铝合金、臂头及其制造方法、臂架、布料杆和混凝土泵车与流程

1.本技术涉及混凝土泵车技术领域，特别涉及一种铝合金、臂头及其制造方法、臂架、布料杆和混凝土泵车。


背景技术：

2.在混凝土泵车工作过程中，输送管会受到混凝土的高压和高速冲击，并将力传递到支撑输送管的布料杆的臂架上，因此，混凝土泵车的臂架，尤其是臂架的臂头，通常需要有具有较好的力学性能。
3.然而，相关技术中混凝土泵车臂架臂头的力学性能，仍有待提升。


技术实现要素：

4.本技术所要解决的一个技术问题是：提升混凝土泵车的臂架的臂头的力学性能。
5.为了解决上述技术问题，本技术第一方面提供一种铝合金，其由以下质量百分比的化学成分组成：cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％。
6.在一些实施例中，铝合金被构造为以下至少之一：
7.铝合金中cu元素的质量百分比为4.7％～5.5％；
8.铝合金中mg元素的质量百分比为0.46％～0.9％；
9.铝合金中mn元素的质量百分比为0.78％～1.5％；
10.铝合金中ti元素的质量百分比为0.35％～0.5％；
11.铝合金中sc元素的质量百分比为0.14％～0.3％；
12.铝合金中zr元素的质量百分比为0.16％～0.3％；
13.铝合金中b元素的质量百分比为0.07％～0.1％。
14.在一些实施例中，铝合金被构造为以下至少之一：
15.铝合金中cu元素的质量百分比为4.7％～5.2％；
16.铝合金中mg元素的质量百分比为0.46％～0.7％；
17.铝合金中mn元素的质量百分比为0.78％～1.2％；
18.铝合金中ti元素的质量百分比为0.35％～0.4％；
19.铝合金中sc元素的质量百分比为0.14％～0.2％；
20.铝合金中b元素的质量百分比为0.07％～0.08％。
21.本技术第二方面提供一种混凝土泵车的布料杆的臂架的臂头，相应臂头由任一实施例的铝合金制备而成。
22.在一些实施例中，臂头采用铸造工艺制造而成。
23.在一些实施例中，臂头采用低压铸造工艺制造而成。
24.在一些实施例中，臂头内壁上设有加强筋。
25.在一些实施例中，臂头内壁上设有至少两个加强筋，至少两个加强筋交叉布置。
26.在一些实施例中，臂头内壁上设有多个加强筋，多个加强筋交叉布置呈网状。
27.本技术第三方面提供一种任一实施例的臂头的制造方法，其包括：
28.制备得到由以下质量百分比的化学成分组成的铝合金：cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％；
29.基于制备得到的铝合金，制备臂头。
30.在一些实施例中，制备得到由以下质量百分比的化学成分组成的铝合金：cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％包括：
31.将质量百分比为58％～78％的纯铝、9％～11％的al-50cu中间合金、1.5％～4.5％的al-20mg中间合金、2.5％～7.5％的al-20mn中间合金、1％～3％的al-10sc中间合金和2％～6％的al-5zr中间合金加热至熔融状态，得到熔融体；
32.向所得到的熔融体中加入质量百分比为6％～10％的al-5ti-b细化剂；
33.基于加入al-5ti-b细化剂后的熔融体，得到铝合金。
34.在一些实施例中，在将质量百分比为58％～78％的纯铝、9％～11％的al-50cu中间合金、1.5％～4.5％的al-20mg中间合金、2.5％～7.5％的al-20mn中间合金、1％～3％的al-10sc中间合金和2％～6％的al-5zr中间合金加热至熔融状态，得到熔融体的过程中，使熔融体的温度为750℃～780℃。
35.在一些实施例中，基于制备得到的铝合金，制备臂头包括：
36.基于制备得到的铝合金，采用铸造工艺制备臂头铸件；
37.基于制备得到的臂头铸件，制造臂头。
38.在一些实施例中，采用铸造工艺制备臂头铸件包括：
39.采用低压铸造工艺制备臂头铸件。
40.在一些实施例中，在采用低压铸造工艺制备臂头铸件的过程中，使铝合金熔融体的温度为700℃～720℃；和/或，在采用低压铸造工艺制备臂头铸件的过程中，压力范围为40kpa～70kpa，保压时间为400s～600s。
41.在一些实施例中，基于制备得到的臂头铸件，制造臂头包括：
42.对制备得到的臂头铸件进行热处理；
43.基于经过热处理的臂头铸件，得到臂头。
44.在一些实施例中，对制备得到的臂头铸件进行热处理包括：
45.对臂头铸件进行固溶和时效处理。
46.在一些实施例中，在对臂头铸件进行固溶处理的过程中，固溶温度范围为510℃～520℃，固溶时间为1h～3h；和/或，在对臂头铸件进行时效处理的过程中，时效温度范围为165℃～185℃，时效时间为8h～16h。
47.在一些实施例中，在对臂头铸件进行固溶处理后，以及对臂头铸件进行时效处理之前，还对臂头铸件进行淬火，淬火时间为10s～30s。
48.本技术第四方面提供一种混凝土泵车的布料杆的臂架，其包括任一实施例的臂
