CN107034392B - 一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

一种Al‑Mg‑Si系铝合金挤压型材及其生产工艺，涉及有色金属材料加工工程技术领域，该型材的合金元素成分按重量百分数计包括：Si：0.65％～0.85％，Fe：0.2％～0.3％，Mg：0.45％～0.65％，Cu：0.15％～0.25％，Mn：0.25％～0.45％，Cr：0.15％～0.25％，Ti：0.05％～0.07％，Zn：≤0.1％，余量为Al。生产该型材时，按照上述合金元素成分组成配置原料，并进行均匀化处理，再进行热挤压，并在线进行淬火，最后进行时效处理，该工艺能够明显改善材料的组织性能、合金塑性，使得到的型材获得优良的弯曲性能，满足后续弯曲成型要求，提高产品成品率。

Description

一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种有色金属材料加工工程技术领域，且特别涉及一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材及其生产工艺。
背景技术
Al-Mg-Si系铝合金属于热处理可强化的变形铝合金，具有中等强度，优异的成型性能、焊接性能以及耐蚀性能，可在大型挤压机挤压形成断面形状复杂的大型宽扁薄壁空心型材，实现在线风冷或水雾冷淬火。日本的6N01铝合金及常见的6063、6005A铝合金均为Al-Mg-Si系合金，它们被广泛应用于轨道交通、航空航天、船舶、汽车制造等领域。
Al-Mg-Si系铝合金的弯曲性能是其一项重要的力学性能指标，用来表征材料经受弯曲负荷作用时的状态，生产中常用弯曲实验进行评价。在制造车体的过程中，Al-Mg-Si系铝合金板材和型材往往需要进行弯曲成型加工，但目前的Al-Mg-Si系铝合金材料的弯曲性能多不合格，容易在拉应力区域产生裂纹，导致制成的零部件失效。因此需要能提高Al-Mg-Si系铝合金材料的弯曲性能的方法，以获得具有优良弯曲性能的Al-Mg-Si系铝合金，满足后续弯曲成型要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材，其弯曲性能优良，满足后续弯曲成型要求，提高产品成品率。
本发明的另一目的在于提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，能够明显改善铝合金材料的组织性能、合金塑性，获得优良的弯曲性能，满足后续弯曲成型要求，提高产品成品率。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材，按重量百分数计，其主要由以下合金元素成分组成：
Si：0.65％～0.85％，Fe：0.2％～0.3％，Mg：0.45％～0.65％，Cu：0.15％～0.25％，Mn：0.25％～0.45％，Cr：0.15％～0.25％，Ti：0.05％～0.07％，Zn：≤0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成。
一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，其包括以下步骤：
按照上述合金元素成分组成配置原料，并进行均匀化处理，得到铸造坯料；将铸造坯料以1.5～2mm/s的挤压速度进行热挤压，热挤压的出口温度为510℃以上，并在线进行淬火，得到挤压材；对挤压材进行时效处理。
进一步地，在本发明较佳实施例中，均匀化处理的方法为：以20～35℃/h的升温速率，升温至510～560℃，保温12h以上。
进一步地，在本发明较佳实施例中，热挤压的方法为：将铸造坯料加热至460～500℃，铸造坯料温度梯度为10～20℃，并对铸造坯料进行挤压加工，挤压筒温度为420～460℃，挤压模具温度为460～500℃，挤压速度为1.5～2mm/s。
进一步地，在本发明较佳实施例中，淬火的方式是喷水淬火冷却。
进一步地，在本发明较佳实施例中，时效处理的方法是：保温温度为150～200℃，保温时间为6～10h。
进一步地，在本发明较佳实施例中，铸造坯料的制备方法为：将原料进行熔炼、精炼，得到液态铝合金，取样分析，按照上述合金元素成分组成控制液态铝合金的成分，将液态铝合金铸造成铸锭，对铸锭进行均匀化处理。
进一步地，在本发明较佳实施例中，熔炼的温度是740～760℃。
进一步地，在本发明较佳实施例中，精炼的方法是：
采用氩气往熔炼形成的铝液中吹喷精炼剂进行炉内精炼，精炼剂用量为0.12～0.18kg/t，炉内精炼时间≥10min；
