CN115838907B - 一种改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法及其铸棒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法及其铸棒，该均匀化热处理方法包括以下步骤：得到铸锭，将重量百分比为：Mg 0.85‑0.90wt％，Si 0.45‑0.55wt％，Fe 0‑0.25wt％，Cu 0.15‑0.25wt％，Mn 0.02‑0.10wt％，Zn 0‑0.05wt％，Cr 0.05‑0.10wt％，Ti 0‑0.02wt％，余量为Al和杂质元素的铝合金组合物铸造成铝合金铸锭；快速升温，将铝合金铸锭放置于均热炉中，并进行快速升温；均匀化保温，将铸锭升温至575‑585℃后，进行均匀化保温，保温时间为4‑6h；快速冷却，将铸锭转入冷却炉中，将铸锭冷却至室温，降温速率为400‑800℃/h，得到铝合金铸棒。本发明通过采用不低于国家标准中要求的6061铝合金成分配比，提高了合金的过烧温度，缩短了均匀化保温时间，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属热处理领域，特别涉及一种改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法及其铸棒。
背景技术
6061铝合金是一种中等强度可热处理铝合金。6061铝合金铸棒的铸造是非平衡凝固过程，所以不可避免的会出现成分、组织的分布不均匀，称之为偏析现象。为消除铸棒偏析，提高铸棒变形能力，通常在铸造后需要采用均匀化退火热处理。而均匀化退火热处理可以使铸造过程中形成的非平衡组织溶解、第二相(通常为AlFeSi相)形态改变、成分均匀化，为后续的变形加工和固溶处理提供有利条件。
目前6061合金铸棒普遍采用的均匀化工艺通常是在520-560℃温度条件下均匀化热处理12～36h，并采用风冷或者雾冷进行冷却。通常的冷却速率在300-50℃/h，以避免淬火效应和铸棒开裂。但是传统工艺条件下生产的铸棒，忽略了在冷却过程中Mg2Si的析出和长大，残余了过多的低熔点Mg2Si相，降低了铸棒热变形条件下的熔点，而这些异常长大的低熔点相，在热挤压生产时，往往会提前熔化，尤其在面对断面较复杂的多空腔铸棒时，由于产品结构复杂，变形热较多，会出现挤压速度慢，空腔内壁撕裂等问题，影响生产效率和产品质量。
因此，现亟需一种能改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法及其铸棒。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法及其铸棒，旨在提高6061铝合金铸棒的挤压性和抗撕裂能力。
本发明通过降低合金化程度、提高均匀化后的冷却速率，提高了均匀化工艺温度，缩短均匀化时间，同时控制残余在铸棒中的低熔点相，以提高铸棒的挤压性和抗撕裂能力。
为实现上述目的，本发明提出改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法，该改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法包括以下步骤：
得到铸锭，将重量百分比为：Mg 0.85-0.90wt％，Si 0.45-0.55wt％，Fe 0-0.25wt％，Cu 0.15-0.25wt％，Mn 0.02-0.10wt％，Zn 0-0.05wt％，Cr 0.05-0.10wt％，Ti0-0.02wt％，余量为Al和杂质元素的铝合金组合物铸造成铝合金铸锭；
快速升温，将铝合金铸锭放置于均热炉中，并进行快速升温；
均匀化保温，将铸锭升温至575-585℃后，进行均匀化保温，保温时间为4-6h；
快速冷却，将铸锭转入冷却炉中，将铸锭冷却至室温，降温速率为400-800℃/h，得到铝合金铸棒。
优选地，所述快速升温的步骤还包括以下步骤：
将铝合金铸锭装入均热炉中，以150-280℃/h的升温速率，从室温开始升温至预定的均匀化保温温度。
优选地，所述快速升温的步骤还包括以下步骤：
将铝合金铸锭装入均热炉中，分层堆垛铝合金铸锭于均热炉中，每层铝合金铸锭之间需要通过耐高温隔条进行分隔，同层的铝合金铸锭之间需要保持等距间隔，间距为30-90mm，使得铝合金铸锭能够均匀升温。
优选地，所述快速冷却的步骤还包括以下步骤：
将铸锭转入冷却炉中，同时通过强风冷却和喷水冷却至室温，降温速率为400-800℃/h。
优选地，所述将铸锭转入冷却炉中的步骤还包括以下步骤：
