CN107971359B - 一种可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具 - Google Patents

一种可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,包括锥形上模和下模垫,所述下模垫对应安装在锥形上模的下方;所述锥形上模设置有漏斗状的挤压孔,所述挤压孔的漏斗斜边与中心线的夹角为α,所述角度α的大小为5‑10°。本发明通过采用锥形上模,并在锥形上模设置有漏斗状的挤压孔,并使得挤压孔的中漏斗的倾斜角度为5‑10°,所以能够有效降低金属流动阻力及棒材内外层金属流变差异,从而实现降低变形能聚集,抑制棒材表层再结晶粗化的作用;所挤压加工制造的6XXX中高强铝合金棒材外层将不会产生粗晶组织缺陷,其棒材横截面晶粒度可达8级以上。

Description

一种可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具
技术领域
本发明涉及高强度铝合金制造模具领域,尤其涉及的是一种可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具。
背景技术
6XXX中高强铝合金棒材在固溶+人工时效处理的条件下,强度可达300MPa以上,具有较好的塑性、较高的硬度、优良的冷加工性,因而广泛用于建筑、交通运输等领域,市场空间巨大。但在热加工或热处理过程中,6XXX中高强铝合金极易产生晶粒粗化现象,在后续加工过程中制品表面极易出现起皱、花斑、色差等问题,更为严重的是会造成材料力学性能剧烈下降,在使用过程中过早失效,从而严重地限制了此系列铝合金在高品质要求领域的应用。
如何获得6XXX中高强铝合金热加工过程中组织结构细小是长久以来困扰国内外工程技术人员的技术难题。近年来,随着“铝代铜”、“铝代钢”的技术革新浪潮席卷世界各地,各国学者都加大了在这一领域的研究力度并取得了一定进展。国外学者Henry S.Yang,通过调整合金中Mn、Cr元素的含量、减少挤压比等方法较成功地抑制了热挤压过程中6XXX中高强铝合金棒材微观组织粗化,Elizabeth D. Sweet、Sally K. Caraher等着重研究了挤压生产工艺对组织细化的影响;在国内,中南大学、东北轻、西南铝等知名铝合金研发机构也就6XXX中高强铝合金加工过程中的组织细化问题进行过专门的研究报道。但通过对比近几年国内外发表的文献发现,从模具角度深入研究解决6XXX中高强铝合金微观组织粗化问题的资料较少且未见到产业化生产报道,社会经济效益不明显。且在研究深度、系统性上与国外相比存在一定差距。可以预见的是,今后在社会和市场需求的推动下,关于6XXX中高强铝合金结构细微化的研究必将在研究规模、研究深度及成果产业化上有进一步发展。
现有生产6XXX中高强铝合金棒材的模具【图1】,模具平面与合金流动方向垂直,铝合金在模腔内流动时与模腔内表面受到强大的正向压力作用而发生剧烈摩擦,由此引发的高阻滞作用致使棒材金属流动发生分层,内层金属与最外层金属存在较大的速度梯度,在此条件下,变形能在棒材表面聚集,当挤压过程中产生的变形温升及摩擦温升达到6XXX中高强铝合金再结晶激活温度时,则所挤压加工的6XXX中高强铝合金棒材外层伴随着棒材表面聚集的应变能量的释放,产生了粗晶组织缺陷【图3】,挤压比越大此过程进行的越迅速,粗晶组织缺陷越明显;
为了降低棒材内外层金属流动变形速度梯度,通常的应对方法是采用低温慢速(挤压温度460℃以下,挤压速度5~8m/min)的挤压工艺并尽量减少挤压比(挤压比15以下)。同时为了提高6XXX中高强铝合金再结晶激活能,需在合金中增加Mn、Cr等微量元素的含量以提高再结晶门槛,抑制晶粒粗化的情况发生。但无论采用哪种方式,均提高了操作控制难度,或者是以牺牲生产效率作为代价,给此系列合金在高端市场的大规模使用带来了不利影响。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明目的在于提供一种可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,旨在解决现有铝合金棒材在生产的过程中,挤压变形的时候聚集的应变能量释放会产生粗晶组织缺陷,以及现有的采用低温慢速制造的陈本高、操作难度大和效率低的技术问题。
本发明的技术方案如下:一种可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其包括锥形上模和下模垫,所述下模垫对应安装在锥形上模的下方;所述锥形上模设置有漏斗状的挤压孔,所述挤压孔的漏斗斜边与中心线的夹角为α, 所述角度α的大小为5-10°。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述角度α为5°。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述角度α为10°。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述角度α为8°。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述挤压孔包括漏斗部、工作带和保持铝合金棒材大小稳定的空刀部,所述工作带设置在漏斗部和空刀部之间,且工作带的直径等于漏斗部的小端口直径。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述稳定部的直径大于瓶颈部的直径。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述下模垫设置有垫孔,垫孔的直径比空刀部直径大10~18mm。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,在挤压铝合金棒材的时候,挤压模具选择的挤压比为15-30。