扒渣静置40～60min；
采用在线除气方式进行炉外精炼，炉外精炼时氩气流量为4～6L/h，输入压力5～10bar，得到精炼溶液；
采用双级陶瓷过滤片过滤精炼熔液。
进一步地，在本发明较佳实施例中，精炼的温度是710～740℃。
本发明实施例的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材及其生产工艺的有益效果是：本发明实施例的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的合金元素成分按重量百分数计包括：Si：0.65％～0.85％，Fe：0.2％～0.3％，Mg：0.45％～0.65％，Cu：0.15％～0.25％，Mn：0.25％～0.45％，Cr：0.15％～0.25％，Ti：0.05％～0.07％，Zn：≤0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成。该Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺为：按照上述合金元素成分组成配置原料，并进行均匀化处理，得到铸造坯料；将铸造坯料以1.5～2mm/s的挤压速度进行热挤压，热挤压的出口温度为510℃以上，并在线进行淬火，得到挤压材；对挤压材进行时效处理，该工艺能够明显改善铝合金材料的组织性能、合金塑性，使得到的型材获得优良的弯曲性能，满足后续弯曲成型要求，提高产品成品率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1中Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的金相组织示意图；
图2为本发明实施例中三点弯曲试验的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材及其生产工艺进行具体说明。
本发明实施例提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材，按重量百分数计，其主要由以下合金元素成分组成：
Si：0.65％～0.85％，Fe：0.2％～0.3％，Mg：0.45％～0.65％，Cu：0.15％～0.25％，Mn：0.25％～0.45％，Cr：0.15％～0.25％，Ti：0.05％～0.07％，Zn：≤0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成。
本发明实施例还提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，该工艺通过设计Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的合金元素成分组成，熔炼铸造，并进行热挤压变形加工以及热处理，具体包括以下步骤：
S1均匀化处理工艺：按照合金元素成分组成配置原料，并进行均匀化处理，得到铸造坯料，合金元素成分组成包括：Si：0.65％～0.85％，Fe：0.2％～0.3％，Mg：0.45％～0.65％，Cu：0.15％～0.25％，Mn：0.25％～0.45％，Cr：0.15％～0.25％，Ti：0.05％～0.07％，Zn：≤0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成。
上述铸造坯料的具体制备方法为：将原料进行熔炼、精炼，得到液态铝合金，取样分析，按照上述合金元素成分组成控制液态铝合金的成分，将液态铝合金铸造成铸锭，对铸锭进行均匀化处理。
其中，熔炼的温度是740～760℃。
精炼的方法是：采用氩气往熔炼形成的铝液中吹喷精炼剂进行炉内精炼，精炼剂用量为0.12～0.18kg/t，炉内精炼时间≥10min；扒渣静置40～60min；采用在线除气方式进行炉外精炼，炉外精炼时氩气流量为4～6L/h，输入压力5～10bar，得到精炼溶液；采用双级陶瓷过滤片过滤精炼熔液。精炼的温度是710～740℃。
均匀化处理的方法为：以20～35℃/h的升温速率，升温至510～560℃，保温12h以上。
S2热挤压工艺：将铸造坯料进行热挤压，并在线进行淬火，得到挤压材。
其中，热挤压的方法为：将铸造坯料加热至460～500℃，铸造坯料温度梯度为10～20℃，并对铸造坯料进行挤压加工，挤压筒温度为420～460℃，挤压模具温度为460～500℃，热挤压的出口温度为510℃以上的溶体化温度区域，挤压速度为1.5～2mm/s。
淬火的方式是喷水淬火冷却。
