CN103343304A - 一种提高6000系铝合金薄板拉伸性能的形变热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铝合金形变热处理技术领域，尤其适用于提高6000系铝合金薄板的拉伸性能。本发明以进一步提高6000系铝合金拉伸性能为目的，提供一种形变热处理工艺，其主要特征在于6000系铝合金薄板最终成型之前，首先进行固溶处理和淬火，然后采用大变形量冷轧至薄板最终厚度。经此处理的薄板，再进行固溶处理、淬火及峰值时效，能够大幅度提高6000系铝合金薄板强度，同时保持良好的塑性。

Description

一种提高6000系铝合金薄板拉伸性能的形变热处理方法

技术领域

本发明属于铝合金形变热处理技术领域，尤其适用于提高6000系铝合金薄板的拉伸性能。

背景技术

6000系铝合金，如6063、6061、6082、6005、6013等，属于析出强化型合金，具有低密度、中等强度、以及良好的焊接性和成型性，是一种广泛用于航天航空、交通、建筑和机械制造等领域的工业铝型材。

对于析出强化型铝合金，为了获得高强度，通常进行T6处理，也就是将合金固溶处理及淬火之后，立即在一定温度下时效处理一定时间，使固溶处理及淬火形成的过饱和固溶体，逐渐分解出高密度的不同性质的纳米级析出相，如GP区、β″、β′、Q′等，从而对位错滑移产生强烈阻碍作用，使合金获得高强度。由于在T6状态下，铝合金析出相的数量主要取决于合金元素的含量高低，也就是说合金成分一定时，其最大时效强度也基本确定；如果通过增加合金元素含量来提高合金强度，常会造成合金铸造性能、成型性能、焊接性能等变差，而且添加量也受到元素溶解度极限限制。因此，如何在不改变合金成分的前提下，进一步提高6000系合金拉伸性能，具有重要的工业应用价值。

为了在不改变合金成分的前提下进一步提高铝合金强度，目前主要采用强塑性变形的方法。例如，等通道挤压、高压扭转以及累积轧制等。但是，这些强塑性变形方法或无法生产大尺寸板材，或装备要求高，或工序繁杂，目前还难以真正实现工业化生产；而且，这些强塑性变形方法常常引入大量的位错，导致合金强度虽然得到显著提高，而合金塑性则显著降低。因此，如何在提高合金强度的基础上，仍能保持良好的塑性，对扩大6000系铝合金的应用范围具有重要意义。

发明内容

本发明以进一步提高6000系铝合金拉伸性能潜力为目的，提供一种形变热处理工艺，其主要特征在于6000系铝合金薄板最终成型之前，首先进行固溶处理和淬火，然后采用大变形量冷轧至薄板最终厚度，经此处理的薄板，再进行固溶处理、淬火及峰值时效处理，能够大幅度提高6000系铝合金薄板强度，同时保持良好的塑性。

本发明采用的技术方案如下：

一种提高6000系铝合金薄板拉伸性能的形变热处理方法，步骤为：

（1）固溶处理：首先将6000系铝合金板材进行固溶处理，目的是将铝合金中粗大第二相粒子溶入基体，消除粗大粒子对冷轧变形的影响，并形成高温固溶体。

（2）淬火：将板材快速冷却至室温，防止冷却过程中合金元素重新析出粗大粒子，并形成室温过饱和固溶体。

（3）冷轧变形：将淬火态铝合金板材在常温下通过大变形量冷轧变形至最终薄板的板厚要求，使晶粒组织形成强烈的轧制织构。

（4）重复步骤（1）固溶处理和步骤（2）淬火，以消除冷轧变形时产生的位错组织，并形成室温过饱和固溶体。

（5）将步骤（4）处理后合金板材进行T6峰值时效处理，使过饱和固溶体析出纳米级的GP区、β″等强化相。

为了既保证粗大第二相粒子能够充分溶入基体，又不造成板材过烧，作为优选，步骤（1）所述的固溶处理温度为530℃-560℃，固溶时间为1-4h。

为了避免冷却速度过慢造成合金元素重新形成尺寸粗大的第二相粒子，作为优选，步骤（2）所述的淬火处理应采用水冷或风冷等快速冷却方式。

为了获得强轧制织构取向，作为优选，步骤（3）所述的冷轧变形量不小于60%，最大冷轧变形量应保证冷轧时板材不开裂。

作为优选，所述的步骤（4）具体工艺条件为固溶处理温度为530℃-560℃，固溶处理时间1-4h后，采用水冷或风冷的方式淬火。

为了获得峰值时效强化效果，作为优选，步骤（5）的时效温度应为160℃-200℃，时效时间则根据该时效温度下的硬度最高值进行选择。

本发明的有益效果是：本技术方案不仅能够保留6000系铝合金的时效强化效果，还能保留较高的轧制织构，同时消除变形所产生的位错。因此，经本发明处理的合金板材不仅强度高，同时能保持良好的塑性且适合工业化生产。

