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CN107779680A - 一种6系铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

一种6系铝合金型材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金型材挤压领域，涉及一种6系铝合金型材，包括以下质量百分含量的组分：Si：0.6％～1.2％、Mg：0.5％～0.7％、Mn：0.1％～0.4％、Cr：0.1％～0.3％、Zr：0.1％～0.35％、V：0.1％～0.24％、Fe：0.1％～1％、Ti：0.05％～0.3％、Zn：0.03％～2.5％、Cu≤0.05％，余量为Al，其制备方法通过将传统的普通时效方法，改为采取四段低温短时预时效的方法，来抑制铝合金型材的停放效应，进而使制备好的铝合金型材经过长时间的放置依然能够保证型材的力学性能，并且其铝合金型材的最终性能也有了很大的提高。

Description

一种6系铝合金型材及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金型材生产领域，涉及一种6系铝合金型材及其制备方法。
背景技术
铝合金具有密度小、导电性好、导热性高、抗腐蚀的优点，因此用铝合金做结构材料可以大大减轻产品重量和增加结构稳定性，在生产中得到广泛应用。尤其是作为永磁列车型材的6系铝合金，在满足结构强度要求的情况下不仅可以减轻车身重量，同时可以显著降低汽车的能耗。由此可见，铝合金将会代替钢铁材料，成为未来列车车体的主要材料。轨道车辆悬挂臂型材作为轨道车辆主要承重型材之一，受力大，要求该型材具有高强度和高刚度以及加工及成型性能好等特点。
现有技术中的铝型材存在的问题：铝合金在制备过程中具有停放效应，传统的Al-Mg-Si基合金材料具有严重的停放效应问题，由于停放效应的存在，使得Al-Mg-Si合金材料即使在生产后满足每项力学性能符合要求，但是在经过停放一段时间后每项力学性能都会下降，导致力学性能不满足生产的要求，如果是面板材料，则冲压成型性和卷边加工性都会劣化，严重影响后期成品的综合性能。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决铝合金在制备过程中的停放效应会影响后期制品综合性能的问题，提供一种6系铝合金型材及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种6系铝合金型材，包括以下质量百分含量的组分：Si：0.6％～1.2％、Mg：0.5％～0.7％、Mn：0.1％～0.4％、Cr：0.1％～0.3％、Zr：0.1％～0.35％、V：0.1％～0.24％、Fe：0.1％～1％、Ti：0.05％～0.3％、Zn：0.03％～2.5％、Cu≤0.05％，余量为Al。
进一步，包括以下质量百分含量的组分：Si：0.8％、Mg：0.6％、Mn：0.25％、Cr：0.25％、Zr：0.25％、V：0.2％、Fe：0.6％、Ti：0.15％、Zn：1.8％、Cu：0.05％，余量为Al。
一种6系铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度为500～550℃，保温时间为1～20h；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金型材，将挤压后的铝合金型材冷却至室温；
D、将步骤C挤压后的铝合金型材加热到500～580℃，恒温保持3～4min，得到固溶处理后的铝合金型材，其中铝合金型材的加热速率为200～300℃/min；
E、将步骤D固溶处理后的铝合金型材以极冷的方式冷却至55℃以下，其中铝合金型材的冷却速度为500～550℃/min，使得镁硅原子充分溶解；
F、将步骤E冷却后的铝合金型材进行四段低温短时预时效，其中第一阶段预备时效为在30～60℃的温度下保温1～3min；第二阶段预备时效为在60～80℃的温度下保温1～3min；第三阶段预备时效为在30～60℃的温度下保温1～3min；第四阶段预备时效为在80～120℃的温度下保温3～6h；
G、将步骤F中四段低温短时预时效后的铝合金型材冷却至室温后进行拉伸矫直，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h；
H、将步骤G拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效热处理。
进一步，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
进一步，步骤C中挤压机的挤压速度为4.5～5.0m/min，铝合金铸锭的加热温度为440～490℃。
进一步，步骤C中均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，铝合金铸锭头部的加热温度为475～485℃，中部的加热温度为450～460℃，尾部的加热温度为440～450℃。
进一步，步骤H中人工时效热处理的温度为150～170℃，时效时间为5～8h。
进一步，步骤G中拉伸量控制在1％以内。
本发明的有益效果在于：
1、通过本发明的6系铝合金型材制备方法制备的6系铝合金型材，对现有技术的铝合金型材的化学成分进行了优化，将Mn元素的最高含量提升至0.4％，Cr元素的最高含量提升至0.3％，借助Mn可以提高铝合金型材再结晶温度的特性，来抑制晶粒的长大，从而细化铝合金型材的晶粒，提升材料微观组织，优化后的铝合金型材具有更加优异的力学性能。
