CN108359863A - 一种gis管材壳体生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金型材生产技术领域，涉及一种GIS管材壳体生产工艺，6008铝合金成分为Si：0.85％，Fe：0.19％，Cu：0.05％，Mn：0.25％，Mg：0.62％，Ti：0.02％，Cr：0.18％，Zn：0.01％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，对铝合金铸锭均质制度和挤压管材时效制度进行调整，最佳均质制度为540℃×3h+570℃×4h，最佳时效制度为155℃×8h+40min，使得挤压后的铝合金管材热塑性和韧性得到了提高，铝合金管材的塑性和韧性达到拔口的变形量，达到拔口不开裂的目的。

Description

一种GIS管材壳体生产工艺
技术领域
本发明属于铝合金型材生产技术领域，涉及一种GIS管材壳体生产工艺。
背景技术
随着世界性铝合金加工技术的快速发展，新技术、新材料、新工艺、新产品层出不穷，铝合金在机械装备及承力件等连接件中应用越来越广泛，传统的承力件及连接件基本使用钢铁材料，为确保使用寿命及使用过程中的安全性，铝合金在主要承力件及连接件中发挥越来越大的作用，当满足使用要求时，可以以铝合金代替钢铁承担连接作用。近年来，随着铝合金在各领域的应用，各种承受中等强度及有限运动机械部件广泛使用铝合金减轻自身重量，提高承载能力。
在电力工业中，GIS是指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘金属封闭开关设备”(Gas Insulated Switchgear)简称GIS，它将一座变电站中除变压器以外的一切设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线。我公司生产GIS管材采用6008合金。
关于6008铝合金管材，在应用过程中，主要存在以下的问题：
经过观察发现，6008铝合金管材经拔口加工后容易开裂，管材既有大面积开裂也存在轻微裂纹，技术人员认为：轻微裂纹是由于型材硬度不均时，管材容易在硬度差处产生应力集中进而导致轻微裂纹。至于大面积开裂，一是由于管材的塑性与韧性未达到拔口的变形量，另外如果屈强比较大的话也容易导致大面积开裂。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有技术生产的6008铝合金管材容易开裂的问题，提供一种GIS管材壳体生产工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种GIS管材壳体生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制6008铝合金原料：Si：0.85％，Fe：0.19％，Cu：0.05％，Mn：0.25％，Mg：0.62％，Ti：0.02％，Cr：0.18％，Zn：0.01％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至540～570℃，保温7～10小时，冷却至常温得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到6008铝合金管材，其中挤压模具的加热温度为480～500℃，挤压筒的挤压比为22.5～22.8，挤压机的挤压制品速度为1.6～1.8m/min，挤压筒的突破压力为246bar，挤压筒的筒温为440～460℃，6008铝合金管材的温度为490～510℃；
D、在线淬火：将6008铝合金管材置于淬火装置进行淬火，淬火方式为大水雾式淬火；
E、时效热处理：将在线淬火后的6008铝合金管材在155～165℃的温度下保温6～9h。
进一步，步骤B中铝合金铸锭加热至550℃，保温10h，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温8h。
进一步，步骤B中铝合金铸锭加热至540℃，保温3小时，然后加热至570℃保温4h，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温8h。
进一步，步骤B中铝合金铸锭加热至540℃，保温3小时，然后加热至570℃保温4h，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温8h+40min。
进一步，步骤B中铝合金铸锭加热至540℃，保温3小时，然后加热至570℃保温4h，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温9h。
本发明的有益效果在于：
1、通过本发明GIS管材壳体生产工艺制备的铝合金管材，通过对6008铝合金成分进行优化，对铝合金铸锭均质制度和挤压管材时效制度进行调整，使得挤压后的铝合金管材热塑性和韧性得到了提高，铝合金管材的塑性和韧性达到拔口的变形量，达到拔口不开裂的目的。
