CN103060584A - 一种超细晶6061铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超细晶铝合金及其制备方法，获得超细晶结构的铝合金。本发明通过添加Mn元素和Cr元素调整6061铝合金成分的比例，经过熔铸、热挤压成型、热处理、拉伸矫直、锯切、检测等步骤获得无粗晶环的超细6061铝合金，从而阻止了粗晶的形成，获得的超细6061铝合金平均晶粒尺寸在30μm以下，本发明的制备方法易于操作，效果明显。
Description
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种超细晶铝合金及其制备方法，获得超细晶结构的铝合金。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，因其具有比重小、导热性好、易于成型、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、电力和电子工业、机械制造业以及石油化工等行业，其用量仅次于钢。
铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。形变铝合金能承受压力加工，可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等；形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。
6061 铝合金（主要成分在GB/T 3190-2008标准范围内），是一种含有镁和硅元素的合金材料，具有好的机械性质，可以进行热处理及焊接是目前应用最广的铝合金。6061铝合金热挤压制品在热挤压后的组织中形成粗大晶粒或淬火后，会在制品断面周边形成粗大的再结晶区，称为粗晶组织，它是铝合金挤压制品中常见的缺陷，导致后续加工过程中制品表面起皱、氧化后表面花斑、色差等问题，更为严重的是会造成铝合金材料的力学性能剧烈下降，在使用过程中过早失效，从而严重地限制了6061铝合金在高品质、高性能要求领域的应用。随着航空航天工业、汽车工业、电子工业等的迅速发展，对6061铝合金挤压制品的质量要求越来越高，既要求制品无粗晶环，又要求制品有较高的力学性能，如何保证6061铝合金在热挤压和热处理过程中组织细化是长期困扰国内外工程技术人员的技术难题。目前，对铝合金挤压制品粗晶组织的形成机理还没有形成一致共识，至今在生产现场还没有消除粗晶环的有效方法。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种超细晶6061铝合金，达到消除粗晶环的同时保持良好的机械性能。
本发明的另一目的在于提供一种超细晶6061铝合金的制备方法，达到抑制晶粒的尺寸生长，形成均匀的超细晶6061铝合金。
为实现上述目的本发明所采用的技术方案如下：
一种超细晶6061铝合金的制备方法，其顺次包括以下步骤
1）熔铸：将6061铝合金加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，搅拌均匀至物料完全熔化，其中按照重量百分比计Mn元素的添加量为0.11%-0.13%，Cr元素的添加量为0.2%-0.22%，余量为6061铝合金；上述熔化后的熔液注入模具中铸造形成反向挤压所需的圆锭坯；
2）热挤压成型：锭坯经热挤压在模具中形成所需形状的坯材；
3）热处理： 挤压成型的坯材进行T6热处理；
4）拉伸矫直；
5）锯切；
6）检测合格后获得成品。
本发明中添加了Mn元素和Cr元素，少量Mn元素和Cr元素的存在，可以有效形成均匀细小的弥散体，在加热过程中钉扎亚晶晶界，阻止晶界迁移，从而达到抑制晶粒尺寸生长的目的。同时添加Cr元素还可以抵消铜对抗蚀性的不良影响。
本发明中所采用的模具为平模。
由于6061铝合金在热挤压过程中产生粗晶的原因是热挤压过程中模具工作带部位对铝合金外层金属高温和强烈的摩擦，导致型材内、外层金属流动变形时存在较大应变速率差，从而使合金表面应变能聚集升高，外层组织发生粗化；热处理过程中，温升达到了6061合金再结晶激活温度，表面聚集的应变能得到释放，发生再结晶粗化现象，产生了外层粗晶。因此为了减少或降低内外层金属流动的差异，本发明采用的反向挤压可以实现金属的均匀流动，进一步防止发生结晶粗化现象；所述反向挤压步骤中锭坯温度为460-490℃，挤压筒温度为，420-450℃，平模温度为400-500℃。
本发明中，所述T6热处理中，固溶温度为525-540℃，保温1-3小时，冷却转移时间小于等于10秒，时效工艺在淬火后6小时内进行，时效温度为170-180℃，时间为6-10小时。
本发明中，所述拉伸矫直步骤中，拉伸量为1-5%。
一种超细晶6061铝合金，其包括6061铝合金和在6061铝合金中添加Mn元素和Cr元素，其中按照重量百分比计Mn元素的添加量为0.11%-0.13%，Cr元素的添加量为0.2%-0.22%，余量为6061铝合金；所述超细晶6061铝合金的晶粒平均尺寸为500nm-30μm。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过添加Mn元素和Cr元素调整6061铝合金成分的比例，在加热过程中达到抑制晶粒生长，从而阻止了粗晶的形成，获得的无粗晶环的超细6061铝合金平均晶粒尺寸在30μm以下，本发明的制备方法易于操作，效果明显。