头。
49.本技术第五方面提供一种混凝土泵车的布料杆，其包括任一实施例的臂架。
50.本技术第六方面提供一种混凝土泵车，其包括任一实施例的布料杆。
51.通过加入合适比例的强化相元素(cu、mg和mn)、稀土元素(sc和zr)以及ti元素和b元素，对铝合金材料的成分进行优化，可以有效提升铝合金材料的强度和韧性，因此，采用相应铝合金材料制造混凝土泵车的臂架的臂头，可有效提升臂头的力学性能。
52.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例进行详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
53.为了更清楚地说明本技术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，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
54.图1为本技术实施例中臂头的结构示意图。
55.图2为图1所示臂头的剖视图。
56.图3为本技术实施例中臂头的制造方法的流程示意图。
57.图4为本技术一个实施例中臂头的微观组织图片。
58.图5为本技术另一实施例中臂头的微观组织图片。
59.图6为本技术又一实施例中臂头的微观组织图片。
60.附图标记说明：
61.10、臂头；
62.1、第一连接部；11、第一连接段；12、第二连接段；13、连接孔；14、凸台；15、安装孔；16、侧边边缘；
63.2、第二连接部；21、装配孔；
64.3、台阶；
65.4、加强筋。
具体实施方式
66.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
67.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
68.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示
和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
69.在本技术的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
70.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
71.混凝土泵车是一种用于输送和浇筑混凝土的专用机械，其主要通过设置在布料杆上的输送管，将混凝土送至目标位置。布料杆通常包括多节依次连接的臂架，每节臂架均包括臂头、臂体和臂尾。每节臂架的臂头、臂体和臂尾依次连接，且每节臂架的臂头与上一节臂架的臂尾连接。其中，臂架主要起到支撑输送管的作用，而臂架上受载最大的部位一般都在臂头上。在混凝土泵车工作时，由于输送管会受到混凝土的高压和高速冲击，并将力传递到臂架上，因此，通常要求臂架，尤其是臂头部位，具有较好的力学性能，例如较高的强韧性和抗冲击性能。
72.相关技术中，混凝土泵车的臂架通常由钢板拼焊而成，且为了提高臂头的力学性能，臂头部位所使用的钢板通常比其他部位厚度厚一些，这种情况下，臂头虽然具有高于其他部位的强度，但其强韧性和抗冲击性能仍然存在不足，尤其，由于存在焊缝，因此，容易因冲击载荷而产生裂纹，发生断裂，而且，这种情况下，臂架整体自重较大，会制约混凝土泵车的工作范围和工作高度，影响混凝土泵车的整体性能。
73.针对上述情况，相关技术中也提出了一些改进方案，例如，一些相关技术中，改用铝合金材料，并改用挤压成型工艺，制造臂架，以减轻重量，避免焊缝，提高强度。然而，这些相关技术中的改进方案，仍然存在以下一些问题：
74.(1)采用相关技术中的铝合金材料制造得到的臂架，力学性能虽有改善，但仍存在提升空间；
75.(2)采用挤压工艺制造臂架，需要挤压模具，造价较高，会导致臂架总体制造成本增加，而且，采用挤压工艺，臂架截面只能保持一致，且臂架各部位板厚只能保持一致，这样就导致臂头与臂架的其他部位板厚一致，无法有效适应臂头受载较大的特点。
76.鉴于上述情况，本技术提供一种铝合金、臂头及其制造方法、臂架、布料杆和混凝土泵车，以提升混凝土泵车的臂头的力学性能，进而提升混凝土泵车及其布料杆和臂架的力学性能。
77.为了提升混凝土泵车臂头的力学性能，本技术第一方面提供一种铝合金，其由以下质量百分比的化学成分组成：cu(铜):4.5％～5.5％，mg(镁):0.3％～0.9％，mn(锰):0.5％～1.5％，ti(钛):0.3％～0.5％，sc(钪):0.1％～0.3％，zr(锆):0.1％～0.3％，b(硼):0.06％～0.1％，余量为al(铝)和不可避免杂质，其中fe(铁)≤0.3％，si(硅)≤0.1％。
78.上述方案，通过加入合适比例的强化相元素(cu、mg和mn)、稀土元素(sc和zr)以及ti元素和b元素，对铝合金材料的成分进行优化，可以有效提升铝合金材料的强度和韧性，使得铝合金材料具有更高的强度和韧性，因此，采用相应铝合金材料制造混凝土泵车的臂架的臂头，可有效增强臂头的强度和强韧性，实现对臂头力学性能的有效提升，使得臂头能
