CN104131202A - 6061铝合金模锻件的短流程制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种6061铝合金模锻件的短流程制备方法,主要包括如下步骤:合金成分优化—熔炼—熔体净化—液态模锻成型—脱模、修边、出孔—热处理强化—机械加工—表面处理;本方法缩短了生产流程,工件通过液态模锻一次成形,不仅改善了产品的外观质量,提高了工件的力学性能,还降低了工件的制造成本,节约了能源,经济效益和社会效益明显。

Description

6061铝合金模锻件的短流程制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于液态模锻领域,具体涉及一种6061铝合金模锻件的短流程制备方法。
背景技术
[0002] 6061铝合金是变形铝合金6XXX中用途最广泛的合金之一,合金元素主要为Mg与Si,其中以Mg2Si相为强化相且可热处理的中等强度铝合金具有耐蚀性高、无应力腐蚀破裂倾向、可焊、成形性和工艺性能良好等优点,是要求具有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构件制造的首选材料,广泛用于汽车、船舶、轨道交通、电力工业、建筑等领域。
[0003] 材料成型方法以热挤压、拉拔、锻压为主。以锻压方法制造的6061铝合金部件及机械零件具有耐受力大、力学性能高等特点,在飞机、坦克、汽车上的重要零部件多有采用。
[0004] 传统的6061铝合金锻压方法以固态模锻为主,即先铸后锻,大致的工艺过程为:合金溶炼一铸棒淀一定量切还一还料预热一初始锻压一终锻成形一修边一热处理一加工—表面抛光或涂膜处理。固态模锻方法生产的铝合金零部件虽然在质量上占有优势,但所需要的锻压机械庞大,还需有配套的加热装置等辅助设备,相对生产流程长、设备复杂、耗能高、污染环境且投资大。
发明内容
[0005] 有鉴于此,本发明的目的在于提供一种可提高工件力学性能、降低工件制造成本的短流程制备方法。
[0006] 为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:一种6061铝合金模锻件的短流程制备方法,主要包括如下步骤:
[0007] (I)合金成分优化:优化6061铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例,并控制杂质元素的含量,其中:S1.50 ~0.75%, Fe < 0.25%, Cu0.2 ~0.25%, Mg0.90 ~L 1%,Cr0.05~0.25%,其他单个杂质< 0.04, Sr及Ti作变质和细化处理;
[0008] (2)熔炼;
[0009] (3)熔体净化 :6061铝合金熔体以高效熔剂精炼进行炉内除气、除渣,使熔体清洁无杂;
[0010] (4)液态模锻成型:浇注温度为690~730°C,模具预热温度为280~320°C,单坯精确定量浇注,合模充型加压时间为10~30s,压力为18~22MPa,加压速度为0.1~0.3m/s,冷却时间为10~40s ;
[0011] (5)脱模、修边、出孔;
[0012] (6)热处理强化:将6061铝合金合金工件加热到530±5°C恒温保持3~6h,在30~80°C水温下快速冷却至175±5°C,恒温保持3~18h ;
[0013] (7)机械加工;
[0014] (8)表面处理。
[0015] 进一步,所述步骤(3)中还包括在线处理过程,经高效熔剂精炼净化后的6061铝合金熔体再采用GBF法在线除气。
[0016] 进一步,所述步骤(8)中的表面处理具体为:先以精密车削获得镜面,再进行无铬钝化防护。
[0017] 本发明的有益效果在于:
[0018] (I)与传统锻压方法相比,本方法缩短了生产流程,铸锻合一,工件通过液态模锻一次成形,不仅提高了工件的力学性能,还降低了工件的制造成本;
[0019] (2)通过优化合金的化学成分和熔体净化技术,改善了合金的金相结构,不仅改善了产品的外观质量,还极大的消除了产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷;
[0020] (3)生产效率高,工艺成本低、节约了能源、对环境污染小,经济效益和社会效益明显。
具体实施方式
[0021] 下面以制造尺寸大、结构较复杂的整体商用汽车及特种功能车的6061铝合金模锻车轮为例对模锻件的短流程制备方法进行详细说明。
[0022] 实施例1
[0023] 本实施例的6061铝合金模锻件的短流程制备方法主要包括以下步骤:
