CN109136684A

CN109136684A - 一种t6状态铝合金导电管材及其制备方法

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Publication number: CN109136684A
Application number: CN201811260377.5A
Authority: CN
Inventors: 程仁策; 姜海涛; 李莹; 张启东; 杨亚平; 侯汉卿; 黄晓东
Original assignee: Hang Xin Mstar Technology Ltd; Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Current assignee: Hang Xin Mstar Technology Ltd; Shandong Nanshan Aluminium Co Ltd
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2038-10-26
Also published as: CN109136684B

Abstract

一种T6状态铝合金导电管材及其制备方法，涉及铝合金加工领域。T6状态铝合金导电管材的制备方法是按照6101铝合金的合金元素组成配制原料，并熔铸成铸棒，合金元素组成包括：Si：0.36％‑0.4％，Fe：≤0.10％，Cu：0.04％‑0.08％，Mn：＜0.01％，Mg：0.53％‑0.58％，Cr：＜0.01％，Zn：＜0.02％，Ti：0.02％‑0.04％，Mg/Si＝1.26‑1.62；将铸棒依次进行均质、挤压、在线淬火、拉伸矫直及双级人工时效，一级时效175±5℃，保温5.5‑7h；二级时效218±5℃，保温3‑4h，该T6状态铝合金导电管材的制备方法通过优化合金元素组成和工艺参数，同时提高电导率和强度。制得的T6状态铝合金导电管材的硬度值≥75HB，电导率≥55％IACS。

Description

一种T6状态铝合金导电管材及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金加工领域，且特别涉及一种T6状态铝合金导电管材及其制备方法。

背景技术

6000系铝合金由于其适中的强度、较好的塑性、耐蚀性及优秀的导电性被广泛地应用于汽车、电力和电器行业。其中，6101铝合金相较于其它6000系铝合金的合金化程度更低，并且具有更高的导电能力，同时具有6000系铝合金可热处理强化的特点。6101铝合金对其电导率要求较高，且对硬度也有一定要求。EN755标准中对T6状态的6101铝合金在电导率要求不低于30MS/m(转化为51.7％ICAS)，在硬度要求达到60HB，现有技术中的6101铝合金基本能满足上述要求。

随着对T6状态的6101铝合金提出更高要求，对电导率和硬度的要求更高，具体要求电导率≥55％IACS，硬度≥75HB。但是采用现有工艺制备的T6状态的6101铝合金要么是仅电导率≥55％IACS，硬度无法达到75HB，要么是仅硬度≥75HB，电导率无法达到55％IACS，无法同时满足电导率和硬度的更高要求。

因此，探索一种既满足电导率更高要求又满足强度更高要求的6101铝合金工艺方法，以提高6101铝合金的综合性能是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种T6状态铝合金导电管材的制备方法，通过优化合金元素组成和工艺参数，同时提高电导率和强度。

本发明的另一目的在于提供一种T6状态铝合金导电管材，其电导率≥55％IACS，硬度≥75HB，应用范围广。

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T6状态铝合金导电管材的制备方法，其包括以下步骤：

按照6101铝合金的合金元素组成配制原料，并熔铸成铸棒，按质量百分数计，合金元素组成包括：Si：0.36％-0.4％，Fe：≤0.10％，Cu：0.04％-0.08％，Mn：＜0.01％，Mg：0.53％-0.58％，Cr：＜0.01％，Zn：＜0.02％，Ti：0.02％-0.04％，Mg/Si＝1.26-1.62，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素合计≤0.15％，Al：余量；

将铸棒依次进行均质、挤压、在线淬火、拉伸矫直及双级人工时效，在线淬火是采用强风水雾淬火方式，双级人工时效的一级时效175±5℃，保温5.5-7h；二级时效218±5℃，保温3-4h。

进一步地，在本发明较佳实施例中，按质量百分数计，合金元素组成包括：Si：0.38％-0.40％，Fe：0.05％-0.10％，Cu：0.05％-0.08％，Mn：＜0.01％，Mg：0.54％-0.56％，Cr：＜0.01％，Zn：＜0.02％，Ti：0.02％-0.04％，Mg/Si＝1.34-1.48，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素合计≤0.15％，Al：余量。