2、通过本发明的6系铝合金型材制备方法制备的6系铝合金型材，固溶处理过程中，铝合金型材以200～300℃/min的加热速度，将铝合金型材加热至500～580℃，使得铝合金原料中过剩相充分溶解到固溶体中，得到过饱和的固溶体，将固溶后的铝合金型材以500～550℃/min的冷却速度极冷至55℃以下，防止了晶粒的再次长大，保证镁硅原子在铝合金基体中的均匀弥散状态。将固溶冷却后的铝合金型材进行四段低温短时预时效，能够抑制铝合金型材的停放效应。四段低温短时预时效后的拉伸工艺，能够使得铝合金型材中各元素进一步弥散，使得制备的铝合金型材具有更加细微稳定的微观结构。
3、通过本发明的6系铝合金型材制备方法制备的6系铝合金型材，通过将传统的普通时效的方法，改为采取四段低温短时预时效的方法，来抑制铝合金型材的停放效应，进而使制备好的铝合金型材经过长时间的放置依然能够保证型材的力学性能，其力学性能依然能满足客户的要求，并且其铝合金型材的最终性能也有了很大的提高。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1：
一种6系铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，6系铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Mg Mn Cr Zr V Fe Ti Zn Cu Al
含量 0.60 0.50 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.05 0.03 0.05 余量
将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法；
B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度为500℃，保温时间为5h；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，铝合金铸锭在挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，铝合金铸锭头部的加热温度为475℃，中部的加热温度为
450℃，尾部的加热温度为440℃，挤压机的挤压速度为4.5m/min，得到所需要的铝合金型材，将挤压后的铝合金型材冷却至室温；
D、将步骤C挤压后的铝合金型材加热到500℃，恒温保持3min，得到固溶处理后的铝合金型材，其中铝合金型材的加热速率为200℃/min；
E、将步骤D固溶处理后的铝合金型材以极冷的方式冷却至55℃以下，其中铝合金型材的冷却速度为500℃/min，使得镁硅原子充分溶解；
F、将步骤E冷却后的铝合金型材进行四段低温短时预时效，其中第一阶段预备时效为在30℃的温度下保温3min第二阶段预备时效为在60℃的温度下保温3min第三阶段预备时效为在30℃的温度下保温3min；第四阶段预备时效为在80℃的温度下保温6h；
G、将步骤F四段低温短时预处理后的铝合金型材冷却至室温后进行拉伸矫直，拉伸量控制在1％以内，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h；
H、将拉伸后的铝合金型材进行人工时效热处理，人工时效热处理的温度为150℃，时效时间为8h。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于步骤A中6系铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Mg Mn Cr Zr V Fe Ti Zn Cu Al
含量 0.80 0.60 0.25 0.25 0.25 0.20 0.60 0.15 1.8 0.05 余量
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于步骤A中6系铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Mg Mn Cr Zr V Fe Ti Zn Cu Al
含量 1.20 0.70 0.40 0.30 0.35 0.24 1.0 0.30 2.5 0.05 余量
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于步骤B中铝合金铸锭均匀化处理的温度为550℃，保温时间为20h。
实施例5
实施例5与实施例2的区别在于步骤C中铝合金铸锭头部的加热温度为485℃，中部的加热温度为460℃，尾部的加热温度为450℃，挤压机的挤压速度为5.0m/min。
实施例6
实施例6与实施例2的区别在于步骤D中挤压后的铝合金型材加热到580℃，恒温保持4min，得到固溶处理后的铝合金型材，其中铝合金型材的加热速率为300℃/min。
实施例7
实施例7与实施例2的区别在于步骤E中铝合金型材的冷却速度为550℃/min。
实施例8
实施例8与实施例2的区别在于步骤F中铝合金型材进行四段低温短时预时效，其中第一阶段预备时效为在60℃的温度下保温1min；第二阶段预备时效为在80℃的温度下保温1min；第三阶段预备时效为在60℃的温度下保温1min；第四阶段预备时效为在120℃的温度下保温3h。
实施例9
