CN105568187B - 一种6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，属于金属材料热处理技术领域。具体包括：(1)均匀化处理：将6061铝合金铸锭通入电流的同时，进行均匀化处理，空冷至室温；(2)热挤压：(3)固溶处理：将方坯通入电流的同时，进行固溶处理，室温下水冷；(4)时效处理：将方坯通入电流的同时，进行时效处理。本发明工艺方法，合理地控制电流强度、均匀化、固溶处理和时效处理的加热温度和保温时间，在显著降低热处理能耗的前提下，最终获得优良力学性能的工件；是一种适用于快速加热、节约能耗的铝合金连续固溶和时效处理工艺方法，应用于工业生产。
Description
技术领域
本发明属于金属材料热处理技术领域，具体涉及一种6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法。
背景技术
铝合金主要是通过时效析出强化，而时效前的固溶处理对后续的时效过程具有重要的影响，因此往往通过提高合金固溶体的过饱和程度而增加时效析出相的数量来达到提高强化效果的目的。传统变形组织的固溶温度远低于非平衡低熔共晶点，导致粗大化合物相不能彻底溶解，将对合金的综合性能产生不利影响。合金淬火所获得的溶质过饱和程度既与合金的成分有关，也与固溶程度有关。因此，在不提高合金元素总含量的前提下，如何提高固溶体的过饱和度，减少粗大未溶结晶相，对提高时效析出程度和改善抗断裂性能具有积极意义。
传统的固溶处理是一种在低熔点共晶体熔化温度下保温一段时间，然后快速冷却以获得一定过饱和度的方法。随着固溶温度的提高和固溶时间的延长，合金固溶体的过饱和程度会得到相应的提高，但能耗很大。陈康华等采取逐步升温的强化固溶方法，突破了低熔点共晶体的共晶点，避免了过烧，从而提高了合金的时效析出程度并改善了抗断裂性能。这种强化固溶方法是提高铝合金综合性能的一个有效途径，尤其是显著提高了抗应力腐蚀性能，但并没有显著减少高温固溶处理时间，即没有降低固溶处理的能耗。
时效处理是将固溶淬火后的工件在室温或较高温度下保持适当时间，以提高其力学性能的方法。目前常采用的时效处理工艺有：单级时效(T6)具有最高的强度，但晶界为链状连续的析出物，具有较高的应力腐蚀敏感性和较低的断裂韧性；双级时效(T76、T74和T73)破坏了晶界析出相的连续性，使晶粒内的质点发生粗化，减小了应力腐蚀和剥落腐蚀敏感性，也提高了断裂韧性，但却牺牲了部分强度；三级时效(T77)可以由特殊三级时效、回归再时效(RRA处理)和变形热处理三种方法实现，是在峰值时效后加一短时间的高温处理(回归)，使晶内强化相重溶，然后再进行峰值时效(再时效)，使合金在保持T6状态的强度的同时获得了接近T73状态的抗应力腐蚀能力。以上时效处理方法虽然在一定程度上改善了合金的组织和性能，但仍然存在很大的能耗问题。
刘伟等在2091铝锂合金均匀化过程中施加电场，发现第二相粒子的体积分数减少、尺寸变小，合金的塑性明显改善。刘北兴等发现在1420铝锂合金的预变形时效过程中施加强静电场可提高强度，细化弥散分布的δ′相。最近，何立子在强磁场下进行7050高强合金均匀化时，发现强磁场可以促进非平衡凝固的结晶相溶解，当晶界残余相面积分数为5.2％时，施加直流电将达到这一残余相面积分数的均匀化温度降低了30℃。
现有的电场处理装置存在温度分布不均、样品尺寸小、设备复杂庞大的缺点，只能做小块试样用于科学研究，没有工程价值。在电场的施加过程中，并没有电流的产生(一般能检测到的只有≤50μm)，而电流直接或间接地以焦耳热效应方式促进了粒子的可动性，因此可知电流对粒子运动的效应要大于电场效应。但是，目前电流处理多用于Cu-Cr-Zr及钢铁材料中，有关铝合金电流时效方面的应用极少。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，是一种适用于快速加热、节约能耗的铝合金连续固溶和时效处理工艺方法。
本发明的6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将6061铝合金铸锭放入电流热处理炉内，对铸锭通入电流，加热至550～570℃，保温8～12h，停止通入电流，空冷至室温，获得锭坯，其中，电流强度为1～500A，电流类型为直流电；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至480～520℃，保温2～4h，出炉进行挤压成形，获得方坯，其中，挤压速度为1.5～4.0mm/s，挤压比为8～10，挤压后的方坯，空冷至室温；
步骤3，固溶处理：
将方坯放入电流热处理炉内，对方坯通入电流，加热至555～575℃，保温0.5～2h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流强度为1～500A，电流类型为直流电；
步骤4，时效处理：
将方坯放入电流热处理炉内，对方坯通入电流，加热至160～180℃，保温7～24h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流强度为1～500A，电流类型为直流电。
其中，
所述的电流热处理炉为空气循环热处理炉；
所述步骤1、步骤2、步骤3和步骤4中的加热速度为1～5℃/min，由所述工件的最大厚度尺寸确定；
所述步骤1、步骤3和步骤4中，通入电流的方法为：在6061铝合金或方坯的两端，通过铜夹具通入电流；
所述的步骤1中，温度为560℃，保温时间为8h；
所述的步骤3中，电流强度为500A，温度为550℃，保温时间为1h；
所述的步骤4中，电流强度为500A，温度为170℃，保温时间为12h。
由于固溶处理阶段和时效阶段分别或同时施加电流均会对合金的最终性能产生显著影响，所以最佳保温时间选择各状态下的峰值强度对应的时间。
本发明的6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，有益效果为：
合理地控制电流强度、均匀化、固溶处理和时效处理的加热温度和保温时间，在显著降低热处理能耗的前提下，获得显著的固溶强化效果，最终获得优良力学性能的工件，应用于工业生产。
具体实施方式
以下实施例中，6061合金的化学成分见表1：
表1 6061合金化学成分(wt.％)
实施例1
6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将尺寸为Φ160×580mm的6061铝合金铸态圆棒放入空气循环热处理炉内，对铸锭的两端，通过铜夹具通入500A直流电，加热至550℃，保温8h，停止通入电流，炉空冷至室温，获得锭坯；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至500℃，保温2h，出炉进行挤压成形，获得尺寸为10×200×12000mm的方坯，其中，挤压速度为3.0mm/s，挤压比为10，挤压后的方坯进行空冷，切割；