进一步地，在本发明较佳实施例中，均质是将铸棒加热至455-465℃，升温速率为38-42℃/min，保温16-18小时，再自然冷却至常温。

进一步地，在本发明较佳实施例中，挤压工艺是将均质后的铸棒进行梯度加热，再进行挤压。

进一步地，在本发明较佳实施例中，铸棒的加热温度为520-530℃，温度梯度为10-20℃。

进一步地，在本发明较佳实施例中，先将挤压模具和挤压筒进行预热，再进行挤压，挤压模具的加热温度为480-500℃，保温时间6-12h，挤压筒的加热温度为425-455℃。

进一步地，在本发明较佳实施例中，挤压速度为0.8-1.05m/min，制品出口温度不低于470℃，压余设定为45-60mm，挤压比为24-30。

进一步地，在本发明较佳实施例中，水雾淬火的上水量调为30％-60％，下风量调为40％-70％，淬火后的制品温度小于70℃。

进一步地，在本发明较佳实施例中，拉伸矫直的拉伸率为0.5％-2.0％。

本发明提出一种T6状态铝合金导电管材，是采用上述的T6状态铝合金导电管材的制备方法制得，T6状态铝合金导电管材的硬度值≥75HB，电导率≥55％IACS。

本发明实施例的T6状态铝合金导电管材及其制备方法的有益效果是：本发明实施例的T6状态铝合金导电管材的制备方法是按照6101铝合金的合金元素组成配制原料，并熔铸成铸棒，按质量百分数计，合金元素组成包括：Si：0.36％-0.4％，Fe：≤0.10％，Cu：0.04％-0.08％，Mn：＜0.01％，Mg：0.53％-0.58％，Cr：＜0.01％，Zn：＜0.02％，Ti：0.02％-0.04％，Mg/Si＝1.26-1.62，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素合计≤0.15％，Al：余量；将铸棒依次进行均质、挤压、在线淬火、拉伸矫直及双级人工时效，在线淬火是采用强风水雾淬火方式，双级人工时效的一级时效175±5℃，保温5.5-7h；二级时效218±5℃，保温3-4h，该T6状态铝合金导电管材的制备方法通过优化合金元素组成和工艺参数，同时提高电导率和强度。本发明实施例的T6状态铝合金导电管材采用上述的制备方法制得，T6状态铝合金导电管材的硬度值≥75HB，电导率≥55％IACS。

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T6状态铝合金导电管材及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供一种T6状态铝合金导电管材的制备方法，其包括以下步骤：

(1)熔铸成棒：按照6101铝合金的合金元素组成配制原料，并熔铸成铸棒，优化后的合金元素组成按质量百分数计包括：Si：0.36％-0.4％，Fe：≤0.10％，Cu：0.04％-0.08％，Mn：＜0.01％，Mg：0.53％-0.58％，Cr：＜0.01％，Zn：＜0.02％，Ti：0.02％-0.04％，Mg/Si＝1.26-1.62，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素合计≤0.15％，Al：余量。进一步优化后的合金元素组成按质量百分数计包括：Si：0.38％-0.40％，Fe：0.05％-0.10％，Cu：0.05％-0.08％，Mn：＜0.01％，Mg：0.54％-0.56％，Cr：＜0.01％，Zn：＜0.02％，Ti：0.02％-0.04％，Mg/Si＝1.34-1.48，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素合计≤0.15％，Al：余量。

本实施例在优化6101铝合金的合金元素组成时，需要控制Mg₂Si的含量不能太大，具体是控制w(Mg)/w(Si)≤1.62，优选w(Mg)/w(Si)≤1.48，基体中还存在一定量的过剩Si，过剩Si有利于合金的强化；另一方面，Mg₂Si所占的比例增加，切变应力增大，滑动位错的迁移越困难，不易产生粗晶，可增加管材的综合性能，所以需要尽量提高Mg₂Si的含量，具体是控制w(Mg)/w(Si)≥1.26，优选w(Mg)/w(Si)≥1.34。

另外，有研究表明，AI-Mg-Si合金中随着Si含量的增加，合金的峰值硬度升高，进入峰值平台的时间缩短，强化相不连续析出的时间延长，有利于合金的高温强度的稳定。过剩Si有利于合金强度的提高，但产生粗大多晶Si相降低合金的塑性，过剩Si还会降低导电性，所以适量的Si以及适量的过剩Si有利于铝合金的力学性能的提高，并维持与导电性能的平衡。

本实施例在优化6101铝合金的合金元素组成时，通过控制Fe含量能显著提高铝合金挤压制品的再结晶温度，Fe在6101合金中主要以AlFeSi、FeAl₃等化合物形式存在，在合金中少量Fe的存在有助于细化铸态晶粒，但当Fe的含量超过规定值时，型材塑性变差，易发生腐蚀。

