CN104357719A - 6061合金以及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种6061合金，包括：Si 0.4wt％～0.8wt％；Fe 0.5wt％～0.7wt％；Cu 0.25wt％～0.4wt％；Mn 0.08wt％～0.15wt％；Mg 0.8wt％～1.2wt％；Cr 0.25wt％～0.35wt％；Zn 0wt％～0.25wt％；Ti 0wt％～0.15wt％；余量的Al。本发明通过上述Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al的特定含量和组成的配比，使得本发明合金挤压材的粗晶环控制在3mm以下，并且成本较低。

Description

6061合金以及制备工艺

技术领域

本发明涉及合金领域，更具体地说，涉及一种6061合金以及制备方法。

背景技术

6061铝合金属于Al-Mg-Si系列合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度中等，并具有良好的机械加工性能、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、高韧性及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等特点。广泛应用于制造飞机、轮船、汽车以及家具上的高要求的复杂管、棒、型材。

现有技术中，在生产该合金时其低倍组织会出现严重的、深度为5～10mm的粗晶环。粗晶环是挤压制品周边上形成的环状粗大晶粒区域，是挤压制品的一种组织缺陷。粗晶环中的晶粒尺寸可超过原始晶粒尺寸的10～100倍，达到800～1500btm。它引起制品力学性能降低，抗疲劳性能比中心区低，淬火后以及用带有这种缺陷的坯料锻造时，常在粗晶区产生裂纹。具有这种缺陷的铝型材在拉伸矫直时，表面变得粗糙，在阳极氧化后出现花斑、表面不美观。

2012年我公司通过改进淬火工艺解决了直径小于55mm棒材的粗晶环的问题，在直径大于55mm的棒材的粗晶环的问题还有待解决。目前还没有针对上述问题的通用性方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种6061合金以及制备方法，使得制品的粗晶环控制在3mm以下。

本发明提供了一种6061合金，包括：

优选的，所述Fe的含量为0.52wt％～0.68wt％。

优选的，所述Fe的含量为0.54wt％～0.66wt％。

优选的，所述Mn的含量为0.09wt％～0.14wt％。

优选的，所述Mn的含量为0.10wt％～0.13wt％。

优选的，所述Cr的含量为0.27wt％～0.33wt％。

优选的，所述Cr的含量为0.28wt％～0.32wt％。

优选的，所述Cu的含量为0.26wt％～0.38wt％。

优选的，所述6061合金的粗晶环为3mm以下。

本发明提供了一种如上述权利要求所述的6061合金的制备方法，包括：

将Si源、Fe源、Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源和Al源经过熔炼、铸造、铸锭加热、挤压、淬火、人工时效得到6061合金。

与现有技术相比，本发明提供了一种6061合金，包括：Si 0.4wt％～0.8wt％；Fe 0.5wt％～0.7wt％；Cu 0.25wt％～0.4wt％；Mn 0.08wt％～0.15wt％；Mg 0.8wt％～1.2wt％；Cr 0.25wt％～0.35wt％；Zn 0.2wt％～5wt％；Ti 0.1wt％～5wt％；余量的Al。本发明中的6061合金以Mg、Si、Cu为主要合金元素，为强化相，起固溶效果。通过本发明所述的Mg、Si的含量，使得该合金在淬火时效时抗拉强度提高、伸长率降低。合金中Cu的含量使得合金的塑性增加、抑制挤压效应，降低合金加工的各向异性。本发明通过上述Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al的特定含量和组成的配比，使得本发明合金制品的粗晶环控制在3mm以下，并且成本较低。

具体实施方式

本发明提供了一种6061合金，包括：

本发明的6061合金包括Si 0.4wt％～0.8wt％，优选为0.38wt％～0.78wt％。本发明的6061合金包括Mg 0.8wt％～1.2wt％；优选为0.82wt％～1.1wt％。通过本发明所述的Mg、Si的含量，使得该合金在淬火时效状态(T6)的抗拉强度提高、伸长率降低。

本发明的6016合金包括Cu 0.25wt％～0.4wt％，优选为0.26wt％～0.38wt％。本发明中的6061合金以Mg、Si、Cu为主要合金元素，为强化相，起固溶效果。合金中Cu的含量使得合金的塑性增加、增加了热处理强化效果、抑制挤压效应，降低合金加工的各向异性。

本发明的6016合金包括Fe 0.5wt％～0.7wt％；优选为0.52wt％～0.68wt％，更优选为0.54wt％～0.66wt％，最优选为0.56wt％～0.64wt％。本发明通过研究发现，Fe的含量超过本发明所述范围时，会生成不溶的AlMnFeSi相，降低制品的强度、塑性和耐腐蚀性能。