下面结合具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
一种超细晶6061铝合金，其是顺次通过以下步骤制备而成
1）熔铸：将6061铝合金加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，搅拌均匀至物料完全熔化，其中按照重量百分比计Mn元素的添加量为0.11%，Cr元素的添加量为0.2%，余量为6061铝合金；上述熔化后的熔液注入模具中铸造形成反向挤压所需的圆锭坯；
2）热挤压成型：锭坯经热挤压在模具中形成所需形状的坯材；所述反向挤压步骤中锭坯温度为460℃，挤压筒温度为，420℃，平模温度为400℃；
3）热处理： 挤压成型的坯材进行T6热处理，所述T6热处理中，固溶温度为540℃，保温1小时，冷却转移时间为9秒，时效工艺在淬火后6小时内进行，时效温度为170℃，时间为10小时；
4）拉伸矫直，拉伸量为1%；
5）锯切；
6）检测合格后获得成品。
实施例2
一种超细晶6061铝合金，其是顺次通过以下步骤制备而成
1）熔铸：将6061铝合金加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，搅拌均匀至物料完全熔化，其中按照重量百分比计Mn元素的添加量为0.11%，Cr元素的添加量为0.2%，余量为6061铝合金；上述熔化后的熔液注入模具中铸造形成反向挤压所需的圆锭坯；
2）热挤压成型：锭坯经热挤压在模具中形成所需形状的坯材；所述反向挤压步骤中锭坯温度为490℃，挤压筒温度为， 450℃，平模温度为500℃；
3）热处理： 挤压成型的坯材进行T6热处理，所述T6热处理中，固溶温度为525℃，保温3小时，冷却转移时间9秒，时效工艺在淬火后6小时内进行，时效温度为170℃，时间为8小时；
4）拉伸矫直，拉伸量为5%；
5）锯切；
6）检测合格后获得成品。
实施例3
一种超细晶6061铝合金，其是顺次通过以下步骤制备而成
1）熔铸：将6061铝合金加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，搅拌均匀至物料完全熔化，其中按照重量百分比计Mn元素的添加量为0.11%，Cr元素的添加量为0.2%，余量为6061铝合金；上述熔化后的熔液注入模具中铸造形成反向挤压所需的圆锭坯；
2）热挤压成型：锭坯经热挤压与在模具中形成所需形状的坯材；所述反向挤压步骤中锭坯温度为480℃，挤压筒温度为，420℃，平模温度为450℃；
3）热处理： 挤压成型的坯材进行T6热处理，所述T6热处理中，固溶温度为530℃，保温2小时，冷却转移时间9秒，时效工艺在淬火后6小时内进行，时效温度为180℃，时间为6小时；
4）拉伸矫直，拉伸量为3%；
5）锯切；
6）检测合格后获得成品。
性能检测
对上述实施例1-3的成品进行检测，检测按照本领域常规方法进行，检测结果见表1。
表1：性能检测结果
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 极限抗拉强度(MPa) | 367 | 347 | 355 |
| 受拉屈服强度(MPa) | 289 | 278 | 281 |
| 延伸率% | 16 | 15 | 12 |
| 晶粒平均尺寸（μm） | 25 | 17 | 21 |
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种超细晶6061铝合金的制备方法，其特征在于其顺次包括以下步骤
1）熔铸：将6061铝合金加入到熔炼炉中，设置熔炼炉的温度，待炉料的温度上升至设定值并开始熔融时，将粉末状的Mn和Cr加入到熔炼炉中，搅拌均匀至物料完全熔化，其中按照重量百分比计Mn元素的添加量为0.11%-0.13%，Cr元素的添加量为0.2%-0.22%，余量为6061铝合金；上述熔化后的熔液注入模具中铸造形成反向挤压所需的圆锭坯；
2）热挤压成型：锭坯经热挤在模具中压形成所需的坯材；
3）热处理：挤压成型的坯材进行T6热处理；
4）拉伸矫直；
5）锯切；
6）检测合格后获得成品。
2. 根据权利要求1所述的超细晶6061铝合金的制备方法，其特征在于：所述反向挤压步骤中锭坯温度为460-490℃，挤压筒温度为，420-450℃，平模温度为400-500℃。
3.根据权利要求1所述的超细晶6061铝合金的制备方法，其特征在于：所述T6热处理中，固溶温度为525-540℃，保温1-3小时，冷却转移时间小于等于10秒，时效工艺在淬火后6小时内进行，时效温度为170-180℃，时间为6-10小时。
4.根据权利要求1所述的超细晶6061铝合金的制备方法，其特征在于：所述拉伸矫直步骤中，拉伸量为1-5%。
5.一种超细晶6061铝合金，其特征在于：其包括6061铝合金和在6061铝合金中添加Mn元素和Cr元素，其中按照重量百分比计Mn元素的添加量为0.11%-0.13%，Cr元素的添加量为0.2%-0.22%，余量为6061铝合金；所述超细晶6061铝合金的晶粒平均尺寸为500nm-30μm。
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