CN109680193B - 一种6×××系铝合金时效热处理工艺 - Google Patents

一种6×××系铝合金时效热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种6×××系铝合金材料时效热处理工艺，包括以下步骤：将经过固溶或在线淬火处理后的铝合金在时效炉中加热至180‑250℃，保温0‑4h后，以5‑80℃/h的速度冷却至不高于160℃后出炉，然后冷却至室温即可。与传统的时效热处理相比，本发明在时效热处理时只经过短暂的保温，甚至不经过保温，直接冷却，可以有效降低电耗和天然气耗，降低时效的综合成本，并达到节省设备运行时间、减少设备磨损和提高生产效率的目的。

Description

一种6×××系铝合金时效热处理工艺
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种6×××系铝合金时效热处理工艺。
背景技术
6×××系铝合金由于其具有中等强度、无应力腐蚀、良好的加工性能和焊接性能、优良的氧化着色性能等特点，在工程建筑、轨道交通、汽车、电力、机械制造等领域获得了广泛的应用。6×××系铝合金是一种可热处理强化的铝合金，其时效原理是将固溶或在线淬火后的过饱和固溶体铝合金加热至170-200℃之间的某一温度保温，实现Mg、Si、Cu等合金元素脱溶，形成弥散分布的Mg2Si析出相，所获得的析出相数量越多、尺寸越小、分布越弥散则合金的强度越高。
公开号为CN 102330041 A的中国专利“一种铝合金型材的时效热处理方法”公开了一种6系铝合金型材的时效热处理方法，具体方法是将铝合金型材在时效炉中以0.8-1.5℃/min的升温速率加热至155-170℃之间的某一个温度，保温时间为10-16个小时。其主要特点是时效温度低，所获得的型材强度更高，塑性更好，延伸率高，但仍然存在热处理时间长、气耗和电耗高的缺点。
公开号为CN 103757572 A的中国专利“一种6×××系铝合金的时效工艺”公开了一种6×××系铝合金的时效工艺，具体方法是对6×××系铝合金进行170℃/2小时+200℃/1.5小时的时效处理。其主要特点是采用二级时效制度，处理时间相对传统T6状态的一级时效制度(170-180)℃×(6-8)h能够有所缩短，所得到的6×××系铝合金力学性能比T6(180℃x6h)的略高，但存在设备运行时间长、气耗和电耗较高、二级时效对设备和人员要求高的缺点。
公开号为CN105018804A的中国专利“一种Al-Mg-Si系铸态铝合金及其时效处理工艺”公开了一种Al-Mg-Si系铸态铝合金及其时效处理工艺，主要方法是将Al-Mg-Si系铸态铝合金先在520℃-530℃进行固溶处理，再在140℃-160℃之间的某一温度下进行低温预时效处理1-4h，接着继续升高时效温度至200℃保温1-4h进行高温时效。其主要特点是采用二级时效制度，分别进行低温预处理和高温时效，所获得的铝合金强度提高3.8％-11.0％，但仍存在热处理时间长、二级时效对设备要求高、操作繁琐的特点。
公开号为106319404A的中国专利“一种铝合金三级时效热处理方法”公开了一种化学成分为1.0wt％Cu，0.8wt％Si，0.5wt％Fe，1.1wt％Mg，0.6wt％Mn，0.1wt％Cr，0.2wt％Zn，0.1wt％Ti，余量为Al的铝合金三级时效热处理方法，包括560℃×40min的固溶、淬火，固溶淬火后依次进行一级时效135℃/6h、二级时效210℃/0.5h、以及三级时效150℃/12h。主要特点是采用了三级时效制度，板材的抗晶间腐蚀性能和强度较高，但由于存在短暂的高温回归处理(210℃x0.5h)使整个工艺操作繁琐、实际温度与设计易存在较大温度和保温时间偏差、对设备要求较高、热处理时间长、气耗和电耗高，不太适合6×××系铝合金的时效处理。
公开号为CN1434877A的中国专利“可时效硬化铝合金的热处理”公开了一种可时效硬化铝合金的热处理，主要方法是使合金在相当高的温度TA下保持相当短的时间以适当时效处理该合金，然后以极快冷却的速度将该合金从TA冷却到较低的温度，使得基本上停止溶质元素的一次析出作用。然后在较低的温度TB下保持相当长的时间(若干小时至若干周)，再在某一接近于或高于TA的温度TC下进一步保持相当长的时间以达到峰时效特性。该时效热处理实质上是一种被称为“中断时效”的处理，主要特点是较高温度的时效处理被一段较低温度的处理过程打断，然后再次在较高温度时效以达到峰值时效，目前可见的有T6I6或T6I4二次时效工艺。主要缺点是处理时间较长，能耗较高，综合成本高，一般很少用在普通的场合。