[0024] (I)合金成分优化:优化6061铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例,并控制杂质元素的含量,其中:S1.50%, Fe < 0.1%, Cu0.2%, Mg0.90%, Cr0.05%,其他单个杂质(0.02,Sr及Ti作变质和细化处理;合理控制杂质元素的含量,可改善6061铝合金的性倉泛。
[0025] (2)熔炼。
[0026] (3)熔体净化:6061铝合金熔体以高效熔剂精炼进行炉内除气、除渣并采用GBF法在线除气,使熔体清洁无杂;清除铝合金熔液内部的杂质和气体,可进一步提高合金纯度,改善合金的金相结构,消除产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷,同时提升工件的表面质量。
[0027] (4)液态模锻成型:浇注温度为690°C,模具预热温度为280°C,单坯精确定量浇注,合模充型加压时间为10s,压力为18MPa,加压速度为0.lm/s,冷却时间为1s ;通过各参数的控制,可改善工件内部的结晶质量,保证液锻过程产生的工件具有较强的综合力学性倉泛。
[0028] (5)脱模、修边、出孔;
[0029] (6)热处理强化:将6061铝合金合金工件加热到525°C恒温保持5h,在30°C水温下快速冷却至170°C,恒温保持13h,即先固溶处理再人工时效,使内部组织分布更加均匀,消除或减小淬火后工件内的微观应力及机械加工残余应力,防止变形及开裂,稳定组织。
[0030] (7)机械加工;
[0031] (8)表面处理。先以精密车削获得镜面,再进行无铬钝化防护;提高工件的抗腐蚀能力。
[0032] 实施例2
[0033] 本实施例的6061铝合金模锻件的短流程制备方法主要包括以下步骤:
[0034] (I)合金成分优化:优化6061铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例,并控制杂质元素的含量,其中:S1.60%, Fe < 0.15%, Cu0.22%, Mgl.0%, Cr0.1%,其他单个杂质(0.03,Sr及Ti作变质和细化处理;合理控制杂质元素的含量,可改善6061铝合金的性倉泛。
[0035] (2)熔炼。
[0036] (3)熔体净化:6061铝合金熔体以高效熔剂精炼进行炉内除气、除渣并采用GBF法在线除气,使熔体清洁无杂;清除铝合金熔液内部的杂质和气体,可进一步提高合金纯度,改善合金的金相结构,消除产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷,同时提升工件的表面质量。
[0037] (4)液态模锻成型:浇注温度为710°C,模具预热温度为295°C,单坯精确定量浇注,合模充型加压时间为15s,压力为19MPa,加压速度为0.2m/s,冷却时间为20s ;通过各参数的控制,可改善工件内部的结晶质量,保证液锻过程产生的工件具有较强的综合力学性倉泛。
[0038] (5)脱模、修边、出孔;
[0039] (6)热处理强化:将6061铝合金合金工件加热到530°C恒温保持4h,在50°C水温下快速冷却至175°C,时恒温保持9h,即先固溶处理再人工时效,使内部组织分布更加均匀,消除或减小淬火后工件内的微观应力及机械加工残余应力,防止变形及开裂,稳定组织。
[0040] (7)机械加工;
[0041] (8)表面处理。先以精密车削获得镜面,再进行无铬钝化防护;提高工件的抗腐蚀能力。
[0042] 实施例3
[0043] 本实施例的6061铝合金模锻件的短流程制备方法主要包括以下步骤:
[0044] (I)合金成分优化:优化6061铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例,并控制杂质元素的含量,其中:S1.70%, Fe < 0.20%, Cu0.24%, Mgl.0%, Cr0.2%,其他单个杂质(0.03,Sr及Ti作变质和细化处理;合理控制杂质元素的含量,可改善6061铝合金的性倉泛。
[0045] (2)熔炼。
[0046] (3)熔体净化:6061铝合金熔体以高效熔剂精炼进行炉内除气、除渣并采用GBF法在线除气,使熔体清洁无杂;清除铝合金熔液内部的杂质和气体,可进一步提高合金纯度,改善合金的金相结构,消除产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷,同时提升工件的表面质量。
[0047] (4)液态模锻成型:浇注温度为720°C,模具预热温度为310°C,单坯精确定量浇注,合模充型加压时间为20s,压力为20MPa,加压速度为0.15m/s,冷却时间为30s ;通过各参数的控制,可改善工件内部的结晶质量,保证液锻过程产生的工件具有较强的综合力学性能。
