CN102059266A

CN102059266A - 一种铝合金型材挤压变形方法

Info

Publication number: CN102059266A
Application number: CN 201010554114
Authority: CN
Inventors: 张文丛; 于洋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2011-05-18

Abstract

本发明涉及一种铝合金型材挤压变形方法，首先将铝合金坯料加热至100℃～200℃，保温，预热挤压模具，使挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度50℃～150℃，而后将铝合金坯料放入挤压模具中，在挤压比为8～42、挤压模冲头速度为20～30mm·s^-1的条件下进行挤压。本发明铝合金挤压后的强韧性等综合性能均有较大提高，具有工艺简单、成本低、能耗低、生产效率高，并且使铝合金强韧性大幅提高的优点，可以生产铝合金铝合金棒材、丝材、板材、管材等型材。

Description

一种铝合金型材挤压变形方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料塑性加工方法，具体地说是一种铝合金型材挤压变形方法。

背景技术

我们知道，铝合金具有密度小、比强度高、导电和导热性好、易于成形及价格低廉等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最多的合金。自从电解铝技术获得应用以来，世界铝业得到了迅猛的发展，铝合金已成为最常用的两种工业合金之一。同时铝合金是一种较“年轻”的金属材料，在20世纪初才开始规模化的工业应用。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为实际应用的第二大金属材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料及高效率成形工艺的结果。刘静安、刘志铭在《铝加工》2008，(2)4-8发表了“铝合金挤压工业及技术和装备发展现状与趋势”一文，其中介绍了铝合金挤压型材在汽车、船舶、铁路、航空、航天等工业领域以及建筑等民用领域越来越显示出其重要地位。目前，国际上铝合金型材挤压技术发展迅速，世界各发达国家已装备了各种形式、各种结构、不同吨位的铝型材挤压机，铝型材挤压正在向大型化、复杂化、精密化、多品种、多规格、多用途方向发展，挤压生产也日趋连续化、自动化和专业化。目前，不仅发展了一些先进的特殊结构的大型挤压机，而且研制了多种类型的挤压结构的模具以及新的挤压工艺，并能挤压出各种外形复杂的实心和空心制品。

我们还知道，传统铝合金型材塑性加工方法是热挤压，其基本操作规程是将铝合金坯料加热到一定温度放入模具中，模具预热温度一般低于铝合金坯料加热温度，也就是说铝合金坯料心部温度明显高于铝合金坯料表面温度，加上模具内表面摩擦影响，使挤压时铝合金坯料心部金属变形流动速度明显高于坯料表面，造成显著的塑性变形不均匀，从而使得组织及性能不均匀，材料各向异性明显。尤为重要的是，在300～450℃温度挤压时，铝合金大塑性变形后发生动态回复再结晶，特别是伴随剧烈摩擦导致的显著温升，使得挤出棒材或型材晶粒粗大，导致主要性能指标如强度和伸长率较低。