S3时效工艺：对挤压材进行时效处理，获得综合性能优异的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材。
其中，时效处理的方法是：保温温度为150～200℃，保温时间为6～10h。
通过实验发现：合理的微观组织是Al-Mg-Si系铝合金能够取得优异综合性能的关键因素之一。Al-Mg-Si系铝合金的强化相为Mg2Si，但初始的Mg2Si往往以粗大的汉字状或骨骼状形态存在，随着Mg、Si含量的增加，形成的初生相Mg2Si就会越来越多，而Mg2Si相在应力集中敏感区域及界面容易形成裂纹，致使铝合金的强度、韧性都较差。同时，由于铝合金中含有粗大、难溶的含Fe脆性相，也影响铝合金的韧性。因此必须改变铝合金第二相在基体中的分布形貌，使其中粗大的Mg2Si尽量溶解，最终形成细小弥散的强化相，并尽量减少初生含Fe相的含量和减小其尺寸，才能提高Al-Mg-Si系铝合金的综合性能。
本发明实施例通过优化Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的合金元素成分组成，具体是控制Mg、Si的加入量及Mg/Si，改善其韧性，降低杂质Fe的含量，减少合金中难溶的含Fe脆性相，提高合金室温力学性能。本发明实施例还优化加工工艺，通过热挤压变形加工及热处理，部分粗大第二相的含Fe脆性相被挤压破碎，大部分Mg2Si溶入基体，形成细小的强化相在基体中弥散分布，基体晶粒也明显细化，显著降低合金的粗晶组织，提高了塑性，增强延伸率。通过上述方法，调节Al-Mg-Si系铝合金的微观组织性能，使Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的组织性能、合金塑性得到明显改善，能够获得优良的弯曲性能，满足后续弯曲成型要求，提高产品成品率；满足零部件承受弯曲载荷的要求，提高使用过程中的安全性；提高企业效益。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
实施例1提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材，其采用以下生产工艺制得：
按照合金元素成分组成配置原料：Si：0.65％，Fe：0.2％，Mg：0.45％，Cu：0.15％，Mn：0.25％，Cr：0.15％，Ti：0.07％，Zn：0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成。
对上述原料进行均匀化处理，具体是以30℃/h的升温速率，升温至530℃，保温12h，得到铸造坯料。
将铸造坯料进行热挤压，具体是将铸造坯料加热至500℃，铸造坯料温度梯度为10℃，并对铸造坯料进行挤压加工，挤压筒温度为460℃，挤压模具温度为490℃，热挤压的出口温度为510℃，挤压速度为1.5mm/s，并在线进行喷水淬火冷却，得到挤压材。
对挤压材进行时效处理，保温温度为175℃，保温时间为8h，获得Al-Mg-Si系铝合金挤压型材。
图1为本实施例中Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的金相组织示意图，由图中可以看出，该铝合金挤压型材组织60％以上为细小的再结晶晶粒组织，该合金中难溶的含Fe相数量较少，且部分粗大的含Fe相被挤压破碎，大部分Mg2Si溶入基体，形成细小的强化相在基体中弥散分布，基体晶粒明显细化。
实施例2
实施例2提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材，其采用以下生产工艺制得：
按照合金元素成分组成配置原料：Si：0.75％，Fe：0.25％，Mg：0.55％，Cu：0.2％，Mn：0.35％，Cr：0.2％，Ti：0.07％，Zn：0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成。
对上述原料进行均匀化处理，具体是以30℃/h的升温速率，升温至530℃，保温12h，得到铸造坯料。
将铸造坯料进行热挤压，具体是将铸造坯料加热至500℃，铸造坯料温度梯度为10℃，并对铸造坯料进行挤压加工，挤压筒温度为460℃，挤压模具温度为480℃，热挤压的出口温度为515℃，挤压速度为1.8mm/s，并在线进行喷水淬火冷却，得到挤压材。
对挤压材进行时效处理，保温温度为175℃，保温时间为10h，获得Al-Mg-Si系铝合金挤压型材。
实施例3
实施例3提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材，其采用以下生产工艺制得：