[0048] (5)脱模、修边、出孔;
[0049] (6)热处理强化:将6061铝合金合金工件加热到530°C恒温保持6h,在70°C水温下快速冷却至175°C,恒温保持18h,即先固溶处理再人工时效,使内部组织分布更加均匀,消除或减小淬火后工件内的微观应力及机械加工残余应力,防止变形及开裂,稳定组织。
[0050] (7)机械加工;
[0051] (8)表面处理。先以精密车削获得镜面,再进行无铬钝化防护;提高工件的抗腐蚀能力。
[0052] 实施例4
[0053] 本实施例的6061铝合金模锻件的短流程制备方法主要包括以下步骤:
[0054] (I)合金成分优化:优化6061铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例,并控制杂质元素的含量,其中:S1.75%,Fe < 0.25%, Cu0.25%,Mgl.1 %, Cr0.25%,其他单个杂质(0.04,Sr及Ti作变质和细化处理;合理控制杂质元素的含量,可改善6061铝合金的性倉泛。
[0055] (2)熔炼。
[0056] (3)熔体净化:6061铝合金熔体以高效熔剂精炼进行炉内除气、除渣并采用GBF法在线除气,使熔体清洁无杂;清除铝合金熔液内部的杂质和气体,可进一步提高合金纯度,改善合金的金相结构,消除产品中的缩孔、疏松、气孔、裂纹等内部缺陷,同时提升工件的表面质量。
[0057] (4)液态模锻成型:浇注温度为730°C,模具预热温度为320°C,单坯精确定量浇注,合模充型加压时间为30s,压力为22MPa,加压速度为0.3m/s,冷却时间为40s ;通过各参数的控制,可改善工件内部的结晶质量,保证液锻过程产生的工件具有较强的综合力学性倉泛。
[0058] (5)脱模、修边、出孔;
[0059] (6)热处理强化:将6061铝合金合金工件加热到535°C恒温保持3h,在80°C水温下快速冷却至180°C,恒温保持3h,即先固溶处理再人工时效,使内部组织分布更加均匀,消除或减小淬火后工件内的微观应力及机械加工残余应力,防止变形及开裂,稳定组织。
[0060] (7)机械加工;
[0061] (8)表面处理。先以精密车削获得镜面,再进行无铬钝化防护;提高工件的抗腐蚀能力。
[0062] 液态模锻具有以下工艺特点:1)可以消除铸件内部的气孔、缩孔和疏松等缺陷,产生局部的塑性变形,使铸件组织致密;2)工件表面光洁度和尺寸精度高,其级别能达到压铸件的水平;3)液态模锻件在凝固过程中,各部位处于压应力状态,有利于铸件的补缩和防止铸造裂纹的产生;4)液态模锻工艺简单,可有效降低成本,提高环件的材料利用率,铸件机械性能好、生产效率高等优点。采用本方法制成的6061铝合金车轮,不仅力学性能好,且成本低廉,十分适合批量生产。
[0063] 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 (3)

1.一种6061铝合金模锻件的短流程制备方法,其特征在于主要包括如下步骤: (1)合金成分优化:优化6061铝合金中Mg/Si比和其他合金元素比例,并控制杂质元素的含量,其中:S1.50 ~0.75%,Fe < 0.25%,Cu0.2 ~0.25%, Mg0.90 ~1.1%,Cr0.05~0.25%,其他单个杂质< 0.04, Sr及Ti作变质和细化处理; (2)熔炼; (3)熔体净化:6061铝合金熔体以高效熔剂精炼进行炉内除气、除渣,使熔体清洁无杂; (4)液态模锻成型:浇注温度为690~730°C,模具预热温度为280~320°C,单坯精确定量浇注,合模充型加 压时间为10~30s,压力为18~22MPa,加压速度为0.1~0.3m/s,冷却时间为10~40s ; (5)脱模、修边、出孔; (6)热处理强化:将6061铝合金合金工件加热到530±5°C恒温保持3~6h,在30~80°C水温下快速冷却至175±5°C,恒温保持3~18h ; (7)机械加工; (8)表面处理。
2.根据权利要求1所述的6061铝合金模锻件的短流程制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中还包括在线处理过程,经高效熔剂精炼净化后的6061铝合金熔体再采用GBF法在线除气。
3.根据权利要求1所述的6061铝合金模锻件的短流程制备方法,其特征在于:所述步骤(8)中的表面处理具体为:先以精密车削获得镜面,再进行无铬钝化防护。
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