CN109554644B - 一种铝合金锻件及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金锻件及其制备工艺，铝合金锻件的制备工艺如下：对铝合金铸锭加热、保温，铝合金铸锭的组分与6061合金的组分相同，不同的是增加了铜、锌、钛、铬的含量；加热挤压模具和挤出料筒，然后将加热的铸锭挤压成型材；待型材冷却至50℃以下时进行矫直；对矫直后的型材锯切成锻造坯料；将锻造坯料加热、保温；将锻造模具预热，然后将加热的锻造坯料锻造成模锻件半成品；将模锻件半成品淬火、回火、时效处理，得铝合金锻件。本发明的铝合金锻件具有优异的综合性能，抗拉强度≥360MPa，规定非比例延伸应力≥340MPa，伸长率≥16％，维氏硬度≥150HV。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金锻件及其制备工艺，属于铝合金锻加工技术领域。
背景技术
随着我国航天工业、现代国防工业和交通运输业的飞速发展，重要受力部件和结构件的轻量化，促使以铝代钢的呼声越来越高，铝合金锻件的使用量和需求量正逐步增大。
6061铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点，可用于生产各种形状及用途的锻件，但其强度虽远不如2XXX系或7XXX系铝合金，其锻件存在拉伸强度低、伸长率小、硬度小的问题，对于力学性能要求较高的制品，很难达到性能指标的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有6061铝合金锻件存在的拉伸强度低、伸长率小、硬度小的技术问题，提供一种铝合金锻件及其制备工艺，该锻件具有拉伸强度高、伸长率大、硬度大的优良性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铝合金锻件的制备工艺，包括如下步骤：
铸锭加热：选择铝合金铸锭并对所述铝合金铸锭加热至450～510℃，保温3～5h，所述铝合金铸锭包含如下重量份的组分：0.55～0.8wt％铜，0.15wt％锰，0.8～1.2wt％镁，0.5～0.8wt％锌，0.4～0.6wt％钛，0.4～0.8wt％硅，0.4～0.6wt％铬，0.7wt％铁，其余为铝；所述铝合金铸锭的组分与6061合金的组分相同，不同的是增加了铜、锌、钛、铬的含量；
挤出：将挤压模具加热到400～440℃，保温1.5～3h，将挤出料筒加热到400～450℃，然后将铝合金铸锭放入挤压筒，推动挤压筒内的铝合金铸锭从挤压模具的模孔中挤出，形成挤压型材；
矫直：待型材冷却至50℃以下时进行矫直；
锯切：对矫直后的型材锯切成锻造坯料；
锻造坯料加热：将锻造坯料加热到450～510℃，保温2～4h；
锻造：将锻造模具在280～320℃下预热0.5～1h，然后将加热的锻造坯料锻造成模锻件半成品，锻造温度为400～480℃；
淬火：将模锻件半成品在温度为500～550℃、保温时间为2～5h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
回火：将淬火后的模锻件半成品在温度为320～380℃、保温时间为2～5h的条件下进行回火处理，得模锻件；
时效：将模锻件在温度为160～190℃、保温时间为6～10h的条件下时效，得铝合金锻件。
优选地，所述铝合金包含如下重量份的组分：0.7～0.8wt％铜，0.15wt％锰，1.0～1.2wt％镁，0.6～0.8wt％锌，0.5～0.6wt％钛，0.4～0.6wt％硅，0.5～0.6wt％铬，0.7wt％铁，其余为铝。
优选地，挤出步骤前，将加热的铝合金铸锭冷却至50℃以下，再将铸锭加热至400～450℃，保温时间为2～4h。
优选地，时效步骤后，对模锻件进行表面喷丸处理，以去除表面氧化皮，提升锻件抗疲劳强度，所述喷丸的丸粒直径为
优选地，铸锭加热和锻造坯料加热的加热速率均为10～15℃/min。
优选地，矫直步骤所述的冷却为风冷，风冷的风量为90～100m3/min。
优选地，铝合金铸锭从挤压模具的模孔中挤出的挤出速度为5～6m/min。
本发明还提供一种采用上述工艺制备的铝合金锻件。
本发明的有益效果是：
本发明铝合金铸锭的组分与6061合金的组分相同，不同的是增加了铜、锌、钛、铬的含量，并对铝合金铸锭先后采取了挤出、锻造和热处理工艺，并对每个工序选择了合适的温度，尤其是热处理工艺先后经过淬火、回火和时效处理，对合金组织进行调节，改善和提高了合金的综合性能，本发明制备的新型铝合金锻件的抗拉强度≥360MPa，规定非比例延伸应力≥340MPa，伸长率≥16％，维氏硬度≥150HV，可用于制造如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、铁道车辆、家具等产品的各种工业结构件，获得可观的经济效益和显著的社会效益。