步骤3，固溶处理：
将尺寸为10×20×580mm的方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至550℃，加热速度为5℃/min，保温0.5h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流为1A直流电；
步骤4，时效处理：
将方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至160℃，加热速度为5℃/min，保温24h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流为1A直流电。
实施例2
6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将尺寸为Φ160×580mm的6061铝合金铸态圆棒放入空气循环热处理炉内，对铸锭的两端，通过铜夹具通入500A直流电，加热至550℃，保温10h，停止通入电流，炉空冷至室温，获得锭坯；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至500℃，保温2h，出炉进行挤压成形，获得尺寸为10×200×12000mm的方坯，其中，挤压速度为3.0mm/s，挤压比为10，挤压后的方坯进行空冷，切割；
步骤3，固溶处理：
将尺寸为10×20×580mm的方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至550℃，加热速度为5℃/min，保温1h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流为500A直流电；
步骤4，时效处理：
将方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至170℃，加热速度为5℃/min，保温24h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流为1A直流电。
实施例3
6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将尺寸为Φ160×580mm的6061铝合金铸态圆棒放入空气循环热处理炉内，对铸锭的两端，通过铜夹具通入500A直流电，加热至560℃，保温12h，停止通入电流，炉空冷至室温，获得锭坯；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至500℃，保温2h，出炉进行挤压成形，获得尺寸为10×200×12000mm的方坯，其中，挤压速度为3.0mm/s，挤压比为10，挤压后的方坯进行空冷，切割；
步骤3，固溶处理：
将尺寸为10×20×580mm的方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至560℃，加热速度为5℃/min，保温1.5h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流为1A直流电；
步骤4，时效处理：
将方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至180℃，加热速度为5℃/min，保温24h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流为500A直流电。
实施例4
6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将尺寸为Φ160×580mm的6061铝合金铸态圆棒放入空气循环热处理炉内，对铸锭的两端，通过铜夹具通入500A直流电，加热至570℃，保温8h，停止通入电流，炉空冷至室温，获得锭坯；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至500℃，保温2h，出炉进行挤压成形，获得尺寸为10×200×12000mm的方坯，其中，挤压速度为3.0mm/s，挤压比为10，挤压后的方坯进行空冷，切割；
步骤3，固溶处理：
将尺寸为10×20×580mm的方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至575℃，加热速度为5℃/min，保温2h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流为500A直流电；
步骤4，时效处理：
将方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至170℃，加热速度为5℃/min，保温12h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流为500A直流电。
实施例5
6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将尺寸为Φ160×580mm的6061铝合金铸态圆棒放入空气循环热处理炉内，对铸锭的两端，通过铜夹具通入500A直流电，加热至560℃，保温8h，停止通入电流，炉空冷至室温，获得锭坯；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至500℃，保温2h，出炉进行挤压成形，获得尺寸为10×200×12000mm的方坯，其中，挤压速度为3.0mm/s，挤压比为10，挤压后的方坯进行空冷，切割；
步骤3，固溶处理：
将尺寸为10×20×580mm的方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至550℃，加热速度为5℃/min，保温1h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流为1A直流电；
步骤4，时效处理：
将方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至170℃，加热速度为5℃/min，保温7h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流为5A直流电。
实施例6