本发明的6016合金包括Mn 0.08wt％～0.15wt％；优选为0.09wt％～0.14wt％，更优选为0.10wt％～0.13wt％，最优选为0.11wt％～0.12wt％。本发明合金中添加特定含量的锰可以提高力学强度、改善耐腐蚀性、冲击韧性和弯曲性能。另外本发明合金中锰和铜的同时加入，可以提高伸长率，并改善制品的晶粒度。

本发明的6016合金包括Cr 0.25wt％～0.35wt％；优选为0.27wt％～0.33wt％，更优选为0.28wt％～0.32wt％，最优选为0.29wt％～0.31wt％。本发明合金中添加特定含量的Cr可以抑制Mg₂Si相在晶界的析出，延缓自然时效过程，提高人工时效的强度。并且，本发明中添加Cr可以与Mn、Fe一起细化晶粒、使得再结晶后的晶粒呈细长状，提高合金的耐腐蚀性，并减少6061合金的粗晶环深度、获得细晶组织。

本发明合金中还可以包括Zn，含量为0wt％～0.25wt％，优选为0.01wt％～0.23wt％，更优选为0.02wt％～0.20wt％。

本发明合金中还可以包括Ti，含量为0wt％～0.15wt％，优选为0.01wt％～0.13wt％，更优选为0.01wt％～0.10wt％。

本发明的合金中添加了Zn和Ti可以减少铸锭的柱状晶组织，改善合金的锻造性能，并细化制品的晶粒。

本发明通过上述Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al的特定含量和组成的配比，使得本发明合金以及制品的粗晶环控制在3mm以下，并且成本较低。

本发明提供了一种6061合金的制备方法，包括：

将Si源、Fe源、Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源和Al源经过熔炼、铸造、铸锭加热、挤压、淬火、人工时效得到6061合金。

本发明所述Si源、Fe源、Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源和Al源可以为纯化合物、也可以是中间合金，本发明人对此不进行限定。只要满足上述组分含量即可。

本发明对所述熔炼工艺为本领域技术人员熟知的熔炼工艺，优选在熔炼炉中进行，所述熔炼温度优选为740～760℃。熔炼要搅拌均匀，保证金属完全熔化、温度准确、成分均匀。本发明所述加料顺序优选为:Al,Al-Cu、Al-FeAl-Mn、Al-Cr、Al-Si；搅拌扒渣后在740～750℃加入纯Mg,最后加入晶粒细化剂Al-Ti-B丝。

本发明所述铸造为本领域技术人员熟知的铸造工艺，优选在铸造机中进行，所述铸造温度优选为730～740℃，铸造速度优选为100～110mm/min，所述铸造水压优选为0.06～0.12MPa。

铸造后优选在感应加热炉铸锭，铸锭加热温度优选为520～540℃。

铸锭后进行挤压和淬火。本发明中，合金产品直径大于55mm的采用空气淬火炉进行淬火，产品直径小于等于55mm的采用在线水淬的方式。

具体的，采用空气淬火炉进行淬火以及相应步骤具体为：

将制备的6061合金铸锭在挤压机中进行挤压，挤压的温度优选为520℃～540℃，所述挤压筒温度优选为460～480℃；所述挤压速度优选为≥2.0m/min。将挤压后的坯料进行淬火炉淬火处理，具体为：直径＞55mm的棒材，立式空气淬火炉淬火，淬火温度：530±3℃。所述保温时间为本领域技术人员工艺流程中熟知的时间。

采用在线水淬步骤具体为：

将制备的6061合金铸锭在挤压机中进行挤压、直径＜55mm的棒材在线水淬：挤压的温度优选为520℃～540℃，挤压筒温优选为460～480℃；挤压速度优选为≥2.0m/min。将挤压后的坯料进行在线水淬处理，

挤压、淬火后为拉伸矫直、时效得到6061合金。所述拉伸矫直为本领域技术人员熟知的拉伸矫直，所述拉伸矫直优选在拉伸矫直机中拉伸矫直，控制拉伸率：1.5％～3.0％。所述时效为本领域技术人员熟知的人工时效，所述时效制度优选为175±5℃保温8小时。