公开号为CN105331910A的中国专利“一种6063-T5铝型材双级节能时效工艺”公开了一种6063-T5铝型材双级节能时效工艺，包括以下步骤：P1、6063铝型材在装入时效炉前，韦氏硬度应达到2HW以上；P2、将韦氏硬度达到要求的铝型材装入时效炉；P3、设定保温温度为175℃，待炉温到达指定温度后保温40min；P4、再设定保温温度为195℃，待炉温到达指定温度后保温30min；P5、195℃保温30min结束后，关闭时效炉电源，使铝型材在炉内“焖”40min；P6、完成“焖”40min后，打开炉门将铝型材拉出炉外空冷至室温。该方法的主要特点是在时效前进行了自然时效处理、室温停放，并且采用了175℃×40min+195℃×30min的二级时效工艺，然后将关闭时效炉的电源使铝型材“焖”40min后出炉。但主要是针对6063-T5，适用的范围小，自然时效获得一定硬度所需要的准备时间长，且由于存在一段二级时效的操作使得过程繁琐，同时，二级时效中极短的保温时间对时效炉炉温均匀性和准确性要求极高，由于升温过程中型材的实际温度相对时效炉控制仪表都存在一定的滞后性，使该方法适用性较差。
目前可见的6×××系铝合金的时效工艺主要为在170-200℃之间某一温度恒温保温3-10h或低温长时间保温或进行二级、三级时效，普遍存在所需的热处理时间长、天然气耗和电耗较高、或多级时效操作繁琐、对设备要求高的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的6×××系铝合金的时效工艺普遍存在所需的热处理时间长、天然气耗和电耗较高、或多级时效操作繁琐、对设备要求高的不足，提供一种6×××系铝合金时效热处理工艺，可以很好的解决上述问题，有效减少设备运行时间、降低天然气耗和电耗，降低时效的综合成本，操作简便，铝合金的强度高，满足国标和使用要求。
本发明提供了一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.2-1.4％，Si 0.2-1.5％，Cu≤0.5％，Fe≤0.7％，Mn≤1.0％，Cr≤0.5％，Zn≤0.5％，Ti≤0.3％，其他微量合金元素≤0.15％，余量为Al。所述其他微量合金元素是指除了Mg、Si、Cu、Fe、Mn、Cr、Zn、Ti和Al以外的其他金属元素。
所述铝合金材料依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火，最后进行时效热处理得到的。
本申请的在线淬火指的是铝合金在热挤压时利用挤压出料口出来时铝合金型材的表面温度为500-540℃，直接在出料口的固定位置用强风、雾或水将铝合金型材的表面温度强制冷却至150℃以下，一边继续挤压生产一边进行强制冷却。
优选的，所述铝合金材料的时效处理状态为T5或T6。
本发明还提供了一种所述6×××系铝合金材料的时效热处理工艺，包括以下步骤：将经过固溶或在线淬火处理后的铝合金在时效炉中加热至180-250℃，保温0-4h后，以5-80℃/h的速度冷却至不高于160℃后出炉，然后冷却至室温即可。
优选的，所述6×××系铝合金材料的时效热处理工艺包括以下步骤：将经过固溶或在线淬火处理后的铝合金在时效炉中加热至180-250℃，保温0-2h，然后立即以5-80℃/h的速度冷却至不高于160℃后出炉，然后冷却至室温即可。
优选的，所述6×××系铝合金材料的时效热处理工艺包括以下步骤：将经过固溶或在线淬火处理后的铝合金在时效炉中加热至200-250℃，保温0-1h，然后立即以5-80℃/h的速度冷却至不高于160℃后出炉，然后冷却至室温即可。
优选的，所述6×××系铝合金材料的时效热处理工艺包括以下步骤：将经过固溶或淬火处理后的铝合金在时效炉中加热至180-200℃，保温0-4h，然后立即以5-80℃/h的速度冷却至不高于160℃后出炉，然后冷却至室温即可。
优选的，所述冷却的速度为15-40℃/h。
优选的，所述冷却的速度为15-20℃/h。
优选的，所述铝合金出炉的温度为不高于120℃。
优选的，所述铝合金出炉后冷却至室温的方式为空气中自然冷却、风冷或者水冷中的一种。
优选的，所述固溶或在线淬火的温度为495-550℃，本发明所述的铝合金在进行时效热处理之前必须经过固溶和在线淬火处理，以使合金元素能够溶解在铝基体中形成过饱和固溶体。
本发明所述的6×××系铝合金材料，通过控制Mg，Si，Cu，Fe，Mn，Cr或其他元素等的含量，可以配置成目前已公开的各种牌号或开发新型的6×××系铝合金。