本发明的有益效果:本发明通过采用锥形上模,并在锥形上模设置有漏斗状的挤压孔,并使得挤压孔的中漏斗的倾斜角度为5-10°,所以能够有效降低金属流动阻力及棒材内外层金属流变差异,从而实现降低变形能聚集,抑制棒材表层再结晶粗化的作用;所挤压加工制造的6XXX中高强铝合金棒材外层将不会产生粗晶组织缺陷,其棒材横截面晶粒度可达8级以上。
附图说明
图1是本发明的现有铝合金棒材挤压模具。
图2是本发明的结构示意图。
图3是现有平模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,宏观低倍金相图。
图4是本发明中5°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,棒材表层高倍金相图。
图5是本发明中5°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,棒材中心高倍金相图。
图6是本发明中5°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,棒材宏观低倍金相图。
图7是本发明中10°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,棒材表层高倍金相图。
图8是本发明中10°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,棒材中心高倍金相图。
图9是本发明中10°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,棒材宏观低倍金相图。
图10是本发明中20°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,棒材宏观低倍金相图。
图11是本发明中30°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,棒材宏观低倍金相图。
图12是本发明中5°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比30,棒材表层高倍金相图。
图13是本发明中5°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比30,棒材中心高倍金相图。
图14是本发明中5°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比30,棒材宏观低倍金相图。
图15是本发明中5°锥角模挤压Φ12.7mm铝棒,挤压比20,棒材宏观低倍金相图。
图16是本发明中5°锥角模挤压Φ12.7mm铝棒,挤压比35,棒材宏观低倍金相图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
如图2所示,本发明公开了一种可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其包括锥形上模1和下模垫2,所述下模垫2对应安装在锥形上模1的下方;所述锥形上模1设置有漏斗状的挤压孔11,所述挤压孔11的漏斗斜边与中心线的夹角为α, 所述角度α的大小为5-10°。
采用上述结构模具生产6XXX中高强铝合金棒材时,使用上模锥角α设计为5-10°的漏斗模具,并且其挤压比应在15-30的范围内选取,那么所挤压加工制造的6XXX中高强铝合金棒材外层将不会产生粗晶组织缺陷,其棒材横截面晶粒度可达8级以上,可有效降低金属流动阻力及棒材内外层金属流变差异,从而实现降低变形能聚集,抑制棒材表层再结晶粗化的作用。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述角度α为5°。
如图4-6所示,本发明在角度α为5°时,也就是在制造铝合金棒材的是的时候,选用5°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,挤压出来的铝合金棒材表层和棒材中心的高倍金相组织细小,但是棒材宏观低倍金相无粗晶组织,而采用平模制造的话,则低倍金相如图4所示,能够看到晶粒粗化明显。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述角度α为10°。
如图7-9所示,本发明在角度α为10°时,也就是在制造铝合金棒材的是的时候,采用10°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,挤压出来的铝合金棒材表层和棒材中心的高倍金相组织细小,但是相对α为5°外层晶粒略有长大,但是棒材宏观低倍金相无明显差异,而采用平模制造的话,则低倍金相如图4所示,能够看到晶粒粗化明显。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述角度α为8°。