我国的铝型材挤压技术起步较晚，尽管目前已有上千家生产铝型材的国有企业，拥有多台万吨挤压机，但无论从挤压产品的性能还是从生产效率和标准化程度来看，都与世界先进水平存在较大差距。为此，寻找低成本、高效、高强韧、可进一步塑性加工成型的生产铝合金棒材、丝材、板材、管材、异型材等新的工艺方法，正成为国内外广泛关注的研发课题。要提高铝合金综合性能，最佳途径是细化铝合金组织；只有使铝合金晶粒细化到10μm以下，才有可能大幅提高铝合金综合性能，并且还有利于后续热处理强化或二次塑性加工成型零件。近几十年来为了提高铝合金的性能，人们把注意力和努力的方向集中在两个不同但相互平行的方向:一是考虑铝合金的时效强化过程，通过加入新的合金化元素如RE(稀土)、Zr、Sc和Ag等析出新的强化相来提高铝合金的性能，另一方向就是发展新的金属塑性加工工艺来控制组织进而提高合金机械性能。强塑性变形(SPD)方法作为一种能够明显提高铝合金综合性能的加工技术引起了人们的广泛关注。参见《材料导报》2007，21(4)60-64“塑性变形在铝合金中的研究进展”一文。所谓强塑性变形(SPD)就是使块体材料在不明显改变其尺寸条件下而获得非常高的应变的加工方法，这种方法能够强烈地细化晶粒，通常晶粒大小在0.1~1μm。组织细化使铝合金材料同时具有高强度和良好的塑性及韧性的综合优异性能。到目前为止，人们发展了多种不同的SPD方法，即等径角挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、多向锻造、扭转挤压、周期挤压、往复挤压、反复折皱和校直(RCS)、累积轧制(ARB)和摩擦搅拌等。这些强塑性变形方法可以使铝合金晶粒细化到亚微米数量级，但这些方法成本高，工艺复杂，对设备要求高，很难用于大批量生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有铝合金挤压存在显著的塑性变形不均匀、晶粒细化效果不显著、挤压时易开裂的缺点，提供一种工艺简单、成本低、生产效率高、能耗低，并使铝合金强韧性大幅提高的铝合金型材挤压变形方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种铝合金型材挤压变形方法，其特征在于它按照下述步骤进行加工：首先将铝合金坯料加热至100℃～200℃，保温，预热挤压模具，使挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度50℃～150℃，而后将铝合金坯料放入挤压模具中，在挤压比为8～42、挤压模冲头速度为20～30mm·S^-1的条件下进行挤压。

本发明控制挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度50℃～150℃，这样挤压时，铝合金坯料表面温度明显高于铝合金坯料心部温度。铝合金坯料形成表面高于心部的逆向温度梯度，本发明称之为逆向梯度温度场。对照现有技术，本发明采用逆向梯度温度场挤压铝合金，改善了变形的不均匀性，使挤压件尾部凹坑变小；可大幅度细化晶粒，铝合金挤压后的强韧性均有较大提高，伸长率可达到40%以上，比传统热挤压铝合金件伸长率有较大提高，其延伸率至少提高60%，有利于实现铝合金后续的热处理或二次塑性加工成型零件。本发明不仅适用于挤压成形铝合金的棒材、板材、管材、型材。也适用于镁合金、锌合金、铜合金等低熔点合金。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

本发明一种铝合金型材挤压变形方法，首先将铝合金坯料加热至100℃～200℃，保温，预热挤压模具，使挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度50℃～150℃，铝合金坯料尺寸较大时温度差取上限，铝合金坯料尺寸较小时温度差取下限。为了减小摩擦，挤压模具的表面采取油基石墨或石墨乳润滑。将加热的铝合金坯料放入模具中，然后在挤压比为8～42、挤压模冲头速度为20～30mm·S^-1的条件下进行挤压。本发明挤压比在8～42范围均可实现，不产生裂纹；选择大挤压比时，必须考虑挤压时热效应产生的温升影响。逆向梯度温度场挤压过程开始时，铝合金坯料心部金属流动速度明显低于铝合金坯料边部金属流动速度，由于挤压升温及挤压过程热传导比开始加快，使挤压坯料后半部分的坯料表面与心部温度差减小，也就是说挤压过程逆向梯度温度场的温度梯度是变化的。为了保证整个挤压过程始终在逆向梯度温度场状态，选择高的挤压速度是有利的。为此本发明的挤压速度高于传统挤压速度，选择在20～30mm·S^-1。

本发明挤压时，铝合金坯料表面温度明显高于铝合金坯料心部温度，称之为逆向梯度温度场。与传统铝合金热挤压工艺方法不同，由于逆向梯度温度场挤压铝合金改善了变形的不均匀性，使挤压件尾部凹坑变小；由于逆向温度场挤压变形相对较均匀，因此挤压件的晶粒大小也较均匀，防止了挤压棒材粗晶环形成。按本发明给出的逆向梯度温度场挤压铝合金，挤压比在8～42时可细化晶粒到10μm以下，最佳可控制在5μm左右。逆向梯度温度场挤压与一般热挤压相比可大幅度细化晶粒，因此一般铝合金挤压后的强韧性均有较大提高，伸长率可达到40%以上，比传统热挤压铝合金件伸长率有较大提高，其延伸率至少提高60%，有利于实现铝合金后续的热处理或二次塑性加工成型零件。本发明不仅适用于铝合金，也适用于镁合金、锌合金、铜合金等低熔点合金。本方法可以一次挤压成形，挤压速度较快，可提高材料利用率10～20%。本发明具有工艺简单、成本低、生产效率高、能耗低，并使铝合金强韧性提高幅度较大的优点。适用于挤压成形铝合金的棒材、板材、管材、型材。