本发明不同生产状态的铝合金材料使用不同的代号，T代表其热处理状态，在T字的后面第一个数字表示热处理基本类型，本发明的铝合金材料的生产状态包括有T5和T6。
T5：由高温成型过程冷却，然后进行人工时效的状态。适用于由高温成型过程冷却后，不经过冷加工(可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限)，予以人工时效的产品。
T6：固溶热处理后进行人工时效的状态。适用于固溶热处理后，不再进行冷加工(可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限)的产品。
本发明所述的熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火均是采用常规的方法。
传统的6×××系铝合金时效制度为一般为恒温单级时效，为了形成尺寸小，数量密度大的Mg2Si强化相，传统的时效工艺需要在时效炉中保温3-10小时，时效温度低则保温时间长，时效温度高则相应的保温时间短，抗拉强度一般在160-300MPa。传统T5状态采用在190-200℃下保温3-4h的时效工艺，传统T6状态则采用在170-175℃下保温8-10h。加上升温时间1-2h，T5状态一般整个时效炉设备运行时间为4-6h，T6状态整个时效炉设备运行时间为9-12h。整个时效处理期间，时效炉的燃烧机和循环风机需要始终保持运转，保温时间和设备运行时间长，提高了生产成本，且合金性能也难以达到最大化发挥。根据测算，T5状态6×××系铝合金每吨型材一般需要消耗30-50度电和10-20立方米天然气，综合成本50-100元/吨；T6状态每吨型材一般消耗50-80度电，15-30立方米天然气，综合成本80-180元/吨。在这些成本中，电耗主要来源于时效炉的循环风机，其主要作用是将燃烧室的高温热空气传导给需要加热的铝合金材料以达到和维持时效温度并保证炉温均匀，天然气消耗则主要来源于铝合金升温阶段以及保温阶段所需要提供的燃气热量。
本申请的发明人为了降低能耗，希望在铝合金时效热处理时，缩短保温时间最好是不需要经过保温，那么为了避免缩短保温时间造成的所需温度高、析出Mg2Si强化相的尺寸大、铝合金的强度低等缺陷，本申请增加了一步，即铝合金在时效热处理时，经过加热阶段或者加热、短时间保温阶段后，在时效炉内进行降温，并且降温冷却的速度需要控制在5-80℃/h。本发明中的6×××系铝合金可以在180-250℃下保温0-4h，甚至可以不经过保温而直接在时效炉内进行降温冷却处理，出炉后室温下检测硬度和强度符合国家标准。相较于现有技术，本申请的保温时间短甚至是不需要经过保温，时效炉的燃烧机和循环风机的运行时间大大缩短，尤其是燃烧机的运行时间，可以有效降低电耗和天然气耗，降低时效的综合成本，并达到节省设备运行时间、减少设备磨损和提高生产效率的目的；并且本发明人通过研究发现，增加在时效炉内控温冷却这一步，相较于传统的延长保温时间，本申请最终得到的铝合金的强度和抗腐蚀性能都较高，延伸率无明显下降，说明本申请中在时效炉内降温冷却，并控制冷却速度，相较于传统的恒温下保温时间较长的工艺，不仅达到了最初降低能耗的目的，还使得Mg2Si强化相的数量密度更大，尺寸更小，铝合金的强度和抗腐蚀性能较高，延伸率无降低，性能更加优异，这超出了研发人员的预期。
本发明的铝合金在时效热处理时，经过加热阶段或者加热、短时间保温阶段后，然后在时效炉内进行降温冷却，并且冷却的速度需要控制在5-80℃/h，直至铝合金表面的温度在160℃以下。而现有技术中铝合金一般是加热至某一个或2-3个恒定的温度下保温一定的时间后直接出炉，在炉外自然冷却至室温(如专利公开号CN 102330041 A公开了一种铝合金型材的时效热处理方法)，或者是铝合金在经过长时间的保温处理后直接在时效炉内随炉冷却至室温(如专利申请号CN201610214718.X公开一种铸造铝合金经过退火、固溶、时效、循环处理的热处理方式)，这里时效过程随炉冷却的目的是避免出炉急冷、减少铸件的残余应力，提高使用寿命和抗腐蚀性能，其与本申请冷却的目的不同。专利公开号为CN105331910A的中国专利“一种6063-T5铝型材双级节能时效工艺”公开了一种6063-T5铝型材双级节能时效工艺，在采用自然预时效和二级时效处理后在炉内“焖”40分钟，本领域技术人员基于常识可以推测出，这里“焖”的动作主要是利用时效炉的良好保温性能使型材的实际温度与设定相比没有降低很多来达到继续原时效过程的目的，并未想到在炉内的铝型材温度降低的程度、温度下降的速度以及如何利用这个降温过程以及控制冷却速度来提高材料性能和进一步节约能耗。