按照合金元素成分组成配置原料：Si：0.85％，Fe：0.3％，Mg：0.65％，Cu：0.25％，Mn：0.45％，Cr：0.25％，Ti：0.05％，Zn：0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成。
对上述原料进行均匀化处理，具体是以30℃/h的升温速率，升温至530℃，保温12h，得到铸造坯料。
将铸造坯料进行热挤压，具体是将铸造坯料加热至480℃，铸造坯料温度梯度为10℃，并对铸造坯料进行挤压加工，挤压筒温度为460℃，挤压模具温度为500℃，热挤压的出口温度为510℃，挤压速度为2mm/s，并在线进行喷水淬火冷却，得到挤压材。
对挤压材进行时效处理，保温温度为175℃，保温时间为8h，获得Al-Mg-Si系铝合金挤压型材。
实施例4
实施例4提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材，其采用以下生产工艺制得：
将原料进行熔炼、精炼，得到液态铝合金，熔炼的温度是740℃；精炼的方法是：采用氩气往熔炼形成的铝液中吹喷精炼剂进行炉内精炼，精炼剂用量为0.12kg/t，炉内精炼时间为10min；扒渣静置60min；采用在线除气方式进行炉外精炼，炉外精炼时氩气流量为4L/h，输入压力10bar，得到精炼溶液；采用双级陶瓷过滤片过滤精炼熔液，精炼的温度是710℃。
取样分析，控制液态铝合金的成分为：Si：0.75％，Fe：0.25％，Mg：0.55％，Cu：0.2％，Mn：0.35％，Cr：0.2％，Ti：0.07％，Zn：0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成，将液态铝合金铸造成铸锭，对铸锭进行均匀化处理，具体是以25℃/h的升温速率，升温至530℃，保温14h，得到铸造坯料。
将铸造坯料进行热挤压，具体是将铸造坯料加热至480℃，铸造坯料温度梯度为15℃，并对铸造坯料进行挤压加工，挤压筒温度为460℃，挤压模具温度为500℃，热挤压的出口温度为510℃，挤压速度为2mm/s，并在线进行喷水淬火冷却，得到挤压材。
对挤压材进行时效处理，保温温度为165℃，保温时间为10h，获得Al-Mg-Si系铝合金挤压型材。
实施例5
实施例5提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材，其采用以下生产工艺制得：
将原料进行熔炼、精炼，得到液态铝合金，熔炼的温度是750℃；精炼的方法是：采用氩气往熔炼形成的铝液中吹喷精炼剂进行炉内精炼，精炼剂用量为0.15kg/t，炉内精炼时间为15min；扒渣静置50min；采用在线除气方式进行炉外精炼，炉外精炼时氩气流量为5L/h，输入压力8bar，得到精炼溶液；采用双级陶瓷过滤片过滤精炼熔液，精炼的温度是720℃。
取样分析，控制液态铝合金的成分为：Si：0.85％，Fe：0.3％，Mg：0.65％，Cu：0.25％，Mn：0.45％，Cr：0.25％，Ti：0.05％，Zn：0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成，将液态铝合金铸造成铸锭，对铸锭进行均匀化处理，具体是以30℃/h的升温速率，升温至530℃，保温12h，得到铸造坯料。
将铸造坯料进行热挤压，具体是将铸造坯料加热至500℃，铸造坯料温度梯度为10℃，并对铸造坯料进行挤压加工，挤压筒温度为460℃，挤压模具温度为480℃，热挤压的出口温度为515℃，挤压速度为1.8mm/s，并在线进行喷水淬火冷却，得到挤压材。
对挤压材进行时效处理，保温温度为175℃，保温时间为10h，获得Al-Mg-Si系铝合金挤压型材。
实施例6
实施例6提供一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材，其采用以下生产工艺制得：
将原料进行熔炼、精炼，得到液态铝合金，熔炼的温度是760℃；精炼的方法是：采用氩气往熔炼形成的铝液中吹喷精炼剂进行炉内精炼，精炼剂用量为0.18kg/t，炉内精炼时间为10min；扒渣静置40min；采用在线除气方式进行炉外精炼，炉外精炼时氩气流量为4L/h，输入压力10bar，得到精炼溶液；采用双级陶瓷过滤片过滤精炼熔液，精炼的温度是740℃。
取样分析，控制液态铝合金的成分为：Si：0.65％，Fe：0.2％，Mg：0.45％，Cu：0.15％，Mn：0.25％，Cr：0.15％，Ti：0.07％，Zn：0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成，将液态铝合金铸造成铸锭，对铸锭进行均匀化处理，具体是以30℃/h的升温速率，升温至530℃，保温12h，得到铸造坯料。
