CN108559886A - 一种Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al‑Mg‑Si‑Mn合金挤压棒材及其制造方法，属于铝合金材料技术领域。本发明的棒材的组分及质量百分比如下：Mg：0.50‑1.1％，Si：0.6‑1.2％，Mn：0.40‑0.6％；以及含有下述一种或一种以上的元素：Fe≤0.10％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Cu≤0.05％、Ag≤0.10％、Ti≤0.05％、V≤0.05％；其他杂质单个≤0.05％，总杂质含量≤0.10％；Al：余量。本发明通过控制合金成分范围以及生产过程的工艺参数，通过对在线驻波淬火过程的控制及三级时效过程的控制，能够同时提高大规格挤压棒材的强度和导电性能。
Description
技术领域
本发明属于铝合金材料技术领域，具体涉及一种Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材及其制造方法。
背景技术
目前工业化生产的大规格铝合金挤压棒材挤压方法，包括以下步骤：a、铸锭加热；b、模具加热；c、挤压筒加热；d、挤压生产；e、在线冷却；f、在线中断；g、离线淬火；h、拉伸矫直；i、成品锯切；j、尺寸以及形位检测；k、装框；l、人工时效；m、性能检测；n、包装入库。现有挤压工艺的技术缺点主要有以下方面：(1)化学成分、挤压温度和速度相互间协调控制不好，无法保证挤压棒材的强度和导电性能，产品性能均匀性和稳定性差；(2)在线喷淋或水槽淬火冷却能力小、均匀性差，无法保证产品的强度和导电性能，只能采用离线淬火，生产效率低、成本高、磕碰伤严重；(3)采用单级时效工艺，无法同时满足高强度和高导电性的要求，只能牺牲其中一个，强度高时导电性差，导电性高时强度低。
与其它铝合金相比，Al-Mg-Si-Mn铝合金强度高、导电性能优良，已被广泛应用于电子设备、机械零部件等领域。但该合金淬火敏感性高，对挤压温度、挤压速度、淬火参数、时效参数等过程控制要求严格，普通的在线喷淋或水槽淬火的冷却速度和淬火均匀性差，致使挤压棒材强度和导电性能较差并且不均匀，特别是直径>150mm的大规格棒材的在线淬火问题更突出，只能通过离线淬火进行生产，生产效率大大降低、生产成本高、磕碰伤严重，无法满足产品的高强度和高导电性要求。另外，Al-Mg-Si-Mn铝合金棒材的强度和导电性是相互矛盾的两个产品特性，现有的普通时效工艺，在保证产品强度高时导电性差、导电性高时强度低，无法两者兼顾。
发明内容
本发明是为了解决以上传统挤压工艺的不足而开发的，提出一种大规格、高强度、高导电性铝合金挤压棒材及其制造方法，通过控制合金成分范围以及生产过程的工艺参数，能够同时提高大规格挤压棒材的强度和导电性能。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，组分及质量百分比如下：
Mg：0.50-1.1％，Si：0.6-1.2％，Mn：0.40-0.6％；以及含有下述一种或一种以上的元素：Fe≤0.10％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Cu≤0.05％、Ag≤0.10％、Ti≤0.05％、V≤0.05％；其他杂质单个≤0.05％，总杂质含量≤0.10％；Al：余量。
进一步的，所述棒材的直径范围为
进一步的，所述棒材的直径范围为
上述Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，包括如下步骤：
S1、铸锭加热：铸锭长度为600mm～2000mm，采用梯度加热的方法使铸锭头尾温差为10～50℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在450～540℃；
S2、模具加热：模具在加热炉中加热，温度为420～500℃，保温3～30h；
S3、挤压筒加热：挤压筒温度控制在320～480℃；
S4、挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒温度到达后上模进行挤压，挤压速度控制在2.0～8.0m/min；
S5、在线驻波淬火：控制棒材的淬火入口温度为510～560℃，向在线淬火水槽左右两侧注入压力为2.0～10.0bar的高压水，使淬火水快速滚动起来从而实现驻波淬火；
S6、拉伸矫直：在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在0.3％～3.0％；
S7、人工时效：采用三级时效工艺，第一级时效温度60～90℃、保温时间1-8h，第二级时效温度100～140℃、保温时间2-10h，第三级时效温度160～190℃、保温时间4-20h。
上述技术方案，作为优选，步骤S1中，所述铸锭头尾温差为20～40℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在470～500℃。
上述技术方案，作为优选，步骤S4中，所述挤压速度控制在5.0～7.0m/min。
上述技术方案，作为优选，步骤S5中，淬火冷却速度在30℃/S以上，淬火后棒材温度在60℃以下。
上述技术方案，作为优选，步骤S5中，所述淬火入口温度为520～540℃。
上述技术方案，作为优选，步骤S5中，向在线淬火水槽左右两侧注入压力为4.0～7.0bar的高压水。
上述技术方案，作为优选，步骤S7中，第一级时效温度60～70℃、保温时间6-8h，第二级时效温度100～115℃、保温时间6-10h，第三级时效温度160～170℃、保温时间10-20h。作为另一优选，步骤S7中，第一级时效温度80～90℃、保温时间1-4h，第二级时效温度120～140℃、保温时间2-5h，第三级时效温度180～190℃、保温时间4-8h。