6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将尺寸为Φ160×580mm的6061铝合金铸态圆棒放入空气循环热处理炉内，对铸锭的两端，通过铜夹具通入500A直流电，加热至560℃，保温8h，停止通入电流，炉空冷至室温，获得锭坯；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至500℃，保温2h，出炉进行挤压成形，获得尺寸为10×200×12000mm的方坯，其中，挤压速度为3.0mm/s，挤压比为10，挤压后的方坯进行空冷，切割；
步骤3，固溶处理：
将尺寸为10×20×580mm的方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至550℃，加热速度为5℃/min，保温1h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流为1A直流电；
步骤4，时效处理：
将方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至170℃，加热速度为5℃/min，保温18h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流为500A直流电。
实施例7
6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将尺寸为Φ160×580mm的6061铝合金铸态圆棒放入空气循环热处理炉内，对铸锭的两端，通过铜夹具通入500A直流电，加热至560℃，保温8h，停止通入电流，炉空冷至室温，获得锭坯；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至500℃，保温2h，出炉进行挤压成形，获得尺寸为10×200×12000mm的方坯，其中，挤压速度为3.0mm/s，挤压比为10，挤压后的方坯进行空冷，切割；
步骤3，固溶处理：
将尺寸为10×20×580mm的方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至550℃，加热速度为5℃/min，保温1h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流为1A直流电；
步骤4，时效处理：
将方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至170℃，加热速度为5℃/min，保温18h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流为1A直流电。
实施例8
6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将尺寸为Φ160×580mm的6061铝合金铸态圆棒放入空气循环热处理炉内，对铸锭的两端，通过铜夹具通入500A直流电，加热至560℃，保温8h，停止通入电流，炉空冷至室温，获得锭坯；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至500℃，保温2h，出炉进行挤压成形，获得尺寸为10×200×12000mm的方坯，其中，挤压速度为3.0mm/s，挤压比为10，挤压后的方坯进行空冷，切割；
步骤3，固溶处理：
将尺寸为10×20×580mm的方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至550℃，加热速度为5℃/min，保温1h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流为1A直流电；
步骤4，时效处理：
将方坯放入空气循环热处理炉内，对方坯的两端，通过铜夹具通入电流，加热至170℃，加热速度为5℃/min，保温12h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流为1A直流电。
对时效处理后的的实施例工件进行力学性能测试，结果如表2所示。
表2实施例1-8的力学性能结果
Claims (6)
1.一种6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，均匀化处理：
将6061铝合金铸锭放入电流热处理炉内，对铸锭通入电流，加热至550～570℃，保温8～12h，停止通入电流，空冷至室温，获得锭坯，其中，电流强度为1～500A，电流类型为直流电，加热速度为1～5℃/min；
步骤2，热挤压：
将锭坯放入加热炉内，预热至480～520℃，保温2～4h，出炉进行挤压成形，获得方坯，其中，挤压速度为1.5～4.0mm/s，挤压比为8～10，挤压后的方坯，空冷至室温；其中，加热速度为1～5℃/min；
步骤3，固溶处理：
将方坯放入电流热处理炉内，对方坯通入电流，加热至555～575℃，保温0.5～2h，停止通入电流，出炉在室温下水冷，其中，电流强度为1～500A，电流类型为直流电，加热速度为1～5℃/min；
步骤4，时效处理：
将方坯放入电流热处理炉内，对方坯通入电流，加热至160～180℃，保温7～24h，停止通入电流，然后出炉空冷，其中，电流强度为1～500A，电流类型为直流电，加热速度为1～5℃/min。
2.根据权利要求1所述的6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，其特征在于，所述的电流热处理炉为空气循环热处理炉。
3.根据权利要求1所述的6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，其特征在于，所述步骤1、步骤3和步骤4中，通入电流的方法为：在6061铝合金或方坯的两端，通过铜夹具通入电流。
4.根据权利要求1所述的6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，其特征在于，所述的步骤1中，电流强度为500A，温度为560℃，保温时间为8h。
5.根据权利要求1所述的6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，其特征在于，所述的步骤3中，电流强度为500A，温度为550℃，保温时间为1h。
6.根据权利要求1所述的6061铝合金的电流固溶时效热处理的工艺方法，其特征在于，所述的步骤4中，电流强度为500A，温度为170℃，保温时间为12h。
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