将铸造坯料进行热挤压，具体是将铸造坯料加热至500℃，铸造坯料温度梯度为10℃，并对铸造坯料进行挤压加工，挤压筒温度为460℃，挤压模具温度为490℃，热挤压的出口温度为510℃，挤压速度为1.5mm/s，并在线进行喷水淬火冷却，得到挤压材。
对挤压材进行时效处理，保温温度为175℃，保温时间为8h，获得Al-Mg-Si系铝合金挤压型材。
产品弯曲性能测试：
按TBT 3260.1-2011附录C执行三点弯曲试验，具体是将标本放在有一定距离的两个支撑点上，在两个支撑点中点上方向标本施加向下的载荷，标本的3个接触点形成相等的两个力矩时即发生三点弯曲，分别对实施例1-6中的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材进行弯曲性能检测，弯曲角度为180°，三点弯曲试验示意图如图2所示。
观察实施例1-6中的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材弯曲后的试样，发现试样表面无可见裂纹，判定试样弯曲性能合格，满足相关标准要求。
综上所述，本发明实施例的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，能够明显改善铝合金材料的组织性能、合金塑性；使制得的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材获得优良的弯曲性能，满足后续弯曲成型要求，提高产品成品率。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，其特征在于，其包括以下步骤：
按照合金元素成分组成配置原料，并进行均匀化处理，得到铸造坯料，按重量百分数计，合金元素成分组成包括：Si：0.65％～0.85％，Fe：0.2％～0.3％，Mg：0.45％～0.65％，Cu：0.15％～0.25％，Mn：0.25％～0.45％，Cr：0.15％～0.25％，Ti：0.05％～0.07％，Zn：≤0.1％，余量由Al和不可避免的杂质构成；将所述铸造坯料以1.5～2mm/s的挤压速度进行热挤压，所述热挤压的出口温度为510℃以上，并在线进行淬火，得到挤压材；对所述挤压材进行时效处理，所述热挤压的方法为：将所述铸造坯料加热至460～500℃，所述铸造坯料温度梯度为10～20℃，并对所述铸造坯料进行挤压加工，挤压筒温度为420～460℃，挤压模具温度为460～500℃，所述淬火的方式是喷水淬火冷却。
2.根据权利要求1所述的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，其特征在于，所述均匀化处理的方法为：以20～35℃/h的升温速率，升温至510～560℃，保温12h以上。
3.根据权利要求1所述的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，其特征在于，所述时效处理的方法是：保温温度为150～200℃，保温时间为6～10h。
4.根据权利要求1所述的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，其特征在于，所述铸造坯料的制备方法为：将所述原料进行熔炼、精炼，得到液态铝合金，取样分析，按照上述合金元素成分组成控制所述液态铝合金的成分，将所述液态铝合金铸造成铸锭，对所述铸锭进行均匀化处理。
5.根据权利要求4所述的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，其特征在于，所述熔炼的温度是740～760℃。
6.根据权利要求4所述的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，其特征在于，所述精炼的方法是：
采用氩气往熔炼形成的铝液中吹喷精炼剂进行炉内精炼，所述精炼剂用量为0.12～0.18kg/t，所述炉内精炼时间≥10min；
扒渣静置40～60min；
采用在线除气方式进行炉外精炼，炉外精炼时氩气流量为4～6L/h，输入压力5～10bar，得到精炼溶液；
采用双级陶瓷过滤片过滤所述精炼熔液。
7.根据权利要求4所述的Al-Mg-Si系铝合金挤压型材的生产工艺，其特征在于，所述精炼的温度是710～740℃。
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