空冷，将铝合金铸棒从均匀化炉内取出，空冷5-10min，能够初步释放热应力；
风冷，将空冷后的铝合金铸棒推入冷却炉中，通过强风冷却10-20min，进一步释放热应力，且使高熔点弥散相适度析出；
水冷，通过喷水冷却将风冷后的铝合金铸棒冷却至室温，能够防止在敏感温度280-400℃之间析出大量粗大的Mg2Si相，以减少有效合金元素的损失，整个快速冷却步骤需要控制降温速率为400-800℃/h。
优选地，所述得到铸锭的步骤还包括以下步骤：
配料，将原铝锭、纯镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ti中间合金按上述重量比例进行称重备料；
合金化，将称重后的原铝锭、纯镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ti中间合金放置于熔炼炉内进行高温熔炼，当熔炼炉内温度达到750±5℃时，进行搅拌，搅拌均匀后进行除渣，得到铝合金液；
得到铸锭，将铝合金液静置30min，得到铸锭。
本发明还提出一种含低Fe的6061铝合金铸棒，所述铝合金铸棒的铸锭以重量百分比分为：Mg 0.85-0.90wt％，Si 0.45-0.55wt％，Fe 0.1-0.25wt％，Cu0.15-0.25wt％，Mn0.02-0.10wt％，Zn 0.01-0.05wt％，Cr 0.05-0.10wt％，Ti0.01-0.02wt％，余量为Al和杂质元素。
优选地，所述铝合金铸棒的铸锭以重量百分比分为：Mg 0.85％wt％，Si0.55wt％，Fe 0.25wt％，Cu 0.15wt％，Mn 0.05wt％，Zn 0.04wt％，Cr 0.1wt％，Ti 0.02wt％，余量为Al和杂质元素。
优选地，所述铝合金铸棒的铸锭以重量百分比分为：Mg 0.9％wt％，Si0.45wt％，Fe 0.115wt％，Cu 0.25wt％，Mn 0.1wt％，Zn 0.05wt％，Cr 0.08wt％，Ti 0.015wt％，余量为Al和杂质元素。
优选地，所述铝合金铸棒的铸锭以重量百分比分为：Mg 0.88％wt％，Si0.52wt％，Fe 0.155wt％，Cu 0.185wt％，Mn 0.049wt％，Zn 0.023wt％，Cr 0.071wt％，Ti0.018wt％，余量为Al和杂质元素。
本发明提出一种改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法及其铸棒，本发明通过采用稍低但不低于国家标准中要求的6061铝合金成分配比，提高了合金的过烧温度，从而本发明的工艺能够采用高于现有普遍采用的均匀化温度(560℃)，在达到同样的均匀化效果下，缩短了均匀化保温时间，提高了生产效率。且现有均匀化工艺普遍为了避免合金产生淬火效应而采用慢速冷却。而本发明反其道而行之，通过降低合金化程度，一定程度上降低了挤压变形抗力，并充分利用了快速冷却条件下，铸棒内部只含有较少的低熔点Mg2Si相这一特点，提高了铸棒的挤压性，继而提高了铸棒在热挤压过程中的抗撕裂能力。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的铸棒金相图；
图2为本发明一对比例提供的铸棒金相图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
现有6061铝合金为了追求高强度，普遍将铝合金中的Mg、Si和Cu成分调整至超过国标要求较多。这样的好处是生产出的产品有较大的力学性能余量以达到客户的性能要求。但是，带来的负面影响就是挤压性变差、金属在模具中流动困难，对挤压机能力要求高。同时，由于较高的合金元素含量，降低了固相线温度，被迫使铸棒在均匀化时只能采用较低的温度(普遍采用560℃以下均热温度)，为获得足够的均匀化效果，被动的延长了均匀化时间，降低生产效率。
本发明提出一种改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法，该均匀化热处理方法包括以下步骤：
S1、得到铸锭，将重量百分比为：Mg 0.85-0.90wt％，Si 0.45-0.55wt％，Fe 0-0.25wt％，Cu 0.15-0.25wt％，Mn 0.02-0.10wt％，Zn 0-0.05wt％，Cr0.05-0.10wt％，Ti0-0.02wt％，余量为Al和杂质元素的铝合金组合物铸造成铝合金铸锭；
进一步地，步骤S1还包括以下步骤：
S11、配料，将原铝锭、纯镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ti中间合金按上述重量比例进行称重备料；