如图10-11所示,本发明采用20°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,所挤压出来的铝合金棒材,棒材宏观低倍金相的外围则可以看到晶粒开始粗化;采用30°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比15,所挤压出来的铝合金棒材,棒材宏观低倍金相的外围则可以看到的晶粒粗化明显,较20°锥角模具挤压出来的棒材更加严重。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述挤压孔11包括漏斗部3、工作带4和保持铝合金棒材大小稳定的空刀部5,所述工作带4设置在漏斗部3和空刀部5之间,且工作带4的直径等于漏斗部1的小端口直径,长度2mm。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,所述下模垫2设置有垫孔21,且垫孔21的直径小于漏斗部3的大端口直径。
所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其中,在挤压铝合金棒材的时候,挤压模具选择的挤压比为15-30。
本发明通过采用锥形上模,并在锥形上模设置有漏斗状的挤压孔,并使得挤压孔的中漏斗的倾斜角度为5-10°,所以能够有效降低金属流动阻力及棒材内外层金属流变差异,从而实现降低变形能聚集,抑制棒材表层再结晶粗化的作用;所挤压加工制造的6XXX中高强铝合金棒材外层将不会产生粗晶组织缺陷,其棒材横截面晶粒度可达8级以上。
采用本发明的技术方案,可有效降低金属流动阻力及棒材内外层金属流变差异,从而实现降低变形能聚集,抑制棒材表层再结晶粗化的作用。以生产6061铝合金棒材为例,应用新技术后:
请参照附表1
1、当锥角为5°,挤压比为20时生产出6061的铝棒,其晶粒度表层数值为9.5,棒中心部位晶粒度数值为9.4,棒表层粗晶厚度只有127μm-138μm。当锥角为10°,挤压比为20时生产出6061的铝棒,其晶粒度表层数值为9.5,棒中心部位晶粒度数值为9.4,棒表层粗晶厚度为319μm-325μm。
请参照附表2,当锥角为5°,挤压比为15,棒表层粗晶厚度为127чm~138чm,晶粒表层数值为9.5,棒中心部位晶粒度数值为9.4;当当锥角为5°,挤压比为30,棒表层粗晶厚度为160чm~178чm,晶粒表层数值为9.2,棒中心部位晶粒度数值为8.8。
而使用普通传统平模挤压出的棒材表面有明显的粗晶。如图4所示。
2、可实现常温常速挤压,挤压温度480℃~510℃、挤压速度10~15m/min,可进行正常的在线淬火工艺。
3、挤压比30以下均可维持超细微结构,有利于采用较大变形量消除合金铸态组织,提升合金性能。
附表1
附表2
终上所述,本发明的技术方案实施起来的过程中,采用锥角为5°,挤压比为15,的挤压效果最佳,但是能够合格实用的范围是锥角度数为5-10°,挤压比范围是15-30。
如图12-14所示,本发明采用5°锥角模挤压Φ24mm铝棒,挤压比30,所挤压出来的铝合金棒材表层和棒材中心的高倍金相晶粒细小,棒材宏观低倍金相未发现粗晶组织;但是结合附表1和2,可得知,铝合金棒材的粗晶层厚度增加,但是晶粒尺寸变小。
如图15-16所示,本发明采用5°锥角模挤压Φ12.7mm铝棒,挤压比分别为20和35,观察棒材宏观低倍金相,便可以得知,挤压比在30以内的时候,所挤压出来的铝合金棒材还是合格的,但是超过30的挤压比挤压铝合金棒材,所挤压出来的棒材宏观低倍金相,便可以看到粗晶层。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其特征在于,包括锥形上模和下模垫,所述下模垫对应安装在锥形上模的下方;所述锥形上模设置有漏斗状的挤压孔,所述挤压孔的漏斗斜边与中心线的夹角为α, 所述角度α的大小为5-10°;所述挤压孔包括漏斗部、工作带和保持铝合金棒材大小稳定的空刀部,所述工作带设置在漏斗部和空刀部之间,且工作带的直径等于漏斗部的小端口直径,长度为2mm;所述漏斗部和空刀部分别设置在锥形上模的两端;所述下模垫设置有垫孔,且垫孔的直径小于漏斗部的大端口直径,垫孔的直径比空刀部直径大10~18mm;在挤压铝合金棒材的时候,挤压模具选择的挤压比为15~30。
2.根据权利要求1所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其特征在于,所述角度α为5°。
3.根据权利要求1所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其特征在于,所述角度α为10°。
4.根据权利要求1所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其 特征在于,所述角度α为8°。
5.根据权利要求1所述的可生产细微组织结构6系中铝合金棒材的挤压模具,其特征在于,所述空刀部的直径大于工作带的直径。
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