另外，Fe元素在销合金中的最大固溶度较小，只有0.052wt-％，但固溶0.01wt-％的Fe元素将使铝导电率降低至6.37％IACS，在常温下，一般认为Fe不与Al形成固溶体。但是Fe的存在会与基体形成FeAl₃脆性相，提高了铝导体的强度，降低铝导体的塑性导致脆断。当其中同时存在Si元素，Fe、Si与Al形成AlFeSi相，在均热处理后，形成α-AlFeSi相改善其热加工性能。本实施例对铸棒中的Fe含量进行了严格控制，控制Fe含量为0.05％-0.10％。

本实施例在优化6101铝合金的合金元素组成时，通过添加Cu，可以减轻6101铝合金型材的停放效应，适量的Cu能降低自然时效速度，从而减轻停放效应的不良影响，与此同时，少量的Cu固溶于α-Al中形成CuAl₂相，在固溶处理时能全部溶解于固溶体中使其过饱和度增大，可以起补充强化作用，使得型材的力学性能得到保障，另外还可以显著改善合金在热加工时的塑性。

Cu元素在铝合金中的最大固溶度为5.65wt-％，对铝基体的导电率降低作用很小，Cu含量的增加，θ”相出现几率增加，伴随着铝合金的T6态强度，合金热处理敏感性增加，Cu元素的添加，可以降低时效析出相的激活能，有利于Al-Mg-Si合金快速时效硬化。

根据Mathiessen定律，不同的元素在铝中的固溶度不一致，但凡溶质原子固溶在铝基体当中，就会改变铝基体的有序程度，引起铝基体晶格发生畸变，增加其对电子的散射作用，另一方面固溶的溶质原子可能会使铝的能带结构发生变化，从而降低了其导电率。在不同元素对铝基体电导率的降低作用方面，Cr、V、Ti、Mn、Zr、Fe最强，Si、Cu、Zn作用最弱，综合考虑后，本发明实施例不同于现有技术，在配料时适当增加了Cu，以起到不损失电导率而增加强度的作用。本实施例对Cu含量控制在0.04％-0.08％，可得到较好的强度和塑性。

本实施例在优化6101铝合金的合金元素组成时，添加Ti的主要作用是细化铸造组织，减小开裂倾向，提高材料力学性能。Ti在铝基中形成Al₃Ti，可与熔体产生包晶反应，而成为非自发核心，起细化作用；另外使析出相在合金中弥散分布，能够有效地钉扎住晶界和位错，阻碍再结晶的发生，从而提高合金再结晶温度，同时也能够提高合金的强度。在不同元素对铝基体电导率的降低作用方面，Cr、V、Ti、Mn、Zr、Fe最强，Si、Cu、Zn作用最弱，综合考虑后，本实施例对铸棒中的Ti含量进行了严格控制，控制Ti含量为0.02％-0.04％。

本实施例在优化6101铝合金的合金元素组成时，对Mn、Cr、Zn元素进行控制，因为Mn、Cr、Zn是6101合金固溶的过渡族元素，属于有害元素，对铝基体的电导率影响较大，如果这些杂质元素含量不严格控制，无法保证挤压管材的电导率性能。

(2)铸棒均质：将熔铸得到的铝合金铸棒在均质炉内加热至455-465℃，升温速率为38℃-42℃/min，保温16-18小时，自然冷却至常温。

铸棒均匀化的目的是为了使制品获得均匀的组织和性能，经高温均匀化后，铸态试样组织中粗大的骨骼状、颗粒状的黑色点状物均被细小分布的点状和片状替代，铸态组织中的第二相大部分都回溶到基体中，可以实现晶界上粗大的共晶组织和枝晶的溶解。第二相经后续的挤压、在线淬火后，基体中保持了较高的过饱和度，人工时效后大部分Mg₂Si以细小弥散的形式析出，起到强化作用，故其挤压型材的力学性能较好，同时，高温均匀化可使得挤压型材缺少抑制再结晶的粒子促进细晶产生。

(3)挤压工艺：将均质后的铸棒在工频炉内实行梯度加热，将挤压模具和挤压筒进行预热，再进行挤压处理，其中，铸棒的加热温度为520-530℃，温度梯度为10-20℃。挤压模具的加热温度为480-500℃，保温时间6-12h，挤压筒的加热温度为425-455℃；挤压速度为0.8-1.05m/min，制品出口温度不低于470℃，压余设定为45-60mm，挤压比为24-30。