S12、合金化，将称重后的原铝锭、纯镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ti中间合金放置于熔炼炉内进行高温熔炼，当熔炼炉内温度达到750±5℃时，进行搅拌，搅拌均匀后进行除渣，得到铝合金液；
S13、得到铸锭，将铝合金液静置30min，得到铸锭。
S2、快速升温，将铝合金铸锭放置于均热炉中，并进行快速升温；
进一步地，步骤S2还包括以下步骤：
S21、将铝合金铸锭装入均热炉中，以150-280℃/h的升温速率，从室温开始升温至预定的均匀化保温温度；
S22、将铝合金铸锭装入均热炉中，分层堆垛铝合金铸锭于均热炉中，每层铝合金铸锭之间需要通过耐高温隔条进行分隔，同层的铝合金铸锭之间需要保持等距间隔，间距为30-90mm，使得铝合金铸锭能够均匀升温。
S3、均匀化保温，将铸锭升温至575-585℃后，进行均匀化保温，保温时间为4-6h；
S4、快速冷却，将铸锭转入冷却炉中，将铸锭冷却至室温，降温速率为400-800℃/h，得到铝合金铸棒。
进一步地，步骤S4还包括以下步骤：
S41、将铸锭转入冷却炉中，同时通过强风冷却和喷水冷却至室温，降温速率为400-800℃/h；
更进一步地，步骤S41还包括以下步骤：
S411、空冷，将铝合金铸棒从均匀化炉内取出，空冷5-10min，能够初步释放热应力；
S412、风冷，将空冷后的铝合金铸棒推入冷却炉中，通过强风冷却10-20min，进一步释放热应力，且使高熔点弥散相适度析出；
S413、水冷，通过喷水冷却将风冷后的铝合金铸棒冷却至室温，能够防止在敏感温度280-400℃之间析出大量粗大的Mg2Si相，以减少有效合金元素的损失，整个快速冷却步骤需要控制降温速率为400-800℃/h。
实施例一：
本实施例中所得到的铝合金铸棒的铸锭以重量百分比分为及其重量百分比为：Mg0.85％wt％，Si 0.55wt％，Fe 0.25wt％，Cu 0.15wt％，Mn 0.05wt％，Zn 0.04wt％，Cr0.1wt％，Ti 0.02wt％，余量为Al和杂质元素。
制备方法为：
快速升温，将铝合金铸锭放置于均热炉中，并以190℃/h的升温速率进行快速升温；
均匀化保温，将铸锭升温至575℃后，在575℃下恒温静置5h；
快速冷却，将铸锭转入冷却炉中，通过强风冷却和喷水冷却，以410℃/h的降温速率将铸锭冷却至室温，得到铝合金铸棒。
实施例二：
本实施例中所得到的铝合金铸棒的铸锭以重量百分比分为及其重量百分比为Mg0.9％wt％，Si 0.45wt％，Fe 0.115wt％，Cu 0.25wt％，Mn 0.1wt％，Zn 0.05wt％，Cr0.08wt％，Ti 0.015wt％，余量为Al和杂质元素。
制备方法为：
快速升温，将铝合金铸锭放置于均热炉中，并以200℃/h的升温速率进行快速升温；
均匀化保温，将铸锭升温至580℃后，在580℃下恒温静置5h；
快速冷却，将铸锭转入冷却炉中，通过强风冷却和喷水冷却，以410℃/h的降温速率将铸锭冷却至室温，得到铝合金铸棒。
实施例三：
本实施例中所得到的铝合金铸棒的铸锭以重量百分比分为及其重量百分比为：Mg0.88％wt％，Si 0.52wt％，Fe 0.155wt％，Cu 0.185wt％，Mn 0.049wt％，Zn 0.023wt％，Cr0.071wt％，Ti 0.018wt％，余量为Al和杂质元素。
制备方法为：
快速升温，将铝合金铸锭放置于均热炉中，并以190℃/h的升温速率进行快速升温；
均匀化保温，将铸锭升温至585℃后，在585℃下恒温静置5h；
快速冷却，将铸锭转入冷却炉中，通过强风冷却和喷水冷却，以410℃/h的降温速率将铸锭冷却至室温，得到铝合金铸棒。
对比例一(以CN 103409671 A中记载的技术方案为例)：
本实施例中所得到的铝合金铸棒的铸锭以重量百分比分为及其重量百分比为：Mg0.87wt％，Si 0.6wt％，Cu0.177 wt％，Mn 0.05wt％，Zr 0.04wt％，Zn 0.05wt％，Cr0.05wt％，Fe 0.17wt％，Ti 0.007wt％，余量为Al和杂质元素。
制备方法为：
将铝合金铸锭放置于560℃的均热炉中加热9h进行高温均匀化处理；
采用降温速率为180℃/h的强风冷却和/或水雾冷却至150℃后移至大气中继续空冷至室温。
将上述实施例所得均匀化退火后的铝合金铸锭分别进行金相检测，并与采用一般工艺方法制备后的铝合金铸锭进行挤压对比，所得结果如下：
表1实施例一与对比例一的金相检测
挤压实验：
将实施例一与对比例一两种铸棒在同一台挤压机生产，铸棒加热温度470℃，挤压机速度1.5mm/s，对比两种铸棒的挤压效果：