有益效果：
一、本发明通过合理选择铸锭加热温度和挤压速度，能保证棒材在线驻波淬火前的入口温度在合适范围内；采用在线驻波淬火，淬火速度快、冷却均匀，得到充分的过饱和固溶体的同时，大大提高生产效率；再配合三级时效工艺，控制强化相的析出方式，以保证棒材的强度和导电性同时达到最佳。与传统的挤压方法相比，本发明工艺控制过程更精细更适宜，能够同时提高大规格挤压棒材的强度和导电性能，并且大大提高生产效率、降低生产成本。
二、本发明的Al-Mg-Si-Mn铝合金棒材兼具大规格、高强度、高导电性的优点。本发明通过控制合金成分范围以及生产过程的工艺参数，采用在线驻波淬火方式最大可以淬透直径350mm的棒材，经三级人工时效后棒材的抗拉强度达350MPa以上，硬度达110HB以上，电导率达28MS/m以上，能够同时提高大规格挤压棒材的强度和导电性能，批量生产的产品性能稳定性好，生产效率高、生产成本低，产品表面质量好。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。
本发明的工艺线路：模具、挤压筒、铸锭加热→挤压→在线驻波淬火→拉伸矫直→成品锯切→人工时效→性能检测→包装入库。
实施例1
一种Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，组分及质量百分比如下：
Mg：0.9％，Si：1.0％，Mn：0.5％；以及含有下述一种或一种以上的元素：Fe≤0.10％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Cu≤0.05％、Ag≤0.10％、Ti≤0.05％、V≤0.05％；其他杂质单个≤0.05％，总杂质含量≤0.10％；Al：余量。所述棒材的直径为
上述Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，包括如下步骤：
S1、铸锭加热：使用的铸锭长度为900mm～1000mm，采用梯度加热的方法使铸锭头尾温差为30℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在480℃；
S2、模具加热：模具在加热炉中加热，温度为470℃，保温10h；
S3、挤压筒加热：挤压筒温度控制在410℃；
S4、挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒温度到达后上模进行挤压，挤压速度控制在6.0m/min；
S5、在线驻波淬火：控制棒材的淬火入口温度为530℃，向在线淬火水槽左右两侧注入压力为5.0bar的高压水，使淬火水快速滚动起来从而实现驻波淬火；淬火冷却速度为40℃/S以上，淬火后棒材温度为50℃；
S6、拉伸矫直：在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在1.0％；
S7、人工时效：采用三级时效工艺，第一级时效温度65℃、保温时间7h，第二级时效温度110℃、保温时间8h，第三级时效温度165℃、保温时间14h。
实施例2
一种Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，组分及质量百分比如下：
Mg：0.7％，Si：0.8％，Mn：0.45％；以及含有下述一种或一种以上的元素：Fe≤0.10％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Cu≤0.05％、Ag≤0.10％、Ti≤0.05％、V≤0.05％；其他杂质单个≤0.05％，总杂质含量≤0.10％；Al：余量。
所述棒材的直径范围为
上述Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，包括如下步骤：
S1、铸锭加热：铸锭长度为800mm，采用梯度加热的方法使铸锭头尾温差为20℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在470℃；
S2、模具加热：模具在加热炉中加热，温度为450℃，保温12h；
S3、挤压筒加热：挤压筒温度控制在380℃；
S4、挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒温度到达后上模进行挤压，挤压速度控制在5.0m/min；
S5、在线驻波淬火：控制棒材的淬火入口温度为520℃，向在线淬火水槽左右两侧注入压力为4.0bar的高压水，使淬火水快速滚动起来从而实现驻波淬火；淬火冷却速度为35℃/S以上，淬火后棒材温度在55℃；
S6、拉伸矫直：在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在1.5％；
S7、人工时效：采用三级时效工艺，第一级时效温度90℃、保温时间4h，第二级时效温度120℃、保温时间5h，第三级时效温度180℃、保温时间8h。
实施例3
一种Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，组分及质量百分比如下：
Mg：0.8％，Si：1.1％，Mn：0.5％；以及含有下述一种或一种以上的元素：Fe≤0.10％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Cu≤0.05％、Ag≤0.10％、Ti≤0.05％、V≤0.05％；其他杂质单个≤0.05％，总杂质含量≤0.10％；Al：余量。
所述棒材的直径范围为
上述Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，包括如下步骤：