附图说明

图1本发明的工艺流程示意图；

图2为基体析出特征TEM照片；

其中（a）为按比较例1处理的基体析出特征，（b）为按实施例1处理的基体析出特征；

图3拉伸断口形貌SEM照片；

其中（a）为按比较例1处理的拉伸断口形貌SEM照片，（b）为按实施例1处理的拉伸断口形貌SEM照片。

具体实施方式

本发明以6061、6063及6013铝合金热轧板材为原始材料进行案例实施，板材原始厚度均为6mm。拉伸性能测试方法：按国标GB/T24182-2009（金属力学性能试验），在WDT-30拉伸试验机上进行。拉伸断口形貌观察在JSM-6510扫描电镜上进行。微观组织观察在FEI G²20透射电镜上进行。采用X射线衍射仪进行平均泰勒因子测定和计算。

图1所示为本发明的工艺流程示意图，主要包括以下步骤：固溶处理，固溶温度在530℃-560℃，固溶时间为1-4h；淬火，水冷或风冷；冷轧变形，冷轧至最终板厚要求，并保证变形量在60%以上及板材不开裂；再次进行固溶处理及淬火后，然后进行T6峰值时效。

比较例1：

6061铝合金热轧板材，经450℃/2h再结晶退火后，冷轧变形量为75%。之后，经550℃/1h固溶处理及水淬后，180℃/6h时效。此时，合金拉伸性能见表1，基体析出相见图2a，拉伸断口形貌见图3a。比较例1是目前6061合金板材的常规生产工艺，其与本发明的主要区别在于板材冷轧成型前是经历了再结晶退火，而本发明所进行的是固溶处理及淬火。

实施例1：

6061铝合金热轧板材，经550℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为75%。之后，再经550℃/1h固溶处理及水淬后，180℃/6h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表1，基体析出相见图2b，拉伸断口形貌见图3b。

从图2可以看出，比较例1和实施例1两种工艺处理的合金T6状态下基体析出相均主要是β″相以及极少量的Q′，表明本发明处理不影响6061合金时效析出行为，也就是说不影响其时效强化效果。

从图3可以看出，比较例1和实施例1两种工艺处理的合金T6状态下拉伸断口均为韧窝型穿晶断口，表明经本发明处理后的6061合金同样具有良好的塑性。表1中延伸率数据也证实了这一点。

另外，经X射线衍射测定，比较例1和实施例1的平均泰勒因子分别为2.68和3.29。由此可见，本发明技术方案能够获得更高的织构强化效果，因此，实施例1处理的合金具有更高的强度。

实施例2：

6061铝合金热轧板材，560℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为60%；之后，再经560℃/1h固溶处理及水淬后，170℃/10h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表1。

实施例3：

6061铝合金热轧板材，经530℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为80%；之后，再经530℃/1h固溶处理及水淬后，160℃/18h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表1。

实施例4：

6061铝合金热轧板材，经550℃/1h固溶处理及风冷后，冷轧变形量75%；之后，再经550℃/1h固溶处理及水淬后，190℃/4h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表1。

实施例5：

6061铝合金热轧板材，经530℃/4h固溶处理及风冷后，冷轧变形量90%；之后，再经530℃/4h固溶处理及风冷后，180℃/6h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表1。

实施例6：

6061铝合金热轧板材，经560℃/4h固溶处理及水淬后，冷轧变形量60%；之后，再经560℃/4h固溶处理及水淬后，200℃/2h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表1。

实施例7：

6061铝合金热轧板材，经550℃/2h固溶处理及风冷后，冷轧变形量85%；之后，再经550℃/2h固溶处理及风冷后，180℃/6h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表1。

实施例8：

6061铝合金热轧板材，经540℃/2h固溶处理及风冷后，冷轧变形量75%；之后，再经540℃/2h固溶处理及风冷后，160℃/18h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表1。

比较例2：

6063铝合金热轧板材，经450℃/2h再结晶退火后，冷轧变形量为80%。之后，经550℃/1h固溶处理及水淬后，160℃/16h时效。此时，合金拉伸性能见表1。比较例1是目前6063合金板材的常规生产工艺。

实施例9：

6063铝合金热轧板材，经550℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为80%。之后，再经550℃/1h固溶处理及水淬后，160℃/16h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表2。