够更好地满足混凝土泵车工作时高负载、大冲击的工况。
79.其中，所加入的强化相元素cu、mg和mn，可以与铝合金形成强化相，增加铝合金材料的强度，而所加入的ti、sc、zr和b元素，可以有效细化合金晶粒，增加铝合金材料的强韧性，因此，上述方案中的铝合金材料，强度较高，强韧性较好，基于其制造混凝土泵车臂架的臂头，可有效增强臂头的强度和强韧性，提升臂头的力学性能。
80.而且，所加入的sc元素，还能够有效提高铝合金材料的焊接性能，这就使得，由相应铝合金材料制成的臂头，可以具有较好的焊接性能，方便臂头与臂体等其他部件采用焊接方式实现牢固连接。
81.另外，上述成分经过优化的铝合金材料，还具有优异的铸造性能，这使得，在利用上述铝合金材料制造臂头时，特别适用于采用铸造工艺。而采用铸造工艺制造臂头，好处在于，一方面，臂头一体成型，自身内部组成部分之间无焊缝，可有效降低焊缝裂开，发生断裂的风险，提升臂头的结构可靠性；另一方面，铸造工艺可以通过3d打印制备型芯，随时改变整体结构，加工出任意复杂形状，因此，可有效节约挤压所需的高昂模具费用，降低成本，并有效丰富臂头的结构多样性，得到更加符合实际需求的臂头结构，尤其，便于得到壁厚比臂体和臂尾后的臂头结构；再一方面，与挤压、五轴加工和锻造等其他工艺相比，铸造工艺能耗低，加工效率高，有利于实现更加高效节能的臂头生产过程。
82.同时，上述铝合金材料，与钢材相比，重量较轻，因此，采用相应铝合金材料制造臂头，有利于减轻臂头和臂架的重量，使得混凝土泵车具有较大的工作范围和工作高度。
83.可见，所提供的铝合金材料，是一种轻质，并且强度、强韧性、焊接性能和铸造性能优异的合金材料，采用其制造臂头，不仅有利于实现臂头、臂架、布料杆和混凝土泵车结构的轻量化，而且，还有利于提升臂头、臂架和布料杆的综合力学性能，使得臂头、臂架和布料杆具有高强度和优异的韧性，有效提升混凝土泵车的性能。
84.如前所述，在所提供的铝合金材料中，cu元素的质量百分比为4.5％～5.5％，相应比例的cu元素，能够起到较好的强化作用，增加相应铝合金材料的强度。作为示例，一些实施例中，cu元素的质量百分比为4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％、5.0％、5.1％、5.2％、5.3％、5.4％或5.5％。例如，在一些实施例中，cu元素的质量百分比为4.7％～5.5％，具体地，为4.7％～5.2％，这样，cu元素能够更好地起到强化作用，更有效地提高铝合金材料以及由铝合金材料制成的臂头的强度。
85.另外，如前所述，在所提供的铝合金材料中，mg元素的质量百分比为0.3％～0.9％，相应比例的mg元素，能够起到较好的强化作用，增加相应铝合金材料的强度。作为示例，一些实施例中，mg元素的质量百分比为0.3％、0.35％、0.4％、0.46％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％或0.9％。例如，在一些实施例中，mg元素的质量百分比为0.46％～0.9％，具体地，为0.46％～0.7％，这样，mg元素能够更好地起到强化作用，更有效地提高铝合金材料以及由铝合金材料制成的臂头的强度。
86.此外，如前所述，在所提供的铝合金材料中，mn元素的质量百分比为0.5％～1.5％，相应比例的mn元素，能够起到较好的强化作用，增加相应铝合金材料的强度。作为示例，一些实施例中，mn元素的质量百分比为0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.78％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1.0％、1.2％或1.5％。例如，在一些实施例中，mn元素的质量百分比为0.78％～1.5％，具体地，为0.78％～1.2％，这样，mn元素能够更好地起
到强化作用，更有效地提高铝合金材料以及由铝合金材料制成的臂头的强度。
87.另外，如前所述，在所提供的铝合金材料中，ti元素的质量百分比为0.3％～0.5％，相应比例的ti元素，能够有效地细化晶粒，增加相应铝合金材料的强韧性。作为示例，一些实施例中，ti元素的质量百分比为0.3％、0.33％、0.35％、0.38％、0.4％、0.43％、0.45％、0.48％或0.5％。例如，在一些实施例中，ti元素的质量百分比为0.35％～0.5％，具体地，为0.35％～0.4％，这样，ti元素能够更好地细化晶粒，更有效地提高铝合金材料以及由铝合金材料制成的臂头的强韧性。
88.此外，如前所述，在所提供的铝合金材料中，sc元素的质量百分比为0.1％～0.3％，相应比例的sc元素，能够有效地细化晶粒，增加相应铝合金材料的强韧性。作为示例，一些实施例中，sc元素的质量百分比为0.1％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％、0.2％、0.22％、0.24％、0.26％、0.28％或0.3％。例如，在一些实施例中，sc元素的质量百分比为0.14％～0.3％，具体地，为0.14％～0.2％，这样，sc元素能够更好地细化晶粒，更有效地提高铝合金材料以及由铝合金材料制成的臂头的强韧性。
