CN109439979B - 6063t6改良铝合金及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种6063T6改良铝合金及其加工方法，以改良铝合金的总重量，该改良铝合金含有以下化学成分：Si 0.45‑0.50%，Mg0.65‑0.70%，Cu0.02‑0.10%，Fe≤0.23%，Mn＜0.10%，Cr＜0.10%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al。本发明还包括6063T6改良铝合金的加工方法。本发明6063T6改良铝合金具备高强度、高硬度和高延伸率，力学性能能够达到6061T6标准，可以代替6061T6铝合金，从而可降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工领域，具体涉一种6063T6改良铝合金及其加工方法。
背景技术
6063T5和T6状态铝合金因其具有中低强度、延伸性好、耐腐蚀、易加工的性能特点，广泛使用于建筑门窗、幕墙领域，而且其生产过程已经比较成熟，在铝型材企业中可占据80%以上的生产比例，但因其强度较低而很少用于工业型材。因此，工业用型材客户一般会选用强度更高的6061T6或6082T6合金状态，但6061铝合金生产成本和加工费用比6063铝合金较高。故如何使6063合金型材能够满足6061合金型材的力学性能标准，是当前铝合金生产行业的一个突破口，对企业发展具有重大的意义。
目前，现有6063T6铝合金生产技术，包括熔铸生产过程，满足国标6063合金成分：硅 Si ：0.20～0.6，铜 Cu ：≤0.10，镁 Mg：0.45～0.9，锌 Zn：≤0.10，锰Mn：≤0.10，钛Ti：≤0.10，铬 Cr：≤0.10，铁 Fe：≤0.350，铝 Al ：余量。该熔铸环节存在化学成分控制范围较宽，不同批次之间成分存在差异，6061合金物料成本相对较高等缺陷。挤压过程控制包括：1）物料准备：棒温470-510℃；2）挤压：出料口温度500-540℃；）3）淬火；在线冷却；4）时效：180摄氏度8-9小时。该挤压环节存在淬火敏感性较6061合金高，冷却速度要求相对较高，从而增加了对设备的要求，且时效时间长，消耗的电气成本高等问题。
现有技术CN1644736A公开了一种高强度高延伸率6063铝合金及其生产方法，该合金成分为：0.8-0.9%镁、0.65-0.75%硅、0.85-0.95%铜、0.15-0.25%锰、0-0.10%铬、0-0.23%铁、0-0.10%锌、0-0.10%钛、余量为铝，生产方法是：a.熔铸：配料装炉→780-800℃熔化→搅拌与扒渣→覆盖→喷射精炼→扒渣与覆盖→静置保温→720-740℃铸锭。b.挤压与热处理：均质化（510-540℃保温10-14h）→空气冷却→铸锭加热(加热温度为430-530℃，保温2-4h)→挤压（挤压筒预热温度为360-440℃）→水雾淬火→断切→冷床冷却→拉伸→矫直→人工时效处理（时效温度180-200℃，保温3-6h）→成品。该设计提高了铝合金型材的力学性能，实现了其延伸率和强度的同步提高，但是，该发明不仅需要设置水雾冷却装置，而且原材料成本高出约200-400元/吨，生产过程中水电气费用高出100-200元/吨。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术存在上述缺陷，提供一种不仅具有高强度、高硬度和高延伸率，而且各批次之间成分差异小的6063T6改良铝合金，可以代替6061T6铝合金。
本发明进一步所要解决的技术问题是，提供一种降低生产成本，缩短加工时间，且可获得高强度、高硬度和高延伸率的6063T6改良铝合金的加工方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种6063T6改良铝合金，以铝合金的总重量，该铝合金含有以下化学成分：Si 0.45-0.50%，Mg 0.65-0.70%，Cu 0.02-0.10%，Fe≤0.23%，Mn＜0.10%，Cr＜0.10%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al。
本发明的6063T6改良铝合金具备高强度、高硬度和高延伸率，力学性能能够达到6061T6标准，可以代替6061T6铝合金，来降低生产成本。
本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种6063T6改良铝合金的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6063T6改良铝合金的化学成分：Si 0.45-0.50%，Mg0.65-0.70%，Cu 0.02-0.10%，Fe≤0.23%，Mn＜0.10%，Cr＜0.10%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行水冷却铸造，得到铝棒；
（4）将铝棒预热后挤压成型，然后以冷却速度＞5℃冷却至150℃以下；
（5）将冷却后的型材加热至195-205℃下保温2-2.5小时后，自然冷却，得到6063T6铝合金。
本发明通过调整6063 T6铝合金元素配比，利用挤压成型过程中的高温固溶效果通过在线快速淬火，以及重新加热保温降低时效，使得生产出来得6063T6改良型材力学性能（强度、高硬度和延伸率）能够达到6061T6标准。
进一步，步骤（1）中，所述熔化的温度为720-750℃。
进一步，步骤（3）中，所述水冷却的条件包括：水的温度＜50℃，冷却时间为0.5-1.5h。
