸造组织更加均匀，铸锭晶粒更加细小，从而使挤压产品组织均匀，保证加工产品的尺寸稳定性、一致性以及电导率一致性。
通过适当添加合金元素，控制各元素添加比例，消除元素不利影响，通过元素之间的相互作用和协调，使本合金具有高强、易于加工、表面光亮、无残余应力导致的加工后变形、成型性好、电导率一致性高；主要选择主族元素中外层电子较多及过渡族元素，使原子间的结合力相对减弱，金属间的结合力主要以离子键为主，从而使加工产品原子具有金属原子与金属原子、金属原子与非金属原子间结合力，相对减弱晶粒间的结合力，进而得到车削时螺旋状铝屑不易缠绕、较长螺旋状铝屑弧状变形后可在没有相互缠绕前碎断的性能；选择熔点低金属，通过精确计算、试验各元素添加量，使加工产品易于切削，加工产品内外表面光洁度高，钻孔时易断屑且铝屑碎断均匀。
添加硅、铁：硅和铁是本合金的杂质元素，较高比例的硅元素难溶于固溶体中，以初晶硅的形式分布于基体中，增加合金的耐磨性，同时提高加工性能，适量铁可以细化铸造组织晶粒，硅和铁同时存在于基体中时，具有强化作用，提高熔炼温度，增加硅和铁的固溶度；同时减少单独加入硅、铁的不利影响，当硅和铁的比例适当时，减少铸造裂纹倾向性，提高热成型性、整个过程开启电磁搅拌装置，提高溶体均匀性。
加入铜、镁：本合金是以二系为基的合金，主要元素为铜、镁，可以提高产品的强度、硬度、加工性能；
加入铅、锡、锑、铋：提高加工性能，同时元素熔点低，加工产生的热能使低熔点元素金属键断裂，从而产生具有易断屑的效果，使加工易断屑、使多刀具同时加工时铝屑碎断均匀；
加入过渡族元素锆、钒，提高铸锭及产品的再结晶温度，控制晶粒长大，细化晶粒，通过两次冷拉拔的共同作用使晶粒更加细小，硬度高，从而使产品表面粗糙度高、光泽、美观；
添加锰：可以提高再结晶温度，防止晶粒长大带来的强度、硬度的降低，及使用AlTiC细化剂而不是常规使用的AlTiB，改善铸锭铸造组织，细化铸锭晶粒并可以改变导电性能，使导电性更加均匀。
通过冷变形，改变组织结构，提高产品强度、硬度；通过稳定化处理，使电导率稳定在很窄(0.2MS/m)范围内，保证勘探数据传输的精确性；消除产品内部残余应力，使薄壳体破坏性试验尺寸保持加工尺寸不变。
通过以上制备方法可以使生产的产品抗拉强度≥480MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率≥8％，硬度140HB，电导率≥28.7-28.9MS/m，完全满足标准要求并高于标准。加工后壁厚0.75±0.01mm，加工后切断前椭圆±0.001mm，加工切断后椭圆度0.002-0.003mm，表面粗糙度9级，重量0.263±0.0012g。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是测试例2的铝合金传感器壳体无开口时的照片。
图2是测试例2的铝合金传感器壳体开口后的照片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种电导率均匀度高的铝合金，成分及含量为：
Si：0.4189wt％、Fe：0.2588wt％、Cu：4.6711wt％、Mn：0.7218wt％、Mg：1.6551wt％、Cr：0.0511wt％、Zn：0.1536wt％、Ni：0.0121wt％、Ti：0.05112wt％、Sn：0.0052wt％、Sb：0.03576wt％、Pb：0.01184wt％、Bi：0.0009wt％、Ga：0.00985wt％、V：0.01389wt％、Zr：0.00247wt％、C：0.0011wt％、B：0.00219wt％、单个杂质≤0.05wt％、合金杂质≤0.12wt％，余量为Al；