89.另外，如前所述，在所提供的铝合金材料中，zr元素的质量百分比为0.1％～0.3％，相应比例的zr元素，能够有效地细化晶粒，增加相应铝合金材料的强韧性。作为示例，一些实施例中，zr元素的质量百分比为0.1％、0.13％、0.16％、0.18％、0.2％、0.23％、0.26％、0.28％或0.3％。例如，在一些实施例中，zr元素的质量百分比为0.16％～0.3％，这样，zr元素能够更好地细化晶粒，更有效地提高铝合金材料以及由铝合金材料制成的臂头的强韧性。
90.此外，如前所述，在所提供的铝合金材料中，b元素的质量百分比为0.06％～0.1％，相应比例的b元素，能够有效地细化晶粒，增加相应铝合金材料的强韧性。作为示例，一些实施例中，b元素的质量百分比为0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％。例如，在一些实施例中，b元素的质量百分比为0.07％～0.1％，具体地，为0.07％～0.08％，这样，b元素能够更好地细化晶粒，更有效地提高铝合金材料以及由铝合金材料制成的臂头的强韧性。
91.基于前述各实施例的铝合金材料，本技术还提供一种臂头10，相应臂头10由前述任一实施例的铝合金制备而成。这样，臂头10重量轻，综合力学性能良好，具有高强度和高韧性，能够有效满足混凝土泵车高负载大冲击工况的工作要求。
92.并且，在一些实施例中，臂头10采用铸造工艺制造而成，例如，在一些实施例中，臂头10采用低压铸造工艺制造而成。这样，可以充分发挥所提供铝合金材料优秀的铸造性能，以较低的成本，较少的能耗和较高的效率，得到一体成型的臂头10，使得臂头10自身内部无焊缝，有效避免因臂头内部焊缝所导致的断裂等失效问题。而且，采用低压铸造工艺等铸造工艺制造臂头10，还方便制造形状多样、结构复杂的臂头10。
93.图1-图2示例性地示出了臂头10的结构。
94.参见图1和图2，在一些实施例中，臂头10包括第一连接部1和第二连接部2，第一连接部1用于与上一节臂架的臂尾连接，第二连接部2连接于第一连接部1的远离上一节臂架臂尾的一端，用于与臂体连接。
95.为了实现第一连接部1与上一节臂架臂尾之间的连接，参见图1和图2，在一些实施例中，第一连接部1上设有连接孔13，第一连接部1通过连接孔13与上一节臂的臂尾连接。此
时，臂头10上设有连接孔13，且臂头10通过连接孔13与上一节臂的臂尾连接。其中，连接孔13的数量可以为1个、两个或多个。并且，一些实施例中，连接孔13为铰接孔，铰接轴等铰接件穿过连接孔13，对臂头10与上一节臂架的臂尾进行铰接，使得相邻两节臂架之间可相对转动。相应连接孔13处，为臂头10的主要承载部位，因此，为了提高其强度，参见图1和图2，在一些实施例中，连接孔13的至少一侧端面设有环绕连接孔13的凸台14，这样，连接孔13处的壁厚比臂头10的其他部位的壁厚大，因此，强度更高，能够更好地承力。
96.而为了实现第二连接部2与臂体的连接，参见图1和图2，在一些实施例中，第二连接部2具有小于第一连接部1的横截面积，使得第二连接部2与第一连接部1之间连接形成台阶3，以与臂体搭接。这样，第二连接部2可以插入臂体中，在台阶3处与臂体充分接触，牢固连接，有效防止产生滑移。其中，第二连接部2和臂体可以在台阶3处采用螺栓、铆接或焊接等方式连接，例如，参见图1和图2，一些实施例中，台阶3处设有装配孔21，螺栓等连接件穿过装配孔21，对第二连接部2和臂体进行连接，以防止臂头10和臂体发生相对滑移。
97.另外，参见图1和图2，在一些实施例中，第一连接部1包括第一连接段11和第二连接段12，第一连接段11通过第二连接段12与第二连接部2连接，第二连接段12插入臂体中，与臂体焊接，沿着由第一连接段11至第二连接段12的方向，第二连接段12的侧边边缘16逐渐向外倾斜。此时，第一连接部1不仅与上一节臂架的臂尾连接，还通过第二连接段12与自身所对应的臂体焊接。在第二连接段12与臂体焊接的情况下，将第二连接段12构造为其侧边边缘16沿着由第一连接段11至第二连接段12的方向逐渐朝外倾斜，好处在于，可以增大第二连接段12的宽度，使得第二连接段12与臂体之间的焊接面积增大，提高焊接强度，增加焊接牢固性。需要说明的是，第二连接段12处的焊缝，只是用于实现臂头10与臂体的连接，其并不构成臂头10的主要承载位置。
98.此外，为了实现臂头10对输送管的支撑功能，参见图1，一些实施例中，臂头10上设有安装孔15，安装孔15用于与支撑输送管的支架连接，使得输送管能够连接于臂头10上，被臂头10支撑。
99.作为对前述各实施例的进一步改进，参见图1和图2，臂头10内壁上还设有加强筋4。这样，可以进一步增大臂头10的强度，提升臂头10的力学性能。