挤压工艺需要重要控制的就是挤压温度和挤压速度，其中挤压温度可通过铸棒温度、挤压筒温度及挤压速度进行调整，当挤压筒温度与铸棒加热温度相匹配时，可减小挤压筒与铸棒之间摩擦，金属的不均匀变形程度也随着降低，从而减轻了挤压缺陷的产生。

(4)在线淬火：采用强风水雾冷却淬火对挤压得到的管材进行在线淬火，水雾淬火的上水量调为30％-60％，下风量调为40％-70％，淬火后的制品温度小于70℃。

(5)拉伸矫直：对淬火后的管材进行拉伸、矫直得到制品，拉伸率控制在0.5-2.0％。

(6)双级人工时效：对拉伸矫直所得的制品进行双级人工时效处理，双级人工时效的一级时效175±5℃，保温5.5-7h；二级时效218±5℃，保温3-4h，人工时效后冷却，可得到最终制品，即T6状态铝合金导电管材。

双级时效是先低温预时效后再高温时效的方法，其目的在于通过预处理使得合金生成大量形核并稳定存在，得到比单级时效更高的形核数，在第二级时效热处理中发生相转变得到更高密度的θ”相，使合金强化效果更佳及电导率性能提升。

本发明实施例还提供一种T6状态铝合金导电管材，是采用上述的T6状态铝合金导电管材的制备方法制得。本发明实施例的T6状态铝合金导电管材的各项性能指标均高于标准要求(EN755标准要求为：电导率51.7％ICAS，硬度60HB)，本发明实施例的T6状态铝合金导电管材的电导率≥55％ICAS，硬度≥75HB，与普通6101铝合金管材相比，大幅提高了材料的力学及导电性能，扩展了制品的应用范围。

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

本实施例提供一种6101铝合金导电管材，其是按照以下加工工艺制得：

按照6101铝合金的合金元素组成配制原料，合金元素组成按质量百分数计包括：Si：0.40％，Fe：0.10％，Cu：0.05％，Mn：0.008％，Mg：0.55％，Cr：0.005％，Zn：0.006％，Ti：0.02％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素合计≤0.15％，Al：余量，并熔炼、铸造成铸棒。

将熔铸得到的铝合金铸棒在均质炉内加热至465℃，升温速率为40℃/min，保温16小时，自然冷却至常温。

将铸棒进行挤压工艺得到管材，具体是将铝合金铸棒在工频炉内实行分段加热，再在挤压机上进行挤压，铸棒的加热温度为525℃，温度梯度为15℃，挤压模具的加热温度为500℃，保温时间8h，挤压筒的加热温度为440℃，挤压速度为1.0m/min，制品出口温度为510℃，压余设定为50mm，挤压比为25。

采用强风水雾冷却淬火对挤压得到的管材进行在线淬火，上水量调为40％，下水量调为50％，淬火后的制品温度小于70℃。

对淬火后的管材进行拉伸、矫直得到制品，拉伸率控制在0.8％。

对拉伸矫直所得的制品进行双级人工时效处理，双级人工时效的第一阶段时效温度为175℃，保温6h，第二阶段时效温度为218℃、保温3h，人工时效后冷却，得到最终制品。

实施例2

本实施例提供一种6101铝合金导电管材，其加工工艺与实施例1中的加工工艺的步骤和参数基本相同，不同之处在于，本实施例中，铸棒的加热温度为530℃，挤压速度为0.8m/min，得到最终制品。

实施例3

本实施例提供一种6101铝合金导电管材，其加工工艺与实施例1中的加工工艺的步骤和参数基本相同，不同之处在于，本实施例中，强风水雾淬火时上水量调为50％，下水量调为60％，得到最终制品。

实施例4

本实施例提供一种6101铝合金导电管材，其加工工艺与实施例1中的加工工艺的步骤和参数基本相同，不同之处在于，本实施例中，合金元素组成按质量百分数计包括：Si：0.38％，Fe：0.10％，Cu：0.08％，Mn：0.008％，Mg：0.54％，Cr：0.005％，Zn：0.006％，Ti：0.02％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素合计≤0.15％，Al：余量，得到最终制品。

实施例5

本实施例提供一种6101铝合金导电管材，其加工工艺与实施例1中的加工工艺的步骤和参数基本相同，不同之处在于，本实施例中，均质工艺为460℃，升温速率为38℃/min，保温18小时，自然冷却至常温，得到最终制品。