因此本领域技术人员在现有技术的基础上，能够想到的是铝合金经过长时间保温后，在时效炉内进行“焖”或随炉冷却处理，而不存在任何的启示使有意识的控制该冷却过程(包括开始冷却的温度、冷却速度、出炉温度)来其缩短保温时间、甚至是不保温，其他发明时效过程中的保温处理、随炉冷却处理或“焖”的目的和想要达到的效果与本发明是不一样的。本领域技术人员的常规认知是缩短保温时间会使得析出Mg2Si强化相析出不充分、数量密度减小，铝合金的性能差。另外即使本领域技术人员能够想到缩短保温时间，并且采用随炉冷却或“焖”的工艺，其也不会控制冷却速度或对出炉温度做出要求，一般是直接冷却到室温再出炉。但是本申请的发明人通过研究发现，一般的时效炉以其自然随炉冷却的速度为5-10℃/h，而本申请在时效炉内冷却更优选的冷却速度为15-40℃/h，当铝合金在时效炉内冷却的速度为15-20℃/h，其得到铝合金的性能最好，远远超出了随炉冷却时得到铝合金的性能，具有意想不到的技术效果。
本发明在时效炉中对铝合金进行降温处理，降温过程中不断地有Mg原子和Si原子从固溶体中脱溶析出形成Mg2Si强化相，由于温度不断降低其溶解度也不断降低，使得固溶体始终处于过饱和状态，从而保持不间断的Mg2Si析出强化。并且，控制冷却速度带来的温度持续降低使铝合金材料处于高温阶段的时间缩短，已经析出的Mg2Si强化相的粗化减弱，后续降温阶段析出的强化相尺寸小，在已析出强化相的间隔位置出现，从而使该时效工艺相对传统的恒温时效工艺处理的铝合金在微观组织下晶粒内部的Mg2Si强化相的数量密度更大、尺寸更小，从而强度更高。同时，降温过程不需要燃气加热、电能消耗也大大减少。并且当铝合金在时效炉内冷却时，控制冷却速度为15-20℃/h，冷却到时效炉内铝合金型材的表面温度不高于120℃后，出炉后自然冷却至室温，此冷却速度下使得析出的Mg2Si强化相的粗化大大减弱，铝合金微观组织下晶粒内部的Mg2Si强化相的数量密度最大、尺寸最小，铝合金的强度和延伸率最大，节能和提高生产效率的效果突出。
本发明中的铝合金在经过时效热处理后并不是马上就从时效炉中取出，而是待其温度冷却到160℃以下时才出炉，而现有技术中通常是将经过时效处理后的铝合金不经过冷却马上从时效炉中取出或者是直接在时效炉中冷却至室温取出，本发明控制铝合金出炉的温度在160℃以下，最优选为120℃，与前述的冷却速度相配合，能够使析出Mg2Si强化相的数量密度更大、尺寸更小，铝合金的强度和延伸率更大。
本发明通过关闭燃烧机、从燃烧机引风口吸入室温空气和变频器调节时效炉内循环风机的风力或转速，以此来控制时效炉的冷却速度为5-80℃/h。
本发明经过测试，如果在关闭时效炉的燃烧机和循环风机后该时效炉中铝合金的的自然降温速率在5-80℃/h之间，则加热后或者保温后直接关闭时效炉的燃烧机和循环风机，将铝合金留在时效炉内进行随炉自然降温冷却；如果不满足，则保温后关闭燃烧机，通过引风口吸入室温空气、使用变频器调节循环风机的转速使炉中铝合金的冷却速度使其满足5-80℃/h的条件或达到最优冷却速度范围。
本发明的有益效果是：
1、本发明的铝合金在时效热处理时，加热到时效温度后，经过短暂的保温，甚至不经过保温，直接冷却，最终得到的铝合金的抗拉强度和延伸率都较高，说明本申请中在时效炉内冷却，并控制冷却速度，相较于传统的保温时间较长的工艺，不仅达到了最初降低能耗的目的，还使得Mg2Si强化相的数量密度更大，尺寸更小，铝合金的强度和延伸率较高，性能更加优异，这超出了研发人员的预期。
2、本发明控制时效炉内的冷却速度为5-80℃/h，使得析出的Mg2Si强化相的数量密度更大、尺寸更小，从而强度更高。
3、本发明铝合金在时效炉内冷却时，控制冷却速度为15-20℃/h，冷却至铝合金表面的温度为120℃后，出炉空冷至室温，此冷却速度下使得析出的Mg2Si强化相的粗化大大减弱，Mg2Si强化相的数量密度最大、尺寸最小，铝合金的强度和延伸率最大。
4、本发明控制铝合金出炉的温度最优选为120℃，与加热的终点温度或短暂保温的温度以及冷却速度相配合，能够使析出Mg2Si强化相的数量密度更大、尺寸更小，铝合金的强度和延伸率更大。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1