S1、铸锭加热：铸锭长度为1500mm，采用梯度加热的方法使铸锭头尾温差为40℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在500℃；
S2、模具加热：模具在加热炉中加热，温度为460℃，保温11h；
S3、挤压筒加热：挤压筒温度控制在400℃；
S4、挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒温度到达后上模进行挤压，挤压速度控制在7.0m/min；
S5、在线驻波淬火：控制棒材的淬火入口温度为540℃，向在线淬火水槽左右两侧注入压力为7.0bar的高压水，使淬火水快速滚动起来从而实现驻波淬火；淬火冷却速度为30℃/S，淬火后棒材温度为60℃；
S6、拉伸矫直：在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在2.5％；
S7、人工时效：采用三级时效工艺，第一级时效温度70℃、保温时间6h，第二级时效温度115℃、保温时间6h，第三级时效温度170℃、保温时间10h。
实施例4
一种Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，组分及质量百分比如下：
Mg：0.50％，Si：1.2％，Mn：0.40％；以及含有下述一种或一种以上的元素：Fe≤0.10％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Cu≤0.05％、Ag≤0.10％、Ti≤0.05％、V≤0.05％；其他杂质单个≤0.05％，总杂质含量≤0.10％；Al：余量。
所述棒材的直径范围为
上述Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，包括如下步骤：
S1、铸锭加热：铸锭长度为600mmmm，采用梯度加热的方法使铸锭头尾温差为10℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在450℃；
S2、模具加热：模具在加热炉中加热，温度为420℃，保温30h；
S3、挤压筒加热：挤压筒温度控制在320℃；
S4、挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒温度到达后上模进行挤压，挤压速度控制在2.0m/min；
S5、在线驻波淬火：控制棒材的淬火入口温度为510℃，向在线淬火水槽左右两侧注入压力为2.0bar的高压水，使淬火水快速滚动起来从而实现驻波淬火；
S6、拉伸矫直：在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在0.3％；
S7、人工时效：采用三级时效工艺，第一级时效温度60℃、保温时间8h，第二级时效温度100℃、保温时间10h，第三级时效温度160℃、保温时间20h。
实施例5
一种Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，组分及质量百分比如下：
Mg：1.1％，Si：0.6％，Mn：0.6％；以及含有下述一种或一种以上的元素：Fe≤0.10％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Cu≤0.05％、Ag≤0.10％、Ti≤0.05％、V≤0.05％；其他杂质单个≤0.05％，总杂质含量≤0.10％；Al：余量。
所述棒材的直径范围为
上述Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，包括如下步骤：
S1、铸锭加热：铸锭长度为2000mm，采用梯度加热的方法使铸锭头尾温差为50℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在540℃；
S2、模具加热：模具在加热炉中加热，温度为500℃，保温3h；
S3、挤压筒加热：挤压筒温度控制在480℃；
S4、挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒温度到达后上模进行挤压，挤压速度控制在8.0m/min；
S5、在线驻波淬火：控制棒材的淬火入口温度为560℃，向在线淬火水槽左右两侧注入压力为10.0bar的高压水，使淬火水快速滚动起来从而实现驻波淬火；
S6、拉伸矫直：在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在3.0％；
S7、人工时效：采用三级时效工艺，第一级时效温度90℃、保温时间1h，第二级时效温度140℃、保温时间2h，第三级时效温度190℃、保温时间4h。
为了验证本发明的技术效果，发明人在研究过程中还做了对比试验，具体试验及试验结果如下：
对比例1
采用常规在线喷淋淬火、单级时效方法生产Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，生产工艺路线为：铸锭加热→挤压→在线喷淋淬火→拉伸矫直→成品锯切→单级人工时效→性能检测→包装入库。
表1常规在线喷淋淬火、单级时效方法生产挤压棒材的性能
对比例2
采用常规在线水槽淬火、单级时效方法生产Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，生产工艺路线为：铸锭加热→挤压→在线水槽淬火→拉伸矫直→成品锯切→单级人工时效→性能检测→包装入库。
表2常规在线水槽淬火、单级时效方法生产挤压棒材的性能
采用本发明的实施例2生产Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，生产工艺路线为：铸锭加热→挤压→在线驻波淬火→拉伸矫直→成品锯切→三级人工时效→性能检测→包装入库。
