CN104131202B - 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
技术领域
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
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。
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。
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:合金熔炼→铸棒锭→定量切坯→坯料预热→初始锻压→终锻成形→修边→热处理→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
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。
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：
(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：Si 0.50～0.75％，Fe＜0.25％，Cu 0.2～0.25％，Mg 0.90～1.1％，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℃，模具预热温度为280～320℃，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℃恒温保持3～6h，在30～80℃水温下快速冷却至175±5℃，恒温保持3～18h；
(7)机械加工；
(8)表面处理。
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。
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。
本发明的有益效果在于：
(1)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；
(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；
(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
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。
实施例1
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：
(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：Si 0.50％，Fe＜0.1％，Cu 0.2％，Mg 0.90％，Cr 0.05％，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铝合金的性能。
(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。
(4)液态模锻成型：浇注温度为690℃，模具预热温度为280℃，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0.1m/s，冷却时间为10s；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。
(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525℃恒温保持5h，在30℃水温下快速冷却至170℃，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。
(7)机械加工；
(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。
实施例2
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：
(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：Si 0.60％，Fe＜0.15％，Cu 0.22％，Mg 1.0％，Cr 0.1％，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铝合金的性能。
(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。
(4)液态模锻成型：浇注温度为710℃，模具预热温度为295℃，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能。
(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℃恒温保持4h，在50℃水温下快速冷却至175℃，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。
(7)机械加工；
(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。
实施例3
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：
(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：Si 0.70％，Fe＜0.20％，Cu 0.24％，Mg 1.0％，Cr 0.2％，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铝合金的性能。
(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。
(4)液态模锻成型：浇注温度为720℃，模具预热温度为310℃，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。
(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℃恒温保持6h，在70℃水温下快速冷却至175℃，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。
(7)机械加工；
(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。
实施例4
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：
(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：Si 0.75％，Fe＜0.25％，Cu 0.25％，Mg 1.1％，Cr 0.25％，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铝合金的性能。
(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。
(4)液态模锻成型：浇注温度为730℃，模具预热温度为320℃，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能。
(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535℃恒温保持3h，在80℃水温下快速冷却至180℃，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。
(7)机械加工；
(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。
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。
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 (2)
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：Si 0.50～0.75%，Fe ＜0.25%，Cu 0.2～0.25%，Mg 0.90～1.1%，Cr 0.05～0.25%，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℃，模具预热温度为280～320℃，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℃恒温保持3～6h，在30～80℃水温下快速冷却至175±5℃，恒温保持3～18h；
（7）机械加工；
（8）表面处理：先以精密车削获得镜面，再进行无铬钝化防护。
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。
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