一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.55-0.62％，Si 0.38-0.42％，Cu＜0.005％，Mn＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti 0.015-0.02％，符合国标GB/T3190-2008中6063的成分范围。
按照上述成分及百分含量配置的铝合金材料，依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火和时效热处理，其中T6时效热处理工艺为：将经过在线淬火温度为535℃并使用“喷水+强风”冷却至表面温度150℃以下处理的铝合金型材在时效炉中加热至190℃，保温2h后，关闭燃烧机和循环风机进行随炉自然降温至铝合金表面的温度为160℃后出炉(该时效炉中，冷却速度为8℃/h)，然后然后取出铝合金，在时效炉外冷却至室温即可。
实施例2
一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.55-0.62％，Si 0.38-0.42％，Cu＜0.005％，Mn＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti 0.015-0.02％，符合国标GB/T3190-2008中6063的成分范围。
按照上述成分及百分含量配置的铝合金材料，依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火和时效热处理，其中T6时效热处理工艺为：将经过在线淬火温度为535℃并使用“喷水+强风”冷却至表面温度150℃以下处理的铝型材(与实施例1淬火冷却速度一致)在时效炉中加热至190℃，保温2h后，控制铝合金在时效炉内的冷却速度为20℃/h，降温至铝合金表面的温度为120℃后取出铝合金，在时效炉外冷却至室温即可。
对比例1
一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.55-0.62％，Si 0.38-0.42％，Cu＜0.005％，Mn＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti 0.015-0.02％，符合国标GB/T3190-2008中6063的成分范围。
按照上述成分及百分含量配置的铝合金材料，依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或淬火和时效热处理，其中T6时效热处理采用传统的时效工艺：经过在线淬火温度为535℃并使用“喷水+强风”冷却至150℃以下处理的铝型材(与实施例1淬火冷却速度一致)在时效炉中加热至175℃，保温8h后，将铝合金材料从炉中取出，放置在空气中自然冷却至室温即可。
对比例2
一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.55-0.62％，Si 0.38-0.42％，Cu＜0.005％，Mn＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti 0.015-0.02％，符合国标GB/T3190-2008中6063的成分范围。
按照上述成分及百分含量配置的铝合金材料，依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火和时效热处理，其中T6时效热处理工艺为：将经过在线淬火温度为535℃并使用“喷水+强风”冷却至150℃以下处理的铝型材(与实施例1淬火冷却速度一致)，在时效炉中加热至190℃，保温2h后，控制铝合金在时效炉内的冷却速度为20℃/h，在时效炉内降温冷却至铝合金表面的温度达到室温后出炉。
对比例3
一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.55-0.62％，Si 0.38-0.42％，Cu＜0.005％，Mn＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti 0.015-0.02％，符合国标GB/T3190-2008中6063的成分范围。
按照上述成分及百分含量配置的铝合金材料，依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火和时效热处理，其中T6时效热处理工艺为：将经过在线淬火温度为535℃并使用“喷水+强风”冷却至150℃以下处理的铝型材(与实施例1淬火冷却速度一致)，在时效炉中加热至190℃，保温2h后，关闭燃烧机和循环风机进行随炉自然降温至室温后出炉(该时效炉自然冷却效果为8℃/h)。