100.其中，加强筋4的数量不作限制，可以为一个、两个或多个。例如，参见图1和图2，在一些实施例中，臂头10内壁上设有至少两个加强筋4，并且，这至少两个加强筋4交叉布置，具体地，参见图2，在一些实施例中，臂头10内壁上设有多个加强筋4，多个加强筋4交叉布置呈网状。这样，加强效果更好，可以更有效地增大臂头10的强度，提升臂头10的力学性能。
101.基于前述各实施例的臂头10，本技术还提供一种臂架、布料杆和混凝土泵车。其中，臂架包括任一实施例的臂头10。布料杆包括任一实施例的臂架。混凝土泵车包括任一实施例的布料杆。
102.另外，基于前述各实施例的臂头10，本技术还提供一种臂头10的制造方法，相应制造方法包括：
103.制备得到由以下质量百分比的化学成分组成的铝合金：cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％；
104.基于制备得到的铝合金，制备臂头10。
105.具体地，在一些实施例中，制备得到由以下质量百分比的化学成分组成的铝合金：cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％包括：
106.将质量百分比为58％～78％的纯铝、9％～11％的al-50cu中间合金、1.5％～4.5％的al-20mg中间合金、2.5％～7.5％的al～20mn中间合金、1％～3％的al-10sc中间合金和2％～6％的al-5zr中间合金加热至熔融状态，得到熔融体；
107.向所得到的熔融体中加入质量百分比为6％～10％的al-5ti-b细化剂；
108.基于加入al-5ti-b细化剂后的熔融体，得到铝合金。
109.在上述方案中，所加入的纯铝、al-50cu中间合金、al-20mg中间合金、al-20mn中间合金、al-10sc中间合金和al-5zr中间合金使得合金材料中具有al、cu、mg、mn、sc和zr元素，且所加入的al-5ti-b细化剂，使得合金材料中具有ti和b元素，所以，所得到的合金材料中具有al、cu、mg、mn、sc、zr、ti和b元素，而且，所加入的各原料的质量百分比，使得al、cu、mg、mn、sc、zr、ti和b元素在合金材料中的质量百分比为“cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％”，可有效提升合金材料以及由相应合金材料制成的臂头10的力学性能。其中，采用cu、mg、mn、sc、zr与al的中间合金作为原料，而非纯cu、mg、mn、sc和zr作为原料，好处在于，更不容易烧损，更易熔入，更不容易偏析，且能够更好地改善合金性能。同时，加入al-5ti-b细化剂，可以形成形核质点，细化晶粒。
110.更具体地，一些实施例中，在将质量百分比为58％～78％的纯铝、9％～11％的al-50cu中间合金、1.5％～4.5％的al-20mg中间合金、2.5％～7.5％的al-20mn中间合金、1％～3％的al-10sc中间合金和2％～6％的al-5zr中间合金加热至熔融状态，得到熔融体的过程中，使熔融体的温度为750℃～780℃，这样，可以使各原料溶解并扩散均匀。
111.另外，一些实施例中，基于加入al-5ti-b细化剂后的熔融体，得到铝合金进一步包括：在加入al-5ti-b细化剂后的熔融体中加入精炼剂和除气剂，以除去浮渣、杂质和有害气体，提高铝合金材料的纯净度。
112.在前述各实施例中，基于制备得到的铝合金，制备臂头10可以进一步包括：
113.基于制备得到的铝合金，采用铸造工艺制备臂头铸件；
114.基于制备得到的臂头铸件，制造臂头10。
115.在上述方案中，采用铸造工艺制造臂头10，可以充分发挥所提供铝合金材料优秀的铸造性能，以较低的成本，较少的能耗和较高的效率，得到一体成型的臂头10，使得臂头10自身内部无焊缝，有效避免因臂头内部焊缝所导致的断裂等失效问题。
116.其中，在采用铸造工艺制备臂头铸件时，可以采用低压铸造工艺制备臂头铸件。并且，在采用低压铸造工艺制备臂头铸件的过程中，可以使铝合金熔融体的温度为700℃～720℃；和/或，压力范围为40kpa～70kpa，保压时间为400s～600s。这样，可以铸造得到性能较好的臂头铸件。
117.另外，在一些实施例中，基于制备得到的臂头铸件，制造臂头10具体包括：
118.对制备得到的臂头铸件进行热处理；
119.基于经过热处理的臂头铸件，得到臂头10。
120.具体地，在一些实施例中，对制备得到的臂头铸件进行热处理包括：
121.对臂头铸件进行固溶和时效处理。
122.其中，固溶处理是指固溶体凝固时，平衡转变受到抑制，得到亚稳态的过饱和固溶体单相组织的过程。而时效处理是指金属或合金工件(如低碳钢等)经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置保持其形状、尺寸，性能随时间而变化的热处理工艺。
123.对臂头铸件进行固溶和时效处理，有利于提升臂头铸件的强度和韧性，使得获得的臂头10具有较高的强度和韧性。
124.其中，在对臂头铸件进行固溶处理的过程中，固溶温度范围可以为510℃～520℃，固溶时间可以为1h～3h。这样，可以更有效地改善臂头10的塑性和韧性。