具体实施方式
现在对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种铝合金锻件的制备工艺，包括如下步骤：
铸锭加热：选择铝合金铸锭并对所述铝合金铸锭以12℃/min的加热速率加热至480℃，保温4h，所述铝合金包含如下重量份的组分：0.7wt％铜，0.15wt％锰，1wt％镁，0.6wt％锌，0.5wt％钛，0.6wt％硅，0.5wt％铬，0.7wt％铁，其余为铝；
挤出：将挤压模具加热到420℃，保温2h，将挤出料筒加热到420℃，然后将铝合金铸锭放入挤压筒，推动挤压筒内的铝合金铸锭从挤压模具的模孔中挤出，挤出速度为5.5m/min，形成挤压型材；
风冷：风冷的风量为95m3/min；
矫直：待型材冷却至50℃以下时进行矫直；
锯切：对矫直后的型材锯切成锻造坯料；
锻造坯料加热：将锻造坯料以12℃/min的加热速率加热到480℃，保温3h；
锻造：将锻造模具在300℃下预热1h，然后将加热的锻造坯料锻造成模锻件半成品，始锻温度为460℃，终锻温度为410℃；
淬火：将模锻件半成品在温度为525℃、保温时间为3.5h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
回火：将淬火后的模锻件半成品在温度为360℃、保温时间为3h的条件下进行回火处理，得模锻件；
时效：将模锻件在温度为175℃、保温时间为8h的条件下时效；
喷丸：对模锻件进行表面喷丸处理，所述喷丸的丸粒直径为
得铝合金锻件。
对本实施例制备的铝合金锻件进行性能测试，结果如下：拉伸强度为360MPa，规定非比例延伸应力为340MPa，伸长率为16％，维氏硬度为150HV。
实施例2
铸锭加热：选择铝合金铸锭并对所述铝合金铸锭以12℃/min的加热速率加热至480℃，保温4h，然后将加热的铝合金铸锭冷却至50℃以下，再将铸锭加热至420℃，保温时间为2h～4h所述铝合金包含如下重量份的组分：0.7wt％铜，0.15wt％锰，1wt％镁，0.6wt％锌，0.5wt％钛，0.6wt％硅，0.5wt％铬，0.7wt％铁，其余为铝；
挤出：将挤压模具加热到420℃，保温2h，将挤出料筒加热到420℃，然后将铝合金铸锭放入挤压筒，推动挤压筒内的铝合金铸锭从挤压模具的模孔中挤出，挤出速度为5.5m/min，形成挤压型材；
风冷：风冷的风量为95m3/min；
矫直：待型材冷却至50℃以下时进行矫直；
锯切：对矫直后的型材锯切成锻造坯料；
锻造坯料加热：将锻造坯料以12℃/min的加热速率加热到480℃，保温3h；
锻造：将锻造模具在300℃下预热1h，然后将加热的锻造坯料锻造成模锻件半成品，始锻温度为460℃，终锻温度为410℃；
淬火：将模锻件半成品在温度为525℃、保温时间为3.5h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
回火：将淬火后的模锻件半成品在温度为360℃、保温时间为3h的条件下进行回火处理，得模锻件；
时效：将模锻件在温度为175℃、保温时间为8h的条件下时效；
喷丸：对模锻件进行表面喷丸处理，所述喷丸的丸粒直径为
得铝合金锻件。
对本实施例制备的铝合金锻件进行性能测试，结果如下：拉伸强度为385MPa，规定非比例延伸应力为360MPa，伸长率为21％，维氏硬度为170HV。
实施例3
本实施例提供一种铝合金锻件的制备工艺，包括如下步骤：
铸锭加热：选择铝合金铸锭并对所述铝合金铸锭以10℃/min的加热速率加热至450℃，保温5h，然后将加热的铝合金铸锭冷却至50℃以下，再将铸锭加热至400℃，保温时间4h所述铝合金包含如下重量份的组分：0.55wt％铜，0.15wt％锰，1.2wt％镁，0.5wt％锌，0.6wt％钛，0.4wt％硅，0.6wt％铬，0.7wt％铁，其余为铝；
挤出：将挤压模具加热到400℃，保温3h，将挤出料筒加热到400℃，然后将铝合金铸锭放入挤压筒，推动挤压筒内的铝合金铸锭从挤压模具的模孔中挤出，挤出速度为5m/min，形成挤压型材；
风冷：风冷的风量为90m3/min；
矫直：待型材冷却至50℃以下时进行矫直；
锯切：对矫直后的型材锯切成锻造坯料；
锻造坯料加热：将锻造坯料以10℃/min的加热速率加热到450℃，保温4h；
锻造：将锻造模具在280℃下预热1h，然后将加热的锻造坯料锻造成模锻件半成品，始锻温度为450℃，终锻温度为400℃；
淬火：将模锻件半成品在温度为500℃、保温时间为5h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
回火：将淬火后的模锻件半成品在温度为320℃、保温时间为5h的条件下进行回火处理，得模锻件；
时效：将模锻件在温度为160℃、保温时间为10h的条件下时效；
喷丸：对模锻件进行表面喷丸处理，所述喷丸的丸粒直径为
