CN105838943B - 一种Al‑Mg‑Si铝合金及其型材的挤压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al‑Mg‑Si铝合金，及所述Al‑Mg‑Si铝合金型材的挤压方法。所述铝合金的组分及重量百分比为：Mg：0.9~1.25%，Si：0.5~0.9%，Cu：0.2~0.42%，Fe：≤0.6%，Cr：0.07~0.35%；以及还含有下述一种或一种以上的元素：Mn≤0.15%、Zn≤0.22%、Ti≤0.15%、V≤0.05%、Hf≤0.5%、Sc≤0.25%、Ag≤1.0%；其余为Al。本发明通过优化合金组分及其含量、型材挤压工艺，获得高力学性能的铝合金，并有效提高生产效率，解决了现有技术常规交通运输用铝存在强度低、延伸率差，型材挤压工艺环节控制范围宽、稳定性差，在线淬火控制难度大、淬火均匀性差以及生产效率低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其是一种Al-Mg-Si铝合金及其型材的挤压方法。
背景技术
Al-Mg-Si中强铝合金具有强度适中、焊接性能优良、质量较轻等优点，已被广泛应用于交通运输等领域。但由于Al-Mg-Si铝合金Mg、Si可选含量范围大，而不同的Mg、Si含量比往往会造成不同的合金强化效果，所以选择合理的Mg、Si组分含量对Al-Mg-Si铝合金的强度、延伸率等性能有很大的影响。同时，铝合金的型材挤压工艺对其性能的影响同样巨大，过低的淬火温度或者淬火过程中温度的不均匀等因素都能对铝合金性能的稳定性和均匀性产生很大的影响。
现在常用的Al-Mg-Si中强铝合金成分范围很宽，合金含量不合理容易造成合金性能降低，极大地制约了其使用。在常规工业生产中，型材挤压各个环节的过程工艺参数控制范围比较宽，工艺用时过长，即无法保证交通运输用型材的各项性能均衡，也无法实现高效的生产效率。因此开发一种组分及含量合理的Al-Mg-Si铝合金，同时具有良好挤压性能的铝合金及其高效生产效率的型材挤压工艺，将具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对常规交通运输用铝强度低、延伸率差，型材挤压工艺环节控制范围宽、稳定性差，在线淬火控制难度大、淬火均匀性差以及生产效率低等问题，提供一种Al-Mg-Si铝合金。
为解决上述问题，本发明的具体方案是：
一种Al-Mg-Si铝合金，组分及重量百分比为：Mg ：0.9~1.25%，Si ：0.5~0.9%，Cu：0.2~0.42%，Fe：≤0.6%，Cr：0.07~0.35%；以及还含有下述一种或一种以上的元素：Mn ≤0.15%、Zn≤0.22%、Ti≤0.15%、V≤0.05%、Hf≤0.5%、Sc≤0.25%、Ag≤1.0%；其余为Al。
可选的，组分及重量百分比为：Mg ：0.9~1.1%，Si ：0.5~0.7%，Cu：0.2~0.3%，Fe：≤0.6%，Cr：0.07~0.35%；以及还含有下述一种或一种以上的元素：Mn ≤0.15%、Zn≤0.22%、Ti≤0.15%、V≤0.05%、Hf≤0.5%、Sc≤0.25%、Ag≤1.0%；其余为Al。
可选的，组分及重量百分比为：Mg ：1.1~1.25%，Si ：0.7~0.9%，Cu：0.3~0.42%，Fe：≤0.6%，Cr：0.07~0.35%；以及还含有下述一种或一种以上的元素：Mn ≤0.15%、Zn≤0.22%、Ti≤0.15%、V≤0.05%、Hf≤0.5%、Sc≤0.25%、Ag≤1.0%；其余为Al。
可选的，组分及重量百分比为：Mg ：1~1.1%，Si ：0.6~0.8%，Cu：0.25~0.35%，Fe：≤0.6%，Cr：0.07~0.35%；以及还含有下述一种或一种以上的元素：Mn ≤0.15%、Zn≤0.22%、Ti≤0.15%、V≤0.05%、Hf≤0.5%、Sc≤0.25%、Ag≤1.0%；其余为Al。