进一步，步骤（3）中，所述铝棒的直径为152-228mm。
进一步，步骤（4）中，所述预热的条件包括：预热温度为505-525℃，预热时间3-5小时。
进一步，步骤（4）中，所述挤压成型的条件包括：挤压速度为5-20m/min，出料口温度为520-540℃。
进一步，步骤（4）中，所述冷却的方式为风冷或风冷结合雾冷。本发明的冷却是在利用挤压成型过程中的高温固溶效果的基础上，通过冷却系统的强风冷却或强风冷却+雾冷方式，快速冷却至150℃以下。
进一步，所述风冷包括：风量为60000-80000m³/h，风速为1.5-4m/s；所述风冷结合雾冷包括：风量为30000-50000 m³/h，风速为2-5m/s，喷射量0.1-0.5 m³/h。
本发明进一步解决其技术问题采用的技术方案是，一种上述所述的加工方法制得的6063T6改良铝合金，该铝合金具备高强度、高硬度和高延伸率，力学性能能够达到6061T6标准，可以代替6061T6铝合金，从而可降低生产成本。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）与6061 T6合金相比，改良后的6063T6铝合金能降低每吨合金原材料成本约2-3%，且合金元素（Mg、Si、Cu、Cr）所占比例下降。
2）降低了材料的淬火敏感性，即降低了淬火过程对淬火设备冷却能力的要求，通过强风冷却也能达到较高的强度硬度，并保持好的延伸性能。
3）缩短了时效时间60%左右，节约了成本，提高了生产效率。
4）提高了硬度和强度。实验证明，本发明的6063T6改良铝合金的韦氏硬度≥15hw，抗拉强度≥260Mpa，达到6061T6标准。
具体实施方式
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，
韦氏硬度通过GB/T62660.1-2016金属材料韦氏硬度试验第一部分：试验方法测得；
抗拉强度通过GB/T16865-2013变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法测得；
延伸率通过GB/T16865-2013变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法方法测得；
在没有特别说明的情况下，所用原料均采用市售产品。
实施例1
6063T6改良铝合金的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热至730℃熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6063T6改良铝合金的化学成分：Si 0.45%，Mg 0.68%，Cu0.05%，Fe 0.10%，Mn 0.05%，Cr 0.05%，Zn 0.003%，Ti 0.05%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行以温度为28℃冷却7min时铸造，得到直径为228mm铝棒；
（4）将铝棒以温度为510℃预热3小时后，以挤压速度为10m/min，出料口温度为520℃挤压成型，利用挤压成型过程中的高温固溶效果，通过冷却系统以强风以冷却速度8℃/S快速冷却至150℃以下；其中，风量为70000m³/h，风速为2.5m/s，风冷时间为45s；
（5）将冷却后的型材加热至200℃下保温2.5小时后，自然冷却，得到6063T6改良铝合金。
实施例2
6063T6改良铝合金的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热至720℃熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6063T6改良铝合金的化学成分：Si 0.48%，Mg 0.66%，Cu0.08%，Fe 0.15%，Mn 0.03%，Cr 0.06%，Zn 0.008%，Ti 0.03%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行以温度为30℃水冷却60min时铸造，得到直径为152mm铝棒；
（4）将铝棒以温度为520℃预热4小时后，以挤压速度为15m/min，出料口温度为530℃挤压成型，利用挤压成型过程中的高温固溶效果，通过冷却系统以强风结合雾冷以冷却速度9.5℃快速冷却至150℃以下；其中，风量为40000 m³/h，风速为3.5m/s，喷射量0.3 m³/h，喷射时间为15s；
（5）将冷却后的型材加热至195℃下保温2.5小时后，自然冷却，得到6063T6改良铝合金。
实施例3
6063T6改良铝合金的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热至740℃熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6063T6改良铝合金的化学成分：Si 0.46%，Mg 0.65%，Cu0.10%，Fe 0.20%，Mn 0.08%，Cr 0.02%，Zn 0.01%，Ti 0.08%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行以温度为31℃水冷却65min时铸造，得到直径为180mm铝棒；
（4）将铝棒以温度为505℃预热5小时后，以挤压速度为20m/min，出料口温度为520℃挤压成型，利用挤压成型过程中的高温固溶效果，通过冷却系统以强风以冷却速度6.3℃/S快速冷却至150℃以下；其中，风量为72000 m³/h，风速为3.2m/s，风冷时间为50s；