125.而在对臂头铸件进行时效处理的过程中，时效温度范围可以为165℃～185℃，时效时间可以为8h～16h。这样，可以更有效地提升臂头10的强度，降低臂头10的内应力。
126.另外，一些实施例中，在对臂头铸件进行固溶处理后，以及对臂头铸件进行时效处理之前，还对臂头铸件进行淬火，且淬火时间为10s～30s。这样，可以得到性能更好的臂头10。
127.此外，前述“基于经过热处理的臂头铸件，得到臂头10”可以进一步包括，对经过热处理的臂头铸件进行机加工，得到臂头10。例如，针对图1和图2所示的臂头10，可以根据臂头10的结构图纸，铣削出台阶3，并加工出孔位。
128.采用本技术各实施例的铝合金材料，以及制造方法，制造得到的臂头10，整体重量有效降低，且力学性能有效提升。检测结果表明：减重超45％以上；在最危险工况的2倍载荷下，仍未出现破坏；连接孔13处取样，抗拉强度≥360mpa，屈服强度≥300mpa，伸长率≥6mpa，硬度≥95hbw。
129.接下来结合图1-图6所示的实施例，对本技术予以进一步地说明。
130.如图1和图2所示，在相应实施例中，臂头10具有台阶3、连接孔13、安装孔15和装配孔21，并且，臂头10的内壁上设有网格状的加强筋4。
131.为了得到如图1和图2所示的臂头10，如图3所示，基于如下几个步骤，采用铸造工艺进行生产制造：
132.(1)制备合金：按照成分配比，将质量分数为37.5～64.5％的纯铝、18～22％的al-50cu中间合金、1.5～4.5％的al-20mg中间合金、2.5～7.5％的al-20mn中间合金、3～5％的al-10sc中间合金、2～6％al-5zr中间合金加入预热好的坩埚中，加热至熔融状态，相应过程中，使得熔融体温度在750～780℃，以使各原料溶解并扩散均匀；之后，添加6～10％的al-5ti-b细化剂，形成形核质点，细化晶粒；然后，加入熔融体总质量0.2％的精炼剂(包括40wt％的nacl、50wt％的kcl和10％的caf2)，撇去浮渣；之后，再加入熔融体总质量0.15％的除气剂(六氯乙烷)，除去浮渣，继续保温30min，除去熔融体中的杂质和有害气体，得到纯净度较高的铝合金材料的熔融体，相应铝合金材料由以下质量百分比的化学成分组成：cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％。
133.(2)铸造：控制铝合金材料的熔融体温度范围在700～720℃，准备进行铸造，然后，调节升液压力，进行低压铸造，保压，释压，得到臂头铸件，之后，取出臂头铸件，去除毛刺。
134.(3)热处理：将臂头铸件放入热处理炉中，进行固溶+时效处理，固溶温度范围：510～520℃，固溶时间：1～3h；之后进行淬火，淬火时间：10～30s；时效温度范围：165～185℃，时效时间：8～16h。
135.(4)机加工：根据臂头10的结构图纸，铣削出台阶3，加工出孔位，得到臂头10。
136.图4-图6示出了采用三个具体实施例的制造方法制造得到的臂头10的微观组织图片。
137.其中，图4对应第一实施例。
138.在该第一实施例中，制造方法如下：
139.(1)将质量百分比为71.8％的纯铝、9.4％的al-50cu、2.3％的al-20mg、3.9％的al-20mn、1.4％的al-10sc、3.2％的al-5zr和8％的al-5ti-b放入熔炼炉内熔炼，当温度达到750℃时，保温1h，加入al-5ti-b细化剂，之后进行精炼和除气，得到由以下质量百分比的化学成分组成的铝合金材料：cu4.7％，mg0.46％，mn0.78％，ti0.4％，sc0.14％，zr0.16％，b0.08％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％。
140.(2)铝液温度为700℃时，通入干燥气体，压力为60kpa,同时保压500s，之后，开模取出臂头铸件，去除毛刺。
141.(3)将臂头铸件放在热处理炉中，温度升高至515℃，保温2h，进行固溶处理，之后，放入冷水中，进行淬火处理，淬火时间15s，之后重新放入热处理炉中，加热到165℃，保温10h，进行时效处理。
142.(4)按照图纸进行铣削，铣出台阶3，并加工出相应孔位。
143.采用上述方法获得的臂头10，外观完整，经超声探伤，未见明显缺陷，且其微观组织如图4所示。相应臂头10，与相关技术中同位置钢制臂头相比，减重47.6％左右；同时，经台架试验验证，相应臂头10满足使用要求，在最危险工况的2倍载荷下，仍未出现破坏。并且，在臂头10的连接孔13处取样，测得抗拉强度可达346mpa，屈服强度达289mpa，延伸率达8.3％，硬度可达97hbw。
144.图5对应第二实施例。
145.在该第二实施例中，制造方法如下：