本发明还提供了上述所述的铝合金的型材的挤压方法，包括以下步骤：
（一）铸锭加热：挤压铸锭采用500mm~2000mm的长度，采用梯度加热的方法，温度梯度的头尾温差为8~80℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在455~530℃；
（二）模具加热：模具在加热炉中加热至470~530℃；
（三）挤压筒加热：挤压筒温度控制在410~500℃；
（四）挤压生产：之后上模进行挤压，挤压速度控制在1.0~6.0m/min；
（五）在线淬火：型材淬火区入口温度450~500℃，淬火方式选择空冷、风冷、水雾冷却或水冷，淬火冷却速率为80~340℃/min；
（六）中断：中间换锭时间不超过30min；
（七）检尺；
（八）拉伸矫直：在型材拉直的情况下控制拉伸率在：0.2%~2.8%；
（九）成品锯切、取样、检尺、装框；
（十）人工时效：采取双级时效制度，第一级人工时效为50℃~130℃，时间为5~30min，第二级人工时效130~200℃，保温时间为1.5~6h。
进一步地，所述的步骤（一）中，温度梯度的头尾温差为30~50℃之间，铸锭加热温度为500~520℃。
进一步地，所述的步骤（四）中，挤压速度为2~4m/min。
进一步地，所述的步骤（五）中，淬火冷却速率为100~200℃/min。
进一步地，所述的步骤（十）中，第一级人工时效为50℃~90℃，时间为20~30min，第二级人工时效130~160℃，保温时间为4~6h。
或者，所述的步骤（十）中，第一级人工时效为90℃~130℃，时间为30-50min，第二级人工时效160~200℃，保温时间为2~4h。
Al-Mg-Si铝合金成分范围宽，如果成分选择比例不合理，容易使得合金强度降低、拉伸性能降低，通过优化合金成分以及适量控制合金杂质，能够对合金起到强化作用，增加其使用性能以及加工性能。
挤压过程中，模具温度、铸锭温度、挤压筒温度以及上机停顿时间等都会对挤压过程中的热效应产生影响，故挤压过程中必需正确选择合理的挤压工艺参数。通过提高铸锭加热温度可以在一定程度上保证挤压过程的稳定以及提高模具的使用寿命，但是同时也提高了型材淬火开始温度，使型材的综合性能降低。挤压生产在线淬火温度及淬火速度控制难度大，无法保证交通运输用型材各个壁淬火均匀，造成型材稳定性和均匀性差。单级人工时效12~25h，时效保温时间较长，影响生产效率。本发明采用双级时效工艺，通过时效温度及时间的配合来改善合金性能，提高生产效率。
综上所述，本发明的有益效果为：
1、优化合金成分，提高型材性能，同时确保后期过程工艺参数控制及实施；
2、合理选择铸锭加热温度，保证挤压过程的稳定及型材的综合性能；
3、淬火工艺的控制，采用局部冷却，保证型材各个区域淬火均匀；
4、严格控制挤压过程停顿时间以及铸锭上机前停顿时间，保证挤压过程温度的一致性；
5、采用双级人工时效，提高时效生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例8的工艺流程图。
具体实施方式
为了充分公开本发明的技术内容，下面结合最佳的实施方式予以清楚、简要的描述。需要再次强调的是，本发明所公开的技术方案只是本发明的最佳实施方式，而不是全部，并且，本领域技术人员结合本发明及现有技术显而易见地获取的技术方案仍属本发明的保护范围。
实施例1
一种Al-Mg-Si铝合金，其组分及重量百分比为：Mg ：0.9%，Si ：0.5%，Cu：0.2%，Fe：0.1%，Cr：0.07%，Mn ：0.15%，Zn：0.22%，Ti：0.15%，V：0.05%，Hf：0.5%，Sc：0.25%，Ag：1.0%，其余为Al。
实施例2
一种Al-Mg-Si铝合金，其组分及重量百分比为：Mg ：0.9%，Si ：0.5%，Cu：0.2%，Fe：0.1%，Cr：0.07%，Mn ：0.15%，其余为Al。
实施例3
一种Al-Mg-Si铝合金，其组分及重量百分比为：Mg ：0.9%，Si ：0.5%，Cu：0.2%，Fe：0.1%，Cr：0.07%，Mn ：0.15%，V：0.05%，其余为Al。