得到6061合金后，进行屈服强度、拉伸强度、延伸率和粗晶环测定。

取样方法为：

(1)随机选取每个实施例制备得到的样品从制品前端切取试样测定屈服强度、拉伸强度等力学性能，编号为T1、T2。。。。。。

(2)随机选取每个实施例制备得到的样品从制品尾端切取低倍试样测定粗晶环，编号为W1、W2。。。。。。

本发明提供了一种6061合金，包括：Si 0.4wt％～0.8wt％；Fe 0.5wt％～0.7wt％；Cu 0.25wt％～0.4wt％；Mn 0.08wt％～0.15wt％；Mg 0.8wt％～1.2wt％；Cr 0.25wt％～0.35wt％；Zn 0.2wt％～5wt％；Ti 0.1wt％～5wt％；余量的Al。本发明中的6061合金以Mg、Si、Cu为主要合金元素，为强化相，起固溶效果。通过本发明所述的Mg、Si的含量，使得该合金在淬火时效时抗拉强度提高、伸长率降低。合金中Cu的含量使得合金的塑性增加、抑制挤压效应，降低合金加工的各向异性。本发明通过上述Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al的特定含量和组成的配比，使得本发明合金以及制品的粗晶环控制在3mm以下，并且成本较低。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的6061合金及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1～2

分别采用工业纯铝、纯Mg；Al-Fe；Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Cr、Al-Ti-B、Al-Zn中间合金为原料在铝合金熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃。搅拌均匀，保证金属完全熔化、温度准确、成分均匀。加料顺序为:Al、Al-Cu、Al-Fe、Al-Mn、Al-Cr、Al-Si、Al-Zn；搅拌扒渣后在740-750℃加入纯Mg,最后加入晶粒细化剂Al-Ti-B丝，而后在铸造机中铸造，铸造温度为730-740℃，铸造速度100-110mm/min，铸造水压0.10MPa。铸造后在感应加热炉铸锭，铸锭加热温度：520～540℃。6016合金铸锭中Si的含量为0.65wt％；Fe的含量为0.65wt％；Cu的含量为0.26wt％；Mn的含量为0.12wt％；Mg的含量为0.95wt％；Cr的含量为0.25wt％；Zn的含量为0.04wt％；Ti的含量为0.01wt％；余量的Al。

将制备的6061合金铸锭在挤压机中进行挤压，挤压的温度为530℃，挤压筒温：460～480℃；挤压速度为3.0m/min。将挤压后的坯料进行淬火炉淬火处理，具体为：立式空气淬火炉淬火，淬火温度：530±3℃，淬火后在拉伸矫直机中拉伸矫直，控制拉伸率：2.0％。而后在175±5℃时效8小时，得到成品。按照本发明所述的取样以及试样测定方法进行测定力学性能以及粗晶环深度。测定结果如表1所示，表1为本发明实施例1～2制备的6061合金的性能数据表。

表1 本发明实施例1～2制备的6061合金的性能数据表。

实施例3～4

分别采用工业纯铝、纯Mg；Al-Fe；Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Cr、Al-Ti-B、Al-Zn中间合金为原料在铝合金熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃。搅拌均匀，保证金属完全熔化、温度准确、成分均匀。加料顺序为:Al、Al-Cu、Al-Fe、Al-Mn、Al-Cr、Al-Si、Al-Zn；搅拌扒渣后在740-750℃加入纯Mg,最后加入晶粒细化剂Al-Ti-B丝，而后在铸造机中铸造，铸造温度为730-740℃，铸造速度100-110mm/min，铸造水压0.10MPa。铸造后在感应加热炉铸锭，铸锭加热温度：520～540℃。6016合金铸锭中Si的含量为0.65wt％；Fe的含量为0.65wt％；Cu的含量为0.26wt％；Mn的含量为0.12wt％；Mg的含量为0.95wt％；Cr的含量为0.25wt％；Zn的含量为0.04wt％；Ti的含量为0.01wt％；余量的Al。

将上述制备的6061合金铸锭在挤压机中进行挤压、在线水淬：挤压的温度为530℃，挤压筒温：460～480℃；挤压速度为3.0m/min。将挤压后的坯料进行在线水淬处理，淬火后在拉伸矫直机中拉伸矫直，控制拉伸率：2.0％。而后在175±5℃时效8小时，得到成品。按照国家标准取试样测定力学性能以及粗晶环深度。测定结果如表2所示，表2为本发明实施例3～4制备的6061合金的性能数据表。