实施例10：

6063铝合金热轧板材，经540℃/2h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为60%。之后，再经550℃/1h固溶处理及水淬后，180℃/6h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表2。

实施例11：

6063铝合金热轧板材，经540℃/2h固溶处理及风冷后，冷轧变形量为65%。之后，再经550℃/1h固溶处理及风冷后，190℃/4h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表2。

实施例12：

6063铝合金热轧板材，经530℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为85%。之后，再经530℃/1h固溶处理及水淬后，200℃/2h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表2。

实施例13：

6063铝合金热轧板材，经550℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为90%。之后，再经550℃/1h固溶处理及水淬后，160℃/16h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表2。

实施例14：

6063铝合金热轧板材，经560℃/4h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为75%。之后，再经560℃/4h固溶处理及水淬后，190℃/4h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表2。

实施例15：

6063铝合金热轧板材，经530℃/1h固溶处理及风冷后，冷轧变形量为70%。之后，再经530℃/1h固溶处理及风冷后，180℃/6h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表2。

实施例16：

6063铝合金热轧板材，经560℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为60%。之后，再经560℃/1h固溶处理及水淬后，200℃/2h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表2。

比较例3：

6013铝合金热轧板材，经480℃/2h再结晶退火后，冷轧变形量为60%。之后，经540℃/1h固溶处理及水淬后，175℃/8h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表3。比较例3是目前6013合金板材的常规生产工艺。

实施例17：

6013铝合金热轧板材，经530℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为60%。之后，再经540℃/1h固溶处理及水淬后，175℃/8h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表3。

实施例18：

6013铝合金热轧板材，经530℃/4h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为90%。之后，再经530℃/4h固溶处理及水淬后，160℃/16h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表3。

实施例19：

6013铝合金热轧板材，经560℃/1h固溶处理及风冷后，冷轧变形量为60%。之后，再经560℃/1h固溶处理及风冷后，170℃/10h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表3。

实施例20：

6013铝合金热轧板材，经550℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为90%。之后，再经550℃/1h固溶处理及水淬后，165℃/10h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表3。

实施例21：

6013铝合金热轧板材，经550℃/2h固溶处理及风冷后，冷轧变形量为85%。之后，再经550℃/2h固溶处理及风冷后，180℃/6h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表3。

实施例22：

6013铝合金热轧板材，经550℃/1h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为75%。之后，再经550℃/1h固溶处理及水淬后，190℃/4h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表3。

实施例23：

6013铝合金热轧板材，经560℃/4h固溶处理及水淬后，冷轧变形量为60%。之后，再经560℃/4h固溶处理及水淬后，200℃/2h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表3。

实施例24：

6013铝合金热轧板材，经560℃/1h固溶处理及风冷后，冷轧变形量为70%。之后，再经560℃/1h固溶处理及风冷后，160℃/16h峰值时效。此时，合金拉伸性能见表3。

表16061铝合金薄板拉伸性能

表26063铝合金薄板拉伸性能

表36013铝合金薄板拉伸性能

虽然本发明以6061、6063和6013三种铝合金来进行应用举例，但是本发明技术路线可以应用到6056、6082、6010等其他6000系铝合金。在应用本发明时，进行适当工艺参数调整即可。

Claims (6)

1.一种提高6000系铝合金薄板拉伸性能的形变热处理方法，其特征在于：步骤为（1）固溶处理；（2）淬火；（3）冷轧变形；（4）重复步骤（1）和（2）；（5）T6峰值时效处理。

2.根据权利要求1所述的提高6000系铝合金薄板拉伸性能的形变热处理工艺，其特征在于：步骤（1）所述的固溶处理温度为530℃-560℃，固溶处理时间为1-4h。

3.根据权利要求1所述的提高6000系铝合金拉伸性能的形变热处理方法，其特征在于：步骤（2）所述的淬火处理可以采用水冷或风冷方式。

4.根据权利要求1所述的提高6000系铝合金薄板拉伸性能的形变热处理方法，其特征在于：步骤（3）所述的冷轧变形量不小于60%，最大冷轧变形量应保证板材不发生开裂。

5.根据权利要求1所述的提高6000系铝合金薄板拉伸性能的形变热处理方法，其特征在于：所述的步骤（4）具体工艺条件为固溶处理温度为530℃-560℃，固溶处理1-4h后采用水冷或风冷的方式淬火。

6.根据权利要求1所述的提高6000系铝合金薄板拉伸性能的形变热处理方法，其特征在于：步骤（5）所述的T6峰值时效处理温度为160℃-200℃，时效时间根据时效温度下的硬化曲线最高值进行选择。

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