实施例4
一种Al-Mg-Si铝合金，其组分及重量百分比为：Mg ：1.25%，Si ：0.9%，Cu：0.42%，Fe：0.6%，Cr：0.35%，Mn ：0.15%，Zn：0.22%，Ti：0.15%，V：0.05%，Hf：0.5%，Sc：0.25%，Ag：1.0%，其余为Al。
实施例5
一种Al-Mg-Si铝合金，其组分及重量百分比为：Mg ：1.25%，Si ：0.9%，Cu：0.42%，Fe：0.6%，Cr：0.35%，Mn ：0.15%，其余为Al。
实施例6
一种Al-Mg-Si铝合金，其组分及重量百分比为：Mg ：1.05%，Si ：0.7%，Cu：0.3%，Fe：0.4%，Cr：0.2%，Mn ：0.15%，Zn：0.22%，Ti：0.15%，V：0.05%，Hf：0.5%，Sc：0.25%，其余为Al。
实施例7
一种Al-Mg-Si铝合金，其组分及重量百分比为：Mg ：1.05%，Si ：0.7%，Cu：0.3%，Fe：0.4%，Cr：0.2%，Mn ：0.15%，Zn：0.22%，Hf：0.5%，Sc：0.25%，其余为Al。
实施例8
本发明实施例提供了一种Al-Mg-Si铝合金型材的挤压方法，如图1所示，包括以下步骤：
铸锭加热：挤压铸锭采用1000mm的长度，采用梯度加热的方法，温度梯度的头尾温差为40℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在500℃；
模具加热：模具在加热炉中加热至500℃，保温10h；
挤压筒加热：挤压筒温度控制在450℃；
挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒到温之后上模进行挤压，挤压速度控制在4.0m/min；
在线淬火：型材淬火区入口温度为460℃，淬火方式为强水冷却，型材各个区域淬火均匀，淬火冷却速率为200℃/min；
中断：中间换锭时间为15min；
检尺；
拉伸矫直：在型材拉直的情况下控制拉伸率在2%；
成品锯切、取样、检尺、装框；
人工时效：采取双级时效制度，第一级人工时效为90℃，时间为30min，第二级人工时效180℃，保温时间为6h。
人工时效后冷却进行性能检测，并包装入库。
实施例9
本发明实施例提供了一种Al-Mg-Si铝合金型材的挤压方法，包括以下步骤：
铸锭加热：挤压铸锭采用1000mm的长度，采用梯度加热的方法，温度梯度的头尾温差为40℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在500℃；
模具加热：模具在加热炉中加热至500℃，保温10h；
挤压筒加热：挤压筒温度控制在450℃；
挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒到温之后上模进行挤压，挤压速度控制在4.0m/min；
在线淬火：型材淬火区入口温度为460℃，淬火方式为强水冷却，型材各个区域淬火均匀，淬火冷却速率为200℃/min；
中断：中间换锭时间为15min；
检尺；
拉伸矫直：在型材拉直的情况下控制拉伸率在2%；
成品锯切、取样、检尺、装框；
人工时效：采取双级时效制度，第一级人工时效为130℃，时间为5min，第二级人工时效200℃，保温时间为2h。
人工时效后冷却进行性能检测，并包装入库。
实施例10
本发明实施例提供了一种Al-Mg-Si铝合金型材的挤压方法，包括以下步骤：
铸锭加热：挤压铸锭采用1000mm的长度，采用梯度加热的方法，温度梯度的头尾温差为40℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在500℃；
模具加热：模具在加热炉中加热至500℃，保温10h；
挤压筒加热：挤压筒温度控制在450℃；
挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒到温之后上模进行挤压，挤压速度控制在4.0m/min；