2、本发明GIS管材壳体生产工艺中，对均质化处理的均热时间、均热温度及冷却速率都有了明确的改动。通过试验几种均匀化制度，调整了几个参数，最终的目的是使合金经过均匀化后消除铸锭在凝固时产生的内应力，也就是使铸态合金具有较大的化学均一性和组织均一性，旨在使偏析明显减少，第二相弥散分布于基体中，晶粒均匀细小。这为合金的后续加工提供了良好的组织基础，有利于保证良好的热塑性和高的成品率。改变连铸线坯内部的组织和性能，为后续的挤压后组织以及拔口加工均会带来益处，以利于其后的拉伸生产。以往该合金的均质制度为550℃×8h，针对此次出现的问题，技术人员设计了550℃×10h、540℃×3h+570℃×4h两种均质制度。同时在实际均质过程中，根据以往经验，规定在铸锭刚铸造出12h时间内进行均匀化退火。此种均质制度使得铸态铝合金具有更好的化学一致性和组织一致性，技术人员分析，由于此合金含有Mn元素，当该元素分布不均匀时会影响合金在加工过程中的加工性能，须通过均匀化处理消除或减小晶粒内外化学成分和组织的不均匀性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明6008铝合金断面结构示意图；
图2为本发明实施例1制备的铝合金型材弯曲试验示意图；
图3为本发明实施例2制备的铝合金型材弯曲试验示意图；
图4为本发明实施例3制备的铝合金型材弯曲试验示意图；
图5为本发明实施例4制备的铝合金型材弯曲试验示意图；
图6为本发明对比例1制备的铝合金型材弯曲试验示意图；
图7为本发明对比例2和3制备的铝合金型材弯曲试验示意图；
图8为本发明对比例4制备的铝合金型材弯曲试验示意图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
如图1所示一种GIS管材壳体生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制6008铝合金原料：Si：0.85％，Fe：0.19％，Cu：0.05％，Mn：0.25％，Mg：0.62％，Ti：0.02％，Cr：0.18％，Zn：0.01％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至550℃，保温10小时，冷却至常温得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到6008铝合金管材，其中挤压模具的加热温度为480～500℃，挤压筒的挤压比为22.6，挤压机的挤压制品速度为1.6～1.8m/min，挤压筒的突破压力为246bar，挤压筒的筒温为440～460℃，6008铝合金管材的温度为490～510℃；
D、在线淬火：将6008铝合金管材置于淬火装置进行淬火，淬火方式为大水雾式淬火；
E、时效热处理：将在线淬火后的6008铝合金管材在155℃的温度下保温8h。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤B中铝合金铸锭加热至540℃，保温3小时，然后加热至570℃保温4h。
实施例3
实施例3与实施例2的区别在于，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温8h+40min。
实施例4
实施例4与实施例3的区别在于，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温9h。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在175℃保温5h。
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于，步骤B中铝合金铸锭加热至540℃，保温3小时，然后加热至570℃保温4h。
对比例3
对比例3与对比例1的区别在于，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在160℃保温6h。
对比例4
对比例4与对比例3的区别在于，步骤B中铝合金铸锭加热至540℃，保温3小时，然后加热至570℃保温4h。
对比例5
一种GIS管材壳体生产工艺，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制6008铝合金原料：Si：0.72％，Fe：0.10％，Cu：0.03％，Mn：0.23％，Mg：0.59％，Ti：0.02％，Cr：0.21％，Zn：0.01％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至550℃，保温8小时，冷却至常温得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到6008铝合金管材，其中挤压模具的加热温度为480～500℃，挤压筒的挤压比为22.6，挤压机的挤压制品速度为1.8～2.2m/min，挤压筒的突破压力为223bar，挤压筒的筒温为400～460℃，6008铝合金管材的温度为485～505℃；
D、在线淬火：将6008铝合金管材置于淬火装置进行淬火，淬火方式为大水雾式淬火；
E、时效热处理：将在线淬火后的6008铝合金管材在175℃的温度下保温8h。
实施例1～4以及对比例1～5所制备铝合金管材的力学性能以及弯曲试验测试结果见表一：
表一