（5）将冷却后的型材加热至200℃下保温2.3小时后，自然冷却，得到6063T6改良铝合金。
实施例4
6063T6改良铝合金的加工方法，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热至750℃熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6063T6改良铝合金的化学成分：Si 0.50%，Mg 0.70%，Cu0.02%，Fe 0.12%，Mn 0.04%，Cr 0.02%，Zn 0.008%，Ti0.07%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行以温度为30℃水冷却77min时铸造，得到直径为200mm铝棒；
（4）将铝棒以温度为525℃预热3小时后，以挤压速度为5m/min，出料口温度为540℃挤压成型，利用挤压成型过程中的高温固溶效果，通过冷却系统以强风结合雾冷以冷却速度12℃/S快速冷却至150℃以下；其中，风量为60000 m³/h，风速为2.5m/s，喷射量0.1 m³/h，喷射时间为30s；
（5）将冷却后的型材加热至205℃下保温2小时后，自然冷却，得到6063T6改良铝合金。
对比例1
按照实施例1的方法加工6063T6改良铝合金，不同的是，步骤（2）中，6063T6改良铝合金的化学成分：Si 0.75%，Mg 0.8%，Cu 0.85%，Fe0.20%，Mn 0.15%，Cr 0.02%，Zn 0.05%，Ti0.07%，余量为Al。
对比例2
按照实施例1的方法加工6063T6改良铝合金，不同的是，步骤（4）中，将铝棒置入电阻加热炉中升温至510℃保温12h，出炉，空气中自然冷却，然后再将铝棒加热至480℃，保温4h后，进行挤压处理（挤压筒预热温度为400℃），制品挤出模具口后进行水雾淬火，以冷却速度6.5℃/S快速冷却至150℃以下。
测试例
测定实施例1-4和对比例1加工得到的6063T6改良铝合金的韦氏硬度、抗拉强度和延伸率。测定结果见表1所示。
表1
| 实施例编号 | 韦氏硬度 | 抗拉强度 | 延伸率（%） |
| 实施例1 | 16.8 | 297 | 13.5 |
| 实施例2 | 16.7 | 298 | 13.3 |
| 实施例3 | 16.3 | 296 | 13.1 |
| 实施例4 | 16.5 | 294 | 13.0 |
| 对比例1 | 15.3 | 272 | 10.8 |
| 对比例2 | 15.5 | 270 | 11.3 |
通过表1的结果可以看出，采用本发明的实施例1-4都具有很好的硬度强度，改良后的6063T6能够达到6061T6的力学性能标准之上，同时保证优异的延伸率，但相比成本要降低300-500元/吨。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种6063T6改良铝合金的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将原材料铝锭加热熔化，得到铝液；
（2）去除铝液表面浮渣，按6063T6改良铝合金的化学成分：Si 0.45-0.50%，Mg 0.65-0.70%，Cu 0.02-0.10%，Fe≤0.23%，Mn＜0.10%，Cr＜0.10%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al的标准调整铝液中合金元素含量，并精炼、静置；
（3）将静置后的铝液过滤，然后进行水冷却铸造，得到铝棒；
（4）将铝棒预热后挤压成型，然后以冷却速度5~12℃/s冷却至150℃以下；
（5）将冷却后的型材加热至195-205℃下保温2-2.5小时后，自然冷却，得到6063T6改良铝合金；
步骤（3）中，所述水冷却的条件包括：水的温度＜50℃，冷却时间为0.5-1.5h；
步骤（4）中，所述预热的条件包括：预热温度为505-525℃，预热时间3-5小时；
步骤（4）中，所述挤压成型的条件包括：挤压速度为5-20m/min，出料口温度为520-540℃；
该改良铝合金含有以下化学成分：Si 0.45-0.50%，Mg 0.65-0.70%，Cu 0.02-0.10%，Fe≤0.23%，Mn＜0.10%，Cr＜0.10%，Zn＜0.01%，Ti＜0.1%，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的6063T6改良铝合金的加工方法，其特征在于，步骤（1）中，所述熔化的温度为720-750℃。
3.根据权利要求2所述的6063T6改良铝合金的加工方法，其特征在于，步骤（3）中，所述铝棒的直径为152-228mm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的6063T6改良铝合金的加工方法，其特征在于，步骤（4）中，所述冷却的方式为风冷或风冷结合雾冷。
5.根据权利要求4所述的6063T6改良铝合金的加工方法，其特征在于，所述风冷包括：风量为60000-80000m³/h，风速为1.5-4m/s；所述风冷结合雾冷包括：风量为30000-50000 m³/h，风速为2-5m/s，喷射量0.1-0.5 m³/h。
6.一种根据权利要求1-5中任意一项所述的加工方法制得的6063T6改良铝合金。
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