在线淬火：型材淬火区入口温度为460℃，淬火方式为强水冷却，型材各个区域淬火均匀，淬火冷却速率为200℃/min；
中断：中间换锭时间为15min；
检尺；
拉伸矫直：在型材拉直的情况下控制拉伸率在2%；
成品锯切、取样、检尺、装框；
人工时效：采取双级时效制度，第一级人工时效为50℃，时间为30min，第二级人工时效130℃，保温时间为4h。
人工时效后冷却进行性能检测，并包装入库。
以下将通过本发明产品与现有产品各力学性能参数对比（如表1所示），进一步说明本发明产品的有益效果。
表1 本发明产品与现有产品各力学性能参数对比表
上表中，产品A为选用实施例8对实施例1所述材料进行型材挤压所得，产品B为选用实施例9对实施例5所述材料进行型材挤压所得，产品C为选用实施例10对实施例6所述材料进行型材挤压所得；产品D为现有技术挤压方法对现有技术Al-Mg-Si铝合金进行型材挤压所得。从图中可以清楚看出：采用本发明提供的型材挤压方法对本发明提供的Al-Mg-Si铝合金进行型材挤压所获得的型材的力学性能明显优于通过现有技术所获得的型材的力学性能，其中采用本发明提供的型材挤压方法对本发明提供的Al-Mg-Si铝合金进行型材挤压所获得的型材的平均抗拉强度要比通过现有技术所获得的型材的平均抗拉强度高4.57%，采用本发明提供的型材挤压方法对本发明提供的Al-Mg-Si铝合金进行型材挤压所获得的型材的平均屈服强度要比通过现有技术所获得的型材的平均屈服强度高5.59%，采用本发明提供的型材挤压方法对本发明提供的Al-Mg-Si铝合金进行型材挤压所获得的型材的平均延伸率要比通过现有技术所获得的型材的平均延伸率高9.11%。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种铝合金的型材的挤压方法，其特征在于，包括以下步骤：
（一）铸锭加热：挤压铸锭采用500mm~2000mm的长度，采用梯度加热的方法，温度梯度的头尾温差为30~50℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在500~520℃；其中，所述铝合金铸锭的组分及重量百分比为：Mg ：0.9~1.25%，Si ：0.5~0.9%，Cu：0.2~0.42%，Fe：≤0.6%，Cr：0.07~0.35%；以及还含有下述一种或一种以上的元素：Mn ≤0.15%、Zn≤0.22%、Ti≤0.15%、V≤0.05%、Hf≤0.5%、Sc≤0.25%、Ag≤1.0%；其余为Al；
（二）模具加热：模具在加热炉中加热至470~530℃；
（三）挤压筒加热：挤压筒温度控制在410~500℃；
（四）挤压生产：之后上模进行挤压，挤压速度控制在2~4m/min；
（五）在线淬火：型材淬火区入口温度450~500℃，淬火方式选择空冷、风冷、水雾冷却或水冷，淬火冷却速率为80~340℃/min；
（六）中断：中间换锭时间不超过30min；
（七）检尺；
（八）拉伸矫直：在型材拉直的情况下控制拉伸率在：0.2%~2.8%；
（九）成品锯切、取样、检尺、装框；
（十）人工时效：采取双级时效制度，第一级人工时效为50℃~130℃，时间为5~50min，第二级人工时效130~200℃，保温时间为1.5~6h。
2.根据权利要求1所述的挤压方法，其特征在于，所述的步骤（五）中，淬火冷却速率为100~200℃/min。
3.根据权利要求1所述的挤压方法，其特征在于，所述的步骤（十）中，第一级人工时效为50℃~90℃，时间为20~30min，第二级人工时效130~160℃，保温时间为4~6h。
4.根据权利要求1所述的挤压方法，其特征在于，所述的步骤（十）中，第一级人工时效为90℃~130℃，时间为30-50min，第二级人工时效160~200℃，保温时间为2~4h。
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