表3按实施例2生产挤压棒材的性能
由表1、表2和表3的数据对比可知，使用本发明的方法制备得到的铝合金棒材的抗拉强度、导电率均高于传统的常规在线喷淋淬火、单级时效方法以及在线水槽淬火、单级时效方法，本发明制得的Al-Mg-Si-Mn铝合金棒材兼具大规格、高强度、高导电性的优点，能同时满足高强度和高导电性的要求。
对比例3
采用常规离线淬火、单级时效方法生产Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，生产工艺路线为：铸锭加热→挤压→离线淬火→拉伸矫直→成品锯切→单级人工时效→性能检测→包装入库。
表4常规离线淬火、单级时效方法生产挤压棒材的性能
采用本发明的实施例1生产Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，生产工艺路线为：铸锭加热→挤压→在线驻波淬火→拉伸矫直→成品锯切→三级人工时效→性能检测→包装入库。
表5按实施例1生产挤压棒材的性能
由表4和表5的数据对比可知，在生产直径>150mm的大规格棒材时，对比例3通过离线淬火进行生产时，不仅生产效率大大降低、生产成本高、磕碰伤严重，而且无法满足产品的高强度和高导电性要求。而本发明的实施例1生产出的棒材，从表5的数据可以看出，在抗拉强度、硬度和电导率方面的性能较理想，能解决传统常规方法出现的问题，在生产大规格的棒材时优势十分明显。
由表1、表2与表5的数据对比可知，通过本发明的方法生产的大规格棒材，与常规方法生产的棒材相比，其抗拉强度、硬度和电导率也保持更好的水平。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限制本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，其特征在于，组分及质量百分比如下：
Mg：0.50-1.1％，Si：0.6-1.2％，Mn：0.40-0.6％；以及含有下述一种或一种以上的元素：Fe≤0.10％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Cu≤0.05％、Ag≤0.10％、Ti≤0.05％、V≤0.05％；其他杂质单个≤0.05％，总杂质含量≤0.10％；Al：余量。
2.如权利要求1所述的Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材，其特征在于：所述棒材的直径为
3.一种权利要求1所述的Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、铸锭加热：铸锭长度为600mm～2000mm，采用梯度加热的方法使铸锭头尾温差为10～50℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在450～540℃；
S2、模具加热：模具在加热炉中加热，温度为420～500℃，保温3～30h；
S3、挤压筒加热：挤压筒温度控制在320～480℃；
S4、挤压生产：铸锭、模具加热完成，挤压筒温度到达后上模进行挤压，挤压速度控制在2.0～8.0m/min；
S5、在线驻波淬火：控制棒材的淬火入口温度为510～560℃，向在线淬火水槽左右两侧注入压力为2.0～10.0bar的高压水，使淬火水快速滚动起来从而实现驻波淬火；
S6、拉伸矫直：在保证型材拉直的情况下控制拉伸率在0.3％～3.0％；
S7、人工时效：采用三级时效工艺，第一级时效温度60～90℃、保温时间1-8h，第二级时效温度100～140℃、保温时间2-10h，第三级时效温度160～190℃、保温时间4-20h。
4.如权利要求3所述的Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，其特征在于：步骤S1中，所述铸锭头尾温差为20～40℃，铸锭在加热炉中的加热温度控制在470～500℃。
5.如权利要求3所述的Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，其特征在于：步骤S4中，所述挤压速度控制在5.0～7.0m/min。
6.如权利要求3所述的Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，其特征在于：步骤S5中，淬火冷却速度在30℃/S以上，淬火后棒材温度在60℃以下。
7.如权利要求3所述的Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，其特征在于：步骤S5中，所述淬火入口温度为520～540℃。
8.如权利要求3所述的Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，其特征在于：步骤S5中，向在线淬火水槽左右两侧注入压力为4.0～7.0bar的高压水。
9.如权利要求3所述的Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，其特征在于：步骤S7中，第一级时效温度60～70℃、保温时间6-8h，第二级时效温度100～115℃、保温时间6-10h，第三级时效温度160～170℃、保温时间10-20h。
10.如权利要求3所述的Al-Mg-Si-Mn合金挤压棒材的制造方法，其特征在于：步骤S7中，第一级时效温度80～90℃、保温时间1-4h，第二级时效温度120～140℃、保温时间2-5h，第三级时效温度180～190℃、保温时间4-8h。
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