实施例9与实施例2的区别在于步骤H中人工时效热处理温度为170℃，时效时间为5h。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例3
对比例3与实施例3的区别在于省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例4
对比例4与实施例4的区别在于省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例5
对比例5与实施例5的区别在于省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例6
对比例6与实施例6的区别在于省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例7
对比例7与实施例7的区别在于省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例8
对比例8与实施例8的区别在于省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例9
对比例9与实施例9的区别在于省略步骤F，将步骤E固溶冷却后的铝合金型材直接进行步骤G的拉伸矫直。
对比例1～9与实施例1～9得到的6系铝合金型材进行力学性能测试，，分别对挤压后、停放24h后以及人工时效后铝合金型材的力学性能进行测试，测试结果见表一：
表一：
由上表可以看出，对比例采用常规方法挤压出的型材通过存放24h后，其屈服强度和抗拉强度基本减少了10～20MPa，而通过本发明的6系铝合金型材制备方法制备的6系铝合金型材增加了一步预时效过程，通过存放24h后，屈服强度和抗拉强度基本变化不大，并且通过时效后的屈服强度和抗拉强度还有了很大的提高，完全满足客户的生产要求。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种6系铝合金型材，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：Si：0.6％～1.2％、Mg：0.5％～0.7％、Mn：0.1％～0.4％、Cr：0.1％～0.3％、Zr：0.1％～0.35％、V：0.1％～0.24％、Fe：0.1％～1％、Ti：0.05％～0.3％、Zn：0.03％～2.5％、Cu≤0.05％，余量为Al。
2.如权利要求1所述的6系铝合金型材，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：Si：0.8％、Mg：0.6％、Mn：0.25％、Cr：0.25％、Zr：0.25％、V：0.2％、Fe：0.6％、Ti：0.15％、Zn：1.8％、Cu：0.05％，余量为Al。
3.如权利要1或2所述的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度为500～550℃，保温时间为1～20h；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金型材，将挤压后的铝合金型材冷却至室温；
D、将步骤C挤压后的铝合金型材加热到500～580℃，恒温保持3～4min，得到固溶处理后的铝合金型材，其中铝合金型材的加热速率为200～300℃/min；
E、将步骤D固溶处理后的铝合金型材以极冷的方式冷却至55℃以下，其中铝合金型材的冷却速度为500～550℃/min，使得镁硅原子充分溶解；
F、将步骤E冷却后的铝合金型材进行四段低温短时预时效，其中第一阶段预备时效为在30～60℃的温度下保温1～3min；第二阶段预备时效为在60～80℃的温度下保温1～3min；第三阶段预备时效为在30～60℃的温度下保温1～3min第四阶段预备时效为在80～120℃的温度下保温3～6h；
G、将步骤F中四段低温短时预时效后的铝合金型材冷却至室温后进行拉伸矫直，将拉伸矫直后的铝合金型材停放24h；
H、将步骤G拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效热处理。
4.如权利要求3所述的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。
5.如权利要求4所述的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤C中挤压机的挤压速度为4.5～5.0m/min，铝合金铸锭的加热温度为440～490℃。
6.如权利要求5所述的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤C中均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压筒中挤压时采用分段加热的方法，铝合金铸锭头部的加热温度为475～485℃，中部的加热温度为450～460℃，尾部的加热温度为440～450℃。
7.如权利要求6所述的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤H中人工时效热处理的温度为150～170℃，时效时间为5～8h。
8.如权利要求7所述的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤G中拉伸量控制在1％以内。
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