表2实施例一与对比例一的挤压效果
本发明的实施例铸棒均热效果良好，与与采用一般均匀化工艺制备的铸锭相比，在相同挤压工艺条件下，未出现撕裂现象。
此外，多数厂家对均匀化后的冷却速率没有严格要求，只以冷却后铸棒不开裂、不变形为标准，冷却速率宽泛。而过于缓慢的冷却速率会造成低熔点Mg2Si相大量析出、聚集长大。这些粗大的Mg2Si相不能起到强化作用，反而因其熔点较低，挤压升温过程来不及溶解，造成提前熔化，导致了挤压型材开裂，影响挤出速度。本发明通过降低合金化程度、提高均匀化后的冷却速率，提高了均匀化工艺温度，缩短均匀化时间，同时控制残余在铸棒中的低熔点相，以提高铸棒的挤压性和抗撕裂能力。
结合上述所有实施例，本发明提出一种改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法及其铸棒，本发明通过采用稍低但不低于国家标准中要求的6061铝合金成分配比，提高了合金的过烧温度，从而本发明的工艺能够采用高于现有普遍采用的均匀化温度(560℃)，在达到同样的均匀化效果下，缩短了均匀化保温时间，提高了生产效率。且现有均匀化工艺普遍为了避免合金产生淬火效应而采用慢速冷却。而本发明反其道而行之，通过降低合金化程度，一定程度上降低了挤压变形抗力，并充分利用了快速冷却条件下，铸棒内部只含有较少的低熔点Mg2Si相这一特点，提高了铸棒的挤压性，继而提高了铸棒在热挤压过程中的抗撕裂能力。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法，其特征在于，步骤如下：
得到铸锭，将重量百分比为：Mg 0.90wt％，Si 0.45wt％，Fe 0.115wt％，Cu 0.25wt％，Mn 0.10wt％，Zn 0.05wt％，Cr 0.08wt％，Ti 0.015wt％，余量为Al和杂质元素的铝合金组合物铸造成铝合金铸锭；
快速升温，将铝合金铸锭放置于均热炉中，并进行快速升温；
均匀化保温，将铸锭升温至575-585℃后，进行均匀化保温，保温时间为4-6h；
快速冷却，将铸锭转入冷却炉中，将铸锭冷却至室温，降温速率为400-800℃/h，得到铝合金铸棒；
所述快速升温的步骤还包括以下步骤：
将铝合金铸锭装入均热炉中，以150-280℃/h的升温速率，从室温开始升温至预定的均匀化保温温度。
2.如权利要求1的改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法，其特征在于，所述快速升温的步骤还包括以下步骤：
将铝合金铸锭装入均热炉中，分层堆垛铝合金铸锭于均热炉中，每层铝合金铸锭之间需要通过耐高温隔条进行分隔，同层的铝合金铸锭之间需要保持等距间隔，间距为30-90mm，使得铝合金铸锭能够均匀升温。
3.如权利要求1的改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法，其特征在于，所述快速冷却的步骤还包括以下步骤：
将铸锭转入冷却炉中，同时通过强风冷却和喷水冷却至室温，降温速率为400-800℃/h。
4.如权利要求3的改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法，其特征在于，所述将铸锭转入冷却炉中的步骤还包括以下步骤：
空冷，将铝合金铸棒从均匀化炉内取出，空冷5-10min，能够初步释放热应力；
风冷，将空冷后的铝合金铸棒推入冷却炉中，通过强风冷却10-20min，进一步释放热应力，且使高熔点弥散相适度析出；
水冷，通过喷水冷却将风冷后的铝合金铸棒冷却至室温，能够防止在敏感温度280-400℃之间析出大量粗大的Mg2Si相，以减少有效合金元素的损失，整个快速冷却步骤需要控制降温速率为400-800℃/h。
5.如权利要求1的改善6061铝合金挤压性的均匀化热处理方法，其特征在于，所述得到铸锭的步骤还包括以下步骤：
配料，将原铝锭、纯镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ti中间合金按上述重量比例进行称重备料；
合金化，将称重后的原铝锭、纯镁锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Cr中间合金、Al-Ti中间合金放置于熔炼炉内进行高温熔炼，当熔炼炉内温度达到750±5℃时，进行搅拌，搅拌均匀后进行除渣，得到铝合金液；
得到铸锭，将铝合金液静置30min，得到铸锭。
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