由表一可以看到，对比例1和对比例2采用了175℃×5h的欠时效制度，通过对制备的试样进行性能检测，发现试样的力学性能能够达到要求，通过对比例1的均质制度制备的试样在做弯曲试验时已经出现近乎断裂的现象(如图6所示)，通过对比例2的均质制度制备的试样在做弯曲试验时，弯曲效果优于对比例1的试样，但弯曲后依然存在较深的裂痕，弯曲性能均不合格(如图7上所示)。
对比例3和对比例4采用了160℃×6h的时效制度，对比例3和对比例4生产的试样力学性能能够达到要求，对比例3和对比例4制备的试样在做弯曲试验时均有较深的裂痕出现，(分别如图7下和图8所示)不能满足客户的标准要求。
实施例1采用155℃×8h的时效制度，制备的试样弯曲结果较对比例1～4有了明显改善，实施例1制备的试样在弯曲试验时只有轻微的裂纹现象(如图2所示)。
实施例2、实施例3与实施例4均采用540℃×3h+570℃×4h双级时效制度，不同的是实施例2采用155℃×8h的时效制度，实施例3采用155℃×8h+40min的时效制度，实施例4采用155℃×9h的时效制度。实施例2、实施例3与实施例4制备的试样相对于实施例1力学性能有所提高，高于标准要求，在做弯曲试验时，未出现裂纹、表面橘皮等现象(分别如图3、图4和5所示)。
因此，实施例2、实施例3与实施例4制备试样的各项性能均符合客户要求，但实施例3的力学性能最佳。本次挤压产品所出现的问题主要是产品的弯曲(拔口)性能，客户对弯曲(拔口)性能所提出的较高要求，以往公司未接触此类产品，查找相关资料，对于6008铝合金拔口行业内研究甚少，故进行本次新产品试验开发。该产品经175℃×8h峰值时效后，对于6008合金，力学性能数值与淬火强度相匹配，说明对该铝合金型材淬火充分，最初制定的挤压工艺是合理的，以便于后期灵活调整时效制度。
综合分析五种时效后的试验结果，力学性能均能满足技术协议要求。当选用同一种均质制度，时效制度由峰值时效改为恰当的欠时效制度后弯曲性能得到明显提升；与此类似，当采用同一种时效制度时，采用双极均质的铸锭弯曲性能优于单级均质的铸锭，但是只有采用双极均质铸锭加之适当的欠时效才能保证弯曲的合格即满足客户的拔口要求。即采用540℃×3h+570℃×4h均质制度和155℃×8h+40min时效制度后，所得结果显示十分理想，挤压管材具有良好的综合力学性能，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别达到268MPa、192MPa、21.5％，拔口后无裂纹，变形均匀。型材在力学和弯曲方面的性能要求至此得以圆满解决。
6008铝合金铸锭均匀化热处理的最佳工艺为540℃×3h+570℃×4h，强风冷却至300以下后进行水冷。与此同时，此种均质制度，在实际生产中，6063合金铸锭，其他Si、Mg合金也可以使用此种均质制度，这样就提高了均质炉的利用率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种GIS管材壳体生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、熔铸：按照如下重量份数比配制6008铝合金原料：Si：0.85％，Fe：0.19％，Cu：0.05％，Mn：0.25％，Mg：0.62％，Ti：0.02％，Cr：0.18％，Zn：0.01％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、均质：将熔铸得到的铝合金铸锭加热至540～570℃，保温7～10小时，冷却至常温得到均质后的铝合金铸锭；
C、挤压：将均质后的铝合金铸锭送入挤压机的挤压筒中进行挤压，得到6008铝合金管材，其中挤压模具的加热温度为480～500℃，挤压筒的挤压比为22.5～22.8，挤压机的挤压制品速度为1.6～1.8m/min，挤压筒的突破压力为246bar，挤压筒的筒温为440～460℃，6008铝合金管材的温度为490～510℃；
D、在线淬火：将6008铝合金管材置于淬火装置进行淬火，淬火方式为大水雾式淬火；
E、时效热处理：将在线淬火后的6008铝合金管材在155～165℃的温度下保温6～9h。
2.如权利要求1所述GIS管材壳体生产工艺，其特征在于，步骤B中铝合金铸锭加热至550℃，保温10h，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温8h。
3.如权利要求1所述GIS管材壳体生产工艺，其特征在于，步骤B中铝合金铸锭加热至540℃，保温3小时，然后加热至570℃保温4h，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温8h。
4.如权利要求1所述GIS管材壳体生产工艺，其特征在于，步骤B中铝合金铸锭加热至540℃，保温3小时，然后加热至570℃保温4h，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温8h+40min。
5.如权利要求1所述GIS管材壳体生产工艺，其特征在于，步骤B中铝合金铸锭加热至540℃，保温3小时，然后加热至570℃保温4h，步骤E中在线淬火后的6008铝合金管材在155℃保温9h。
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