实施例1：选择1035铝合金，铝合金坯料尺寸 Φ52×60mm，将铝合金坯料加热至150℃后保温0.5h，挤压模具预热至250℃，此时挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度100℃。挤压模具内表面涂油基石墨润滑。将铝合金坯料放入模具中进行挤压，挤压比为8，挤压冲头运动速度为30mm·S^-1，挤压力为500MPa。挤出得到棒材Φ18mm。

本实施例挤压后1035铝合金的晶粒尺寸在10μm以下。挤压的材料性能为：室温抗拉强度σ_b：135MPa，伸长率δ：48%；抗拉强度σ_b最高可达152MPa，伸长率达到49%。

实施例2：选择3A21铝合金，铝合金坯料尺寸 Φ52×60mm，将铝合金坯料加热至200℃后保温0.5h，挤压模具预热至350℃，此时挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度150℃。挤压模具内表面涂油基石墨润滑。将铝合金坯料放入模具中进行挤压，挤压比为16，挤压冲头运动速度为30mm·S^-1，挤压力为700Mpa。挤出得到棒材Φ13mm。

本实施例挤压后3A21铝合金的晶粒尺寸在5μm～10μm。挤压的材料性能为：室温抗拉强度σ_b：130MPa，伸长率δ：40%；抗拉强度σ_b最高可达142MPa，伸长率达到45%。

实施例3：选择6000系合金6063铝合金，铝合金坯料尺寸 Φ52×60mm，将铝合金坯料加热至100℃后保温1h，挤压模具预热至150℃，此时挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度50℃；挤压模具内表面涂油基石墨润滑；将铝合金坯料放入模具中进行挤压，挤压比为25，挤压冲头运动速度为20mm·S^-1，挤压力为900MPa，挤出得到棒材Φ10.4mm。

挤压后6063铝合金的晶粒尺寸在5μm～10μm。挤压的材料性能为：室温抗拉强度σ_b：220MPa，伸长率δ：20%，抗拉强度σ_b最高可达240MPa，伸长率达到24%。

实施例4：选择6000系合金6063铝合金，铝合金坯料尺寸 Φ52×60mm，将铝合金坯料加热至200℃后保温1.5h，挤压模具预热至350℃，此时挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度150℃；挤压模具内表面涂油基石墨润滑；将铝合金坯料放入模具中进行挤压，挤压冲头运动速度为30mm·S^-1，挤压比为42，挤出后棒材Φ8mm，挤压力为1000MPa。

挤压后6061铝合金的晶粒尺寸在2μm～5μm，挤压的材料性能为：抗拉强度σ_b：340MPa，伸长率δ：22%，抗拉强度σ_b最高可达390MPa，伸长率达到26%。

Claims

1.一种铝合金型材挤压变形方法，其特征在于它按照下述步骤进行加工：首先将铝合金坯料加热至100℃～200℃，保温，预热挤压模具，使挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度50℃～150℃，而后将铝合金坯料放入挤压模具中，在挤压比为8～42、挤压模冲头速度为20～30mm·S^-1的条件下进行挤压。

2.根据权利要求1所述的铝合金型材挤压变形方法，其特征在于挤压模具的内表面涂有油基石墨或石墨乳润滑。

3.根据权利要求1所述的铝合金型材挤压变形方法，其特征在于挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度150℃。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金型材挤压变形方法，其特征在于挤压比为为8或16或25或42。