实施例3
一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.55-0.62％，Si 0.38-0.42％，Cu＜0.005％，Mn＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti 0.015-0.02％，符合国标GB/T3190-2008中6063的成分范围。
按照上述成分及百分含量配置的铝合金材料，依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火和时效热处理，其中T5时效热处理工艺为：将经过在线淬火温度为535℃并使用“喷水+强风”冷却至150℃以下处理的铝型材(与实施例1淬火冷却速度一致)在时效炉中加热至200℃，保温0h后，关闭燃烧机和循环风机(该时效炉实测自然降温冷却速度为10℃/h)，降温至铝合金表面的温度为140℃后取出铝合金，在时效炉外冷却至室温即可。
对比例4
一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.55-0.62％，Si 0.38-0.42％，Cu＜0.005％，Mn＜0.005％，Cr＜0.005％，Zn＜0.005％，Ti 0.015-0.02％，符合国标GB/T3190-2008中6063的成分范围。
按照上述成分及百分含量配置的铝合金材料，依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火和时效热处理，其中T5时效热处理工艺为：经过在线淬火温度为535℃并使用“喷水+强风”冷却至150℃以下处理的铝型材(与实施例1淬火冷却速度一致)时效炉中加热至200℃，保温3h后，然后在时效炉外冷却至室温即可。
实施例4
一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.95-1.02％，Si 0.65-0.72％，Cu 0.25-0.30％，Fe 0.20-0.25％，Mn 0.10-0.15％，Cr 0.15％，Zn＜0.005％，Ti 0.015-0.02％，，符合国标GB/T3190-2008中6061的成分范围。
按照上述成分及百分含量配置的铝合金材料，依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火和时效热处理，其中T6时效热处理工艺为：经过在线淬火温度为535℃并使用“喷水+强风”冷却至150℃以下处理的铝型材在时效炉中加热至185℃，保温4h后，关闭燃烧机和循环风机进行随炉自然降温至铝合金表面的温度为140℃后(该时效炉中,冷却速度为8℃/h)，取出铝合金，在时效炉外冷却至室温即可。
对比例5
一种6×××系铝合金材料，该合金材料包括以下化学成分及各自的质量百分含量：Mg 0.95-1.02％，Si 0.65-0.72％，Cu 0.25-0.30％，Fe 0.20-0.25％，Mn 0.10-0.15％，Cr 0.15％，Zn＜0.005％，Ti 0.015-0.02％，，符合国标GB/T3190-2008中6061的成分范围。
按照上述成分及百分含量配置的铝合金材料，依次经过熔铸、均匀化退火、挤压或轧制、固溶或在线淬火和时效热处理，其中T6时效热处理工艺为：经过在线淬火温度为535℃并使用“喷水+强风”冷却至150℃以下处理的铝型材(与实施例4淬火冷却条件一致)在时效炉中加热至175℃，保温8h后，然后在时效炉外冷却至室温即可。
上述实施例和对比例中所用的时效炉的装炉量(10t)，升温时间都相同，循环风机的功率也相同(额定功率90kW)。
将经过实施例1-3和对比例1-4的时效热处理后的6063型铝合金的性能和能耗进行测试，结果如表1。
表1经过不同时效热处理后6063型铝合金的性能以及时效热处理的能耗
Figure BDA0001982423380000091
其中国标GB/T6982－2006《一般工业用铝及铝合金挤压型材》对6063型铝合金材料的力学性能标准分别如表2。
表2 6063型铝合金不同生产状态下的力学性能标准
Figure BDA0001982423380000092
Figure BDA0001982423380000101