146.(1)将质量百分比为65.1％的纯铝、10.4％的al-50cu、3.5％的al-20mg、6％的al-20mn、2％的al-10sc、6％的al-5zr和7％的al-5ti-b和将准备好的原料放入熔炼炉内熔炼，当温度达到750℃时，保温1h，加入al-5ti-b细化剂，之后进行精炼和除气，得到由以下质量百分比的化学成分组成的铝合金材料：cu5.2％，mg0.7％，mn1.2％，ti0.35％，sc0.2％，zr0.3％，b0.07％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％。
147.(2)铝液温度为700℃时，通入干燥气体，压力为60kpa,同时保压500s，之后，开模取出臂头铸件，去除毛刺。
148.(3)将臂头铸件放在热处理炉中，温度升高至520℃，保温1.5h，进行固溶处理，之后，放入冷水中，进行淬火处理，淬火时间15s，之后重新放入热处理炉中，加热到185℃，保温12h，进行时效处理。
149.(4)按照图纸进行铣削，铣出台阶3，并加工出相应孔位。
150.采用上述方法获得的臂头10，外观完整，经超声探伤，未见明显缺陷，且其微观组织如图5所示。相应臂头10，与相关技术中同位置钢制臂头相比，减重47.6％左右；同时，经台架试验验证，相应臂头10满足使用要求，在最危险工况的2.2倍载荷下，仍未出现破坏。并且，在臂头10的连接孔13处取样，测得抗拉强度可达364mpa，屈服强度达305mpa，延伸率达7.4％，硬度可达109hbw。
151.图6对应第三实施例。
152.在该第三实施例中，制造方法如下：
153.(1)将质量百分比为67.9％的纯铝、9.6％的al-50cu、4.5％的al-20mg、3％的al-20mn、3％的al-10sc、6％的al-5zr和6％的al-5ti-b放入熔炼炉内熔炼，当温度达到750℃时，保温1h，加入al-5ti-b细化剂，之后进行精炼和除气，得到由以下质量百分比的化学成分组成的铝合金材料：cu4.8％，mg0.9％，mn0.6％，ti0.3％，sc0.3％，zr0.3％，b0.06％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％。
154.(2)铝液温度为700℃时，通入干燥气体，压力为60kpa,同时保压500s，之后，开模取出臂头铸件，去除毛刺。
155.(3)将臂头铸件放在热处理炉中，温度升高至510℃，保温2h，进行固溶处理，之后，放入冷水中，进行淬火处理，淬火时间15s，之后重新放入热处理炉中，加热到175℃，保温12h，进行时效处理。
156.(4)按照图纸进行铣削，铣出台阶3，并加工出相应孔位。
157.采用上述方法获得的臂头10，外观完整，经超声探伤，未见明显缺陷，且其微观组织如图6所示。相应臂头10，与相关技术中同位置钢制臂头相比，减重47.6％左右；同时，经台架试验验证，相应臂头10满足使用要求，在最危险工况的2.1倍载荷下，仍未出现破坏。并且，在臂头10的连接孔13处取样，测得抗拉强度可达359mpa，屈服强度达313mpa，延伸率达6.7％，硬度可达105hbw。
158.以上所述仅为本技术的示例性实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种铝合金，其特征在于，所述铝合金由以下质量百分比的化学成分组成：cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％。2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金被构造为以下至少之一：所述铝合金中cu元素的质量百分比为4.7％～5.5％；所述铝合金中mg元素的质量百分比为0.46％～0.9％；所述铝合金中mn元素的质量百分比为0.78％～1.5％；所述铝合金中ti元素的质量百分比为0.35％～0.5％；所述铝合金中sc元素的质量百分比为0.14％～0.3％；所述铝合金中zr元素的质量百分比为0.16％～0.3％；所述铝合金中b元素的质量百分比为0.07％～0.1％。3.根据权利要求2所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金被构造为以下至少之一：所述铝合金中cu元素的质量百分比为4.7％～5.2％；所述铝合金中mg元素的质量百分比为0.46％～0.7％；所述铝合金中mn元素的质量百分比为0.78％～1.2％；所述铝合金中ti元素的质量百分比为0.35％～0.4％；所述铝合金中sc元素的质量百分比为0.14％～0.2％；所述铝合金中b元素的质量百分比为0.07％～0.08％。4.一种混凝土泵车的布料杆的臂架的臂头(10)，其特征在于，所述臂头(10)由如权利要求1-3任一所述的铝合金制备而成。5.根据权利要求4所述的臂头(10)，其特征在于，所述臂头(10)采用铸造工艺制造而成。6.根据权利要求5所述的臂头(10)，其特征在于，所述臂头(10)采用低压铸造工艺制造而成。7.根据权利要求4所述的臂头(10)，其特征在于，所述臂头(10)内壁上设有加强筋(4)。8.根据权利要求7所述的臂头(10)，其特征在于，所述臂头(10)内壁上设有至少两个所述加强筋(4)，所述至少两个加强筋(4)交叉布置。