得铝合金锻件。
对本实施例制备的铝合金锻件进行性能测试，结果如下：拉伸强度为372MPa，规定非比例延伸应力为356MPa，伸长率为17％，维氏硬度为155HV。
实施例4
本实施例提供一种铝合金锻件的制备工艺，包括如下步骤：
铸锭加热：选择铝合金铸锭并对所述铝合金铸锭以15℃/min的加热速率加热至510℃，保温3h，然后将加热的铝合金铸锭冷却至50℃以下，再将铸锭加热至450℃，保温时间为2h所述铝合金包含如下重量份的组分：0.8wt％铜，0.15wt％锰，0.8wt％镁，0.8wt％锌，0.4wt％钛，0.8wt％硅，0.4wt％铬，0.7wt％铁，其余为铝；
挤出：将挤压模具加热到440℃，保温1.5h，将挤出料筒加热到450℃，然后将铝合金铸锭放入挤压筒，推动挤压筒内的铝合金铸锭从挤压模具的模孔中挤出，挤出速度为6m/min，形成挤压型材；
风冷：风冷的风量为100m3/min；
矫直：待型材冷却至50℃以下时进行矫直；
锯切：对矫直后的型材锯切成锻造坯料；
锻造坯料加热：将锻造坯料以15℃/min的加热速率加热到510℃，保温2h；
锻造：将锻造模具在320℃下预热0.5h，然后将加热的锻造坯料锻造成模锻件半成品，始锻温度为480℃，终锻温度为430℃；
淬火：将模锻件半成品在温度为550℃、保温时间为2h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
回火：将淬火后的模锻件半成品在温度为380℃、保温时间为2h的条件下进行回火处理，得模锻件；
时效：将模锻件在温度为190℃、保温时间为6h的条件下时效；
喷丸：对模锻件进行表面喷丸处理，所述喷丸的丸粒直径为
得铝合金锻件。
对本实施例制备的铝合金锻件进行性能测试，结果如下：拉伸强度为381MPa，规定非比例延伸应力为362MPa，伸长率为19％，维氏硬度为165HV。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种铝合金锻件的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
铸锭加热：选择铝合金铸锭并对所述铝合金铸锭加热至450～510℃，保温3～5h，然后将加热的铝合金铸锭冷却至50℃以下，再将铸锭加热至400～450℃，保温时间为2～4h；所述铝合金铸锭包含如下重量份的组分：0.55～0.8wt%铜，0.15wt%锰，0.8～1.2wt%镁，0.5～0.8wt%锌，0.4～0.6wt%钛，0.4～0.8wt%硅，0.4～0.6wt%铬，0.7wt%铁，其余为铝；
挤出：将挤压模具加热到400～440℃，保温1.5～3h，将挤压筒加热到400～450℃，然后将铝合金铸锭放入挤压筒，推动挤压筒内的铝合金铸锭从挤压模具的模孔中挤出，形成挤压型材；
矫直：待型材冷却至50℃以下时进行矫直；
锯切：对矫直后的型材锯切成锻造坯料；
锻造坯料加热：将锻造坯料加热到450～510℃，保温2～4h；
锻造：将锻造模具在280～320℃下预热0.5～1h，然后将加热的锻造坯料锻造成模锻件半成品，锻造温度为400～480℃；
淬火：将模锻件半成品在温度为500～550℃、保温时间为2～5h、转移时间＜30s、冷却液的温度为＜35℃的条件下淬火；
回火：将淬火后的模锻件半成品在温度为320～380℃、保温时间为2～5h的条件下进行回火处理，得模锻件；
时效：将模锻件在温度为160～190℃、保温时间为6～10h的条件下时效，得铝合金锻件。
2.根据权利要求1所述的铝合金锻件的制备工艺，其特征在于，所述铝合金包含如下重量份的组分：0.7～0.8wt%铜，0.15wt%锰，1.0～1.2wt%镁，0.6～0.8wt%锌，0.5～0.6wt%钛，0.4～0.6wt%硅，0.5～0.6wt%铬，0.7wt%铁，其余为铝。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金锻件的制备工艺，其特征在于，时效步骤后，对模锻件进行表面喷丸处理，所述喷丸的丸粒直径为φ0.6～0.8mm。
4.根据权利要求1或2所述的铝合金锻件的制备工艺，其特征在于，铸锭加热和锻造坯料加热的加热速率均为10～15℃/min。
5.根据权利要求1或2所述的铝合金锻件的制备工艺，其特征在于，矫直步骤所述的冷却为风冷，风冷的风量为90～100m3/min。
6.根据权利要求1或2所述的铝合金锻件的制备工艺，其特征在于，铝合金铸锭从挤压模具的模孔中挤出的挤出速度为5～6m/min。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述的铝合金锻件的制备工艺制备的铝合金锻件。
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