从表1中的数据可以看出，实施例1实施例2和对比例1相比，说明采用本发明的时效工艺处理的合金T6状态抗拉强度和屈服强度相较于传统T6工艺都提高了，实施例3和对比例4相比，采用本发明的时效工艺处理的合金T5状态抗拉强度和屈服强度分别提高7MPa和14MPa，延伸率也略有提高，都超过了国标规定的强度。能耗方面，本发明的时效热处理工艺的天然气耗和电耗与传统时效工艺相比都有较大的降低。可见，采用本发明的时效热处理工艺得到的6063铝合金材料的强度更高，满足国标GB/T6982－2006和GB/T5237.1-2008的要求，能耗大大降低。
实施例1与实施例2相比，说明本申请中将时效炉内的冷却速度控制为20℃/h时，相对于随炉冷却，得到的铝合金的强度和性能得到最大发挥。实施例1、2与对比例2、3相比，说明无限制的降低出炉的温度是无必要的，其对铝合金性能的提升不大，反而延伸率出现下降。直接在时效炉中冷却至室温，相较于控制冷却结束时铝合金的出炉温度在本申请的范围内，得到的铝合金强度提升有限且延伸率略有下降，耗时较长、生产效率严重降低，违背了本申请的初衷。
将经过实施例4和对比例5的时效热处理后的6061铝合金的性能和能耗进行测试，结果如表3。
表3经过不同时效热处理后6061铝合金的性能以及时效热处理的能耗
Figure BDA0001982423380000102
其中国标GB/T6982－2006《一般工业用铝及铝合金挤压型材》对6061铝合金材料的力学性能标准分别如表4。
表4 6061铝合金不同生产状态下的力学性能标准
Figure BDA0001982423380000103
从表3可以看出，采用本发明新型时效工艺处理的合金T6状态抗拉强度和屈服强度分别提高了7MPa和16MPa，延伸率未降低，达到国标GB/T6982－2006和GB/T5237.1-2008的要求。能耗方面，由于新工艺进行随炉自然降温处理大大减少了设备运行时间，T6状态的天然气耗和电耗分别降低了25.6％和44％，以天然气价格3元/立方。电价0.8元/度计算，综合成本降低32.6％。可见，采用本发明的新型高效节能时效热处理的6061铝合金材料的强度和延伸率均有所增长，设备运行时间缩短了4h，天然气和电的节能效果更是非常明显。

Claims (9)

1.一种6×××系铝合金材料时效热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：将经过固溶或在线淬火处理后的铝合金在时效炉中加热至185-250℃，保温0-4h后，以5-80℃/h的速度冷却至不高于160℃后出炉，然后冷却至室温即可。
2.如权利要求1所述6×××系铝合金材料时效热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：将经过固溶或在线淬火处理后的铝合金在时效炉中加热至185-250℃，保温0-2h，然后立即以5-80℃/h的速度冷却至不高于160℃后出炉，然后冷却至室温即可。
3.如权利要求1所述6×××系铝合金材料时效热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：将经过固溶或在线淬火处理后的铝合金在时效炉中加热至200-250℃，保温0-1h然后立即以5-80℃/h的速度冷却至不高于160℃后出炉，然后冷却至室温即可。
4.如权利要求1所述6×××系铝合金材料时效热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：将经过固溶或在线淬火处理后的铝合金在时效炉中加热至185-200℃，保温0-4h，然后立即以5-80℃/h的速度冷却至不高于160℃后出炉，然后冷却至室温即可。
5.如权利要求1-4任一项所述6×××系铝合金材料时效热处理工艺，其特征在于，所述冷却的速度为15-40℃/h。
6.如权利要求1-4任一项所述6×××系铝合金材料时效热处理工艺，其特征在于，所述冷却的速度为15-20℃/h。
7.如权利要求1-4任一项所述6×××系铝合金材料时效热处理工艺，其特征在于，所述铝合金出炉的温度为不高于120℃。
8.如权利要求1-4任一项所述6×××系铝合金材料时效热处理工艺，其特征在于，所述铝合金出炉后冷却至室温的方式为空气中自然冷却、风冷或者水冷中的一种。
9.如权利要求1-4任一项所述6×××系铝合金材料时效热处理工艺，其特征在于，所述固溶或在线淬火的温度为495-550℃。
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