制备方法包括如下步骤：
(1)铸造：选择1120纯度铝锭和相当于1120纯度的铝水熔炼，控制熔炼铝液温度在750℃-900℃，在铝液温度达到800℃以上时，加入硅、铁、铜、锰、镁、铬、锡、锑、铋、锆元素继续升温熔化，同时开启电磁搅拌装置，直至添加元素全部熔化后，加入2A12冷料熔化降温，在680-750℃精炼、扒渣、炉前取样，取样点为五点成分分析，成分合格，静置20分钟，在690-712℃铸锭铸造；
(2)均质：均质炉温度控制在460±5℃，均质升温方式采用差值快速升温，首先仪表定温505℃，持续快速加热，当仪表温度达到460℃时，调整仪表定温为460℃，然后保温8小时，达到保温时间后强风加水雾冷却至室温；
(3)挤压：首先在箱式加热炉中300-350℃低温加热铸锭，在线热扒皮，然后在感应炉中490±10℃快速高温加热铸锭，到温后铸锭出感应炉，在强风高速风下速冷，待铸锭表皮温度达到445±10℃，迅速装入挤压筒，挤压筒温度420-450℃，利用挤压筒温度对铸锭升温或保温，然后快速挤压，挤压速度5±0.3米/分，穿水冷却；
(4)冷变形：张力拉伸，拉伸率0.6％，打头，淬火前一次过模拉伸，拉伸率在4.9％；
(5)淬火：依次进行立式淬火炉加热、水冷淬火，立式淬火炉加热温度为500℃，保温1小时，水冷淬火，水温为室温；
(6)拉伸：淬火后立即进行二次过模冷拉伸，拉伸率7.7％，十六辊精密矫直机矫直，矫直后全长4米产品直线度为0.3mm；
(7)稳定化处理：将铝合金于140±5℃下保温24小时。
实施例2
一种电导率均匀度高的铝合金，成分及含量为：
Si：0.4356wt％、Fe：0.3156wt％、Cu：4.7112wt％、Mn：0.7655wt％、Mg：1.732wt％、Cr：0.0651wt％、Zn：0.1754wt％、Ni：0.01313wt％、Ti：0.07512wt％、Sn：0.0072wt％、Sb：0.03482wt％、Pb：0.01192wt％、Bi：0.00092wt％、Ga：0.0095wt％、V：0.01375wt％、Zr：0.00241wt％、C：0.0031wt％、B：0.00195wt％、单个杂质≤0.05wt％、合金杂质≤0.12wt％，余量为Al；
制备方法包括如下步骤：
(1)铸造：选择1120纯度铝锭和相当于1120纯度的铝水熔炼，控制熔炼铝液温度在830-950℃，在铝液温度达到830℃以上时，加入硅、铁、铜、锰、镁、铬、锡、锑、铋、锆元素继续升温熔化，同时开启电磁搅拌装置，直至添加元素全部熔化后，加入2024合金冷料熔化降温，在690-750℃精炼、扒渣、炉前取样，取样点为五点成分分析，成分合格，静置20分钟，在688-712℃铸锭铸造；
(2)均质：均质炉温度控制在480℃±5℃，均质升温方式采用差值快速升温，首先仪表定温515℃，持续快速加热，当仪表温度达到480℃时，调整仪表定温为480℃，然后保温10小时，达到保温时间后强风加水雾冷却至室温；
(3)挤压：首先在箱式加热炉中300-350℃低温加热铸锭，在线热扒皮，然后在感应炉中490±10℃快速高温加热铸锭，到温后铸锭出感应炉，在强风高速风下速冷，待铸锭表皮温度达到445±10℃，迅速装入挤压筒，挤压筒温度420-450℃，利用挤压筒温度对铸锭升温或保温，然后快速挤压，挤压速度5±0.3米/分，穿水冷却；
(4)冷变形：张力拉伸，拉伸率0.8％，打头，淬火前一次过模拉伸，拉伸率在5.5％；