9.根据权利要求8所述的臂头(10)，其特征在于，所述臂头(10)内壁上设有多个所述加强筋(4)，所述多个加强筋(4)交叉布置呈网状。10.一种如权利要求4-9任一所述的臂头(10)的制造方法，其特征在于，包括：制备得到由以下质量百分比的化学成分组成的铝合金：cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％；基于制备得到的所述铝合金，制备所述臂头(10)。11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，制备得到由以下质量百分比的化学成分组成的铝合金：cu:4.5％～5.5％，mg:0.3％～0.9％，mn:0.5％～1.5％，ti:0.3％～0.5％，sc:0.1％～0.3％，zr:0.1％～0.3％，b:0.06％～0.1％，余量为al和不可避免杂质，其中fe≤0.3％，si≤0.1％包括：将质量百分比为58％～78％的纯铝、9％～11％的al-50cu中间合金、1.5％～4.5％的
al-20mg中间合金、2.5％～7.5％的al-20mn中间合金、1％～3％的al-10sc中间合金和2％～6％的al-5zr中间合金加热至熔融状态，得到熔融体；向所得到的熔融体中加入质量百分比为6％～10％的al-5ti-b细化剂；基于加入al-5ti-b细化剂后的熔融体，得到所述铝合金。12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在将质量百分比为58％～78％的纯铝、9％～11％的al-50cu中间合金、1.5％～4.5％的al-20mg中间合金、2.5％～7.5％的al-20mn中间合金、1％～3％的al-10sc中间合金和2％～6％的al-5zr中间合金加热至熔融状态，得到熔融体的过程中，使所述熔融体的温度为750℃～780℃。13.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，基于制备得到的所述铝合金，制备所述臂头(10)包括：基于制备得到的所述铝合金，采用铸造工艺制备臂头铸件；基于制备得到的臂头铸件，制造所述臂头(10)。14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，采用铸造工艺制备臂头铸件包括：采用低压铸造工艺制备所述臂头铸件。15.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，在采用低压铸造工艺制备所述臂头铸件的过程中，使所述铝合金熔融体的温度为700℃～720℃；和/或，在采用低压铸造工艺制备所述臂头铸件的过程中，压力范围为40kpa～70kpa，保压时间为400s～600s。16.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，基于制备得到的臂头铸件，制造所述臂头(10)包括：对制备得到的所述臂头铸件进行热处理；基于经过热处理的所述臂头铸件，得到所述臂头(10)。17.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，对制备得到的所述臂头铸件进行热处理包括：对所述臂头铸件进行固溶和时效处理。18.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，在对所述臂头铸件进行固溶处理的过程中，固溶温度范围为510℃～520℃，固溶时间为1h～3h；和/或，在对所述臂头铸件进行时效处理的过程中，时效温度范围为165℃～185℃，时效时间为8h～16h。19.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，在对所述臂头铸件进行固溶处理后，以及对所述臂头铸件进行时效处理之前，还对所述臂头铸件进行淬火，淬火时间为10s～30s。20.一种混凝土泵车的布料杆的臂架，其特征在于，包括如权利要求4-9任一所述的臂头(10)。21.一种混凝土泵车的布料杆，其特征在于，包括如权利要求20所述的臂架。22.一种混凝土泵车，其特征在于，包括如权利要求21所述的布料杆。

技术总结
本申请提供一种铝合金、臂头及其制造方法、臂架、布料杆和混凝土泵车。其中，铝合金由以下质量百分比的化学成分组成：Cu:4.5％～5.5％，Mg:0.3％～0.9％，Mn:0.5％～1.5％，Ti:0.3％～0.5％，Sc:0.1％～0.3％，Zr:0.1％～0.3％，B:0.06％～0.1％，余量为Al和不可避免杂质，其中Fe≤0.3％，Si≤0.1％。采用相应铝合金材料制造混凝土泵车的臂架的臂头，可有效提升臂头的力学性能。升臂头的力学性能。升臂头的力学性能。


技术研发人员：王海波 张翔 冯坤
受保护的技术使用者：江苏徐工工程机械研究院有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/20