表2 本发明实施例3～4制备的6061合金的性能数据表。

比较例1～6

分别采用工业纯铝、纯Mg；Al-Fe；Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Cr、Al-Ti-B、Al-Zn中间合金为原料在铝合金熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃。搅拌均匀，保证金属完全熔化、温度准确、成分均匀。加料顺序为:Al、Al-Cu、Al-Fe、Al-Mn、Al-Cr、Al-Si、Al-Zn；搅拌扒渣后在740-750℃加入纯Mg,最后加入晶粒细化剂Al-Ti-B丝，而后在铸造机中铸造，铸造温度为730-740℃，铸造速度100-110mm/min，铸造水压0.10MPa。铸造后在感应加热炉铸锭，铸锭加热温度：520～540℃。6016合金铸锭中Si的含量为0.69wt％；Fe的含量为0.2wt％；Cu的含量为0.26wt％；Mn的含量为0.01wt％；Mg的含量为1wt％；Cr的含量为0.14wt％；Ni的含量为0.01wt％；Zn的含量为0.02wt％；Ti的含量为0.01wt％；余量的Al。

将制备的6061合金铸锭在挤压机中进行挤压，挤压的温度为530℃，挤压筒温：460～480℃；挤压速度为3.0m/min。将挤压后的坯料进行淬火炉淬火处理，具体为：直径＞55mm的棒材，立式空气淬火炉淬火，淬火温度：530±3℃，淬火后在拉伸矫直机中拉伸矫直，控制拉伸率：2.0％。而后在175±5℃时效8小时，得到成品。按照本发明所述的取样以及试样测定方法进行测定力学性能以及粗晶环深度。测定结果如表3所示，表3为本发明比较例1～6制备的6061合金的性能数据表。

表3 为本发明比较例1～6制备的6061合金的性能数据表

实施例5～8

分别采用工业纯铝、纯Mg；Al-Fe；Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Cr、Al-Ti-B、Al-Zn中间合金为原料在铝合金熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃。搅拌均匀，保证金属完全熔化、温度准确、成分均匀。加料顺序为:Al、Al-Cu、Al-Fe、Al-Mn、Al-Cr、Al-Si、Al-Zn；搅拌扒渣后在740-750℃加入纯Mg,最后加入晶粒细化剂Al-Ti-B丝，而后在铸造机中铸造，铸造温度为730-740℃，铸造速度100-110mm/min，铸造水压0.10MPa。铸造后在感应加热炉铸锭，铸锭加热温度：520～540℃。6016合金铸锭中Si的含量为0.69wt％；Fe的含量为0.69wt％；Cu的含量为0.28wt％；Mn的含量为0.11wt％；Mg的含量为0.98wt％；Cr的含量为0.26wt％；Ni的含量为0.01wt％；Zn的含量为0.04wt％；Ti的含量为0.01wt％；余量的Al。

将制备的6061合金铸锭在挤压机中进行挤压，挤压的温度为530℃，挤压筒温：460～480℃；挤压速度为3.0m/min。将挤压后的坯料进行淬火炉淬火处理，具体为：直径＞55mm的棒材，立式空气淬火炉淬火，淬火温度：530±3℃，淬火后在拉伸矫直机中拉伸矫直，控制拉伸率：2.0％。而后在175±5℃时效8小时，得到成品。按照本发明所述的取样以及试样测定方法进行测定力学性能以及粗晶环深度。测定结果如表4所示，表4为本发明实施例5～8制备的6061合金的性能数据表。

表4 为本发明实施例5～8制备的6061合金的性能数据表

Claims (10)

1.一种6061合金，包括：

余量的Al。

2.根据权利要求1所述的6061合金，其特征在于，所述Fe的含量为0.52wt％～0.68wt％。

3.根据权利要求2所述的6061合金，其特征在于，所述Fe的含量为0.54wt％～0.66wt％。

4.根据权利要求1所述的6061合金，其特征在于，所述Mn的含量为0.09wt％～0.14wt％。

5.根据权利要求4所述的6061合金，其特征在于，所述Mn的含量为0.10wt％～0.13wt％。

6.根据权利要求1所述的6061合金，其特征在于，所述Cr的含量为0.27wt％～0.33wt％。

7.根据权利要求6所述的6061合金，其特征在于，所述Cr的含量为0.28wt％～0.32wt％。

8.根据权利要求1所述的6061合金，其特征在于，所述Cu的含量为0.26wt％～0.38wt％。

9.根据权利要求1所述的6061合金，其特征在于，所述6061合金的粗晶环为3mm以下。

10.一种如权利要求1所述的6061合金的制备方法，包括：

将Si源、Fe源、Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源和Al源经过熔炼、铸造、铸锭加热、挤压、淬火、人工时效得到6061合金。