(5)淬火：依次进行立式淬火炉加热、水冷淬火，立式淬火炉加热温度为495℃，保温2小时，水冷淬火，水温为室温；
(6)拉伸：淬火后立即进行二次过模冷拉伸，拉伸率8.9％，十六辊精密矫直机矫直，矫直后全长4米产品直线度为0.3mm；
(7)稳定化处理：将铝合金于150±5℃下保温22小时。
实施例3
一种电导率均匀度高的铝合金，成分及含量为：
Si：0.4611wt％、Fe：0.356wt％、Cu：4.871wt％、Mn：0.8421wt％、Mg：1.7881wt％、Cr：0.0811wt％、Zn：0.2001wt％、Ni：0.0121wt％、Ti：0.152wt％、Sn：0.00932wt％、Sb：0.03532wt％、Pb：0.01182wt％、Bi：0.0009wt％、Ga：0.00983wt％、V：0.01382wt％、Zr：0.0241wt％、C：0.0015wt％、B：0.00208wt％、单个杂质≤0.05wt％、合金杂质≤0.12wt％，余量为Al；
制备方法包括如下步骤：
(1)铸造：选择1120纯度铝锭和相当于1120纯度的铝水熔炼，控制熔炼铝液温度在800-950℃，在铝液温度达到850℃以上时，加入硅、铁、铜、锰、镁、铬、锡、锑、铋、锆元素继续升温熔化，同时开启电磁搅拌装置，直至添加元素全部熔化后，加入2024合金冷料熔化降温，在700-750℃精炼、扒渣、炉前取样，取样点为五点成分分析，成分合格，静置20分钟，在694-712℃铸锭铸造；
(2)均质：均质炉温度控制在500℃±3℃，均质升温方式采用差值快速升温，首先仪表定温515℃，持续快速加热，当仪表温度达到500℃时，调整仪表定温为500℃，然后保温12小时，达到保温时间后强风加水雾冷却至室温；
(3)挤压：首先在箱式加热炉中300-350℃低温加热铸锭，在线热扒皮，然后在感应炉中490±10℃快速高温加热铸锭，到温后铸锭出感应炉，在强风高速风下速冷，待铸锭表皮温度达到445±10℃，迅速装入挤压筒，挤压筒温度420-450℃，利用挤压筒温度对铸锭升温或保温，然后快速挤压，挤压速度5±0.3米/分，穿水冷却；
(4)冷变形：张力拉伸，拉伸率0.9％，打头，淬火前一次过模拉伸，拉伸率在7.8％；
(5)淬火：依次进行立式淬火炉加热、水冷淬火，立式淬火炉加热温度为490℃，保温3小时，水冷淬火，水温为室温；
(6)拉伸：淬火后立即进行二次过模冷拉伸，拉伸率9.5％，十六辊精密矫直机矫直，矫直后全长4米产品直线度为0.3mm；
(7)稳定化处理：将铝合金于155±5℃下保温18小时。
测试例1
对实施例1-3生产的铝合金进行力学性能、硬度、电导率、表面粗糙度、尺寸精度、椭圆度、铝屑碎断检测，所有试验均按照美标挤压产品加工数据检测，结果如下表1、表2所示。
表1 力学性能及电学性能测试结果
表2 表面粗糙度、尺寸精度及加工性检测结果
检测项目
表面粗糙度
尺寸精度
椭圆度
碎屑加工性
长屑加工性
标准要求
≥9级
±0.002mm
±0.002mm
均匀碎屑
不缠绕
测试结果
≥9级
±0.001mm
±0.001mm
均匀碎屑
均匀碎屑
测试例2
使用实施例1铝合金加工传感器壳体，并进行破坏性开口应力释放后变形尺寸检测，标准要求变形尺寸≤0.003mm，本发明的传感器壳体无开口尺寸为23.973mm，开口后尺寸为23.975mm，变形尺寸为0.002mm，符合标准要求。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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