对比例1

本对比例提供一种6101铝合金导电管材，其加工工艺与实施例1中的加工工艺的步骤和参数基本相同，不同之处在于，本对比例中，合金元素组成按质量百分数计包括：Si：0.42％，Fe：0.15％，Cu：0.005％，Mn：0.07％，Mg：0.48％，Cr：0.018％，Zn：0.04％，Ti：0.02％，V：0.010％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素合计≤0.15％，Al：余量，得到最终制品。

对比例2

本对比例提供一种6101铝合金导电管材，其加工工艺与实施例1中的加工工艺的步骤和参数基本相同，不同之处在于，本对比例中，人工时效制度为第一阶段时效温度为175℃，保温10h，第二阶段时效温度为195℃，保温4h，人工时效后冷却，得到最终制品。

对比例3

本对比例提供一种6101铝合金导电管材，其加工工艺与实施例1中的加工工艺的步骤和参数基本相同，不同之处在于，本对比例中，挤压铸棒加热温度为535℃。

一、对实施例1-5和对比例1-3的6101铝合金导电管材进行检测对比，电导率及硬度值的测试结果如表1所示。

表1 6101铝合金导电管材的性能指标

项目	电导率(％ICAS)	硬度(HB)
			实施例1	56.8	76.7
实施例2	55.9	78.4
			实施例3	56.2	77.5
实施例4	56.4	79.1
			实施例5	56.0	77.4
对比例1	54.1	60.5
			对比例2	50.6	71.2
对比例3	51.2	72.8
			EN755标准值	≥51.7	≥60

通过上表可以看出，按照本发明实施例的制备方法得到的6101铝合金导电管材的性能如下：电导率≥55.9％ICAS，硬度≥76.7HB，均高于标准要求和对比例。

综上所述，本发明实施例的T6状态铝合金导电管材的制备方法是通过优化合金元素组成和工艺参数，同时提高电导率和强度；本发明实施例的T6状态铝合金导电管材的电导率≥55％IACS，硬度≥75HB，应用范围广。

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作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

1.一种T6状态铝合金导电管材的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

将所述铸棒依次进行均质、挤压、在线淬火、拉伸矫直及双级人工时效，所述在线淬火是采用强风水雾淬火方式，所述双级人工时效的一级时效175±5℃，保温5.5-7h；二级时效218±5℃，保温3-4h。

2.根据权利要求1所述的T6状态铝合金导电管材的制备方法，其特征在于，按质量百分数计，所述合金元素组成包括：Si：0.38％-0.40％，Fe：0.05％-0.10％，Cu：0.05％-0.08％，Mn：＜0.01％，Mg：0.54％-0.56％，Cr：＜0.01％，Zn：＜0.02％，Ti：0.02％-0.04％，Mg/Si＝1.34-1.48，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素合计≤0.15％，Al：余量。

3.根据权利要求1所述的T6状态铝合金导电管材的制备方法，其特征在于，所述均质是将铸棒加热至455-465℃，升温速率为38-42℃/min，保温16-18小时，再自然冷却至常温。

4.根据权利要求1所述的T6状态铝合金导电管材的制备方法，其特征在于，所述挤压工艺是将均质后的铸棒进行梯度加热，再进行挤压。

5.根据权利要求4所述的T6状态铝合金导电管材的制备方法，其特征在于，所述铸棒的加热温度为520-530℃，温度梯度为10-20℃。

6.根据权利要求4所述的T6状态铝合金导电管材的制备方法，其特征在于，先将挤压模具和挤压筒进行预热，再进行挤压，所述挤压模具的加热温度为480-500℃，保温时间6-12h，挤压筒的加热温度为425-455℃。

7.根据权利要求4所述的T6状态铝合金导电管材的制备方法，其特征在于，挤压速度为0.8-1.05m/min，制品出口温度不低于470℃，压余设定为45-60mm，挤压比为24-30。

8.根据权利要求1所述的T6状态铝合金导电管材的制备方法，其特征在于，所述水雾淬火的上水量调为30％-60％，下风量调为40％-70％，淬火后的制品温度小于70℃。

9.根据权利要求1所述的T6状态铝合金导电管材的制备方法，其特征在于，所述拉伸矫直的拉伸率为0.5％-2.0％。

10.一种T6状态铝合金导电管材，其特征在于，是采用如权利要求1至9中任一项所述的T6状态铝合金导电管材的制备方法制得，所述T6状态铝合金导电管材的硬度值≥75HB，电导率≥55％IACS。