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

6061铝合金模锻件的短流程制备方法
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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