CN111014338A

CN111014338A - 一种6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺

Info

Publication number: CN111014338A
Application number: CN201911358011.6A
Authority: CN
Inventors: 武维煜; 王睿; 杨志勇; 王义斌; 韩雨桐; 高彤; 潘岩; 吴明杨
Original assignee: China Zhongwang Holdings Ltd
Current assignee: China Zhongwang Holdings Ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2039-12-25
Also published as: CN111014338B

Abstract

本发明属于铝合金挤压技术领域，涉及一种6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，铝合金原料为Si：0.50～0.55％、Fe≤0.15％、Cu≤0.05％、Mn≤0.05％、Mg：0.45～0.50％、Cr≤0.05％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％，其余单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，其中Si含量＞Mg含量，使过剩硅控制在0.25％～0.30％之间，通过该配方制得的铝合金铸锭经过挤压、在线水冷淬火处理、拉伸矫直后进行人工时效，通过各个工艺参数的严格控制，挤压后产品可满足挤压公差GB/T 14846高精级标准，屈服强度≥210MPa，抗拉强度≥230MPa，延伸率≥10％，远高于国标，特别是平均晶粒尺寸≤100μm，远好于国内平均200μm的水平。

Description

一种6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺

技术领域

本发明属于铝合金挤压技术领域，涉及一种6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺。

背景技术

随着汽车制造技术的高速发展，铝合金以其质量轻、强度适中、高吸能等众多优点，越来越多的应用在汽车结构件方面，对于传统的6063合金提出了更多性能要求，特别是晶粒度方面的需求，向更加细小均匀方向发展，目前在国内铝挤压行业，6063铝合金由其本身化学成分的限定，决定了其晶粒尺寸水平基本在200μm左右，很难达到100μm以下的国外客户要求，严重制约了我国高端铝型材的出口。现生产一种规格为φ70×3mm薄壁6063管材，要求平均晶粒度小于3.5级(100μm)，使用现有的成分、铸棒均质及挤压工艺无法满足使用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有6063铝合金加工工艺不能满足合金平均晶粒尺寸≤100μm要求的问题，提供一种6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺。

为达到上述目的，本发明提供一种6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，包括如下步骤：

A、按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.50～0.55％、Fe≤0.15％、Cu≤0.05％、Mn≤0.05％、Mg：0.45～0.50％、Cr≤0.05％、Zn≤0.05％、Ti≤0.05％，其余单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量Al，其中Si含量＞Mg含量，使过剩硅控制在0.25％～0.30％之间，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；

B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度为580±10℃，保温时间为3～5h，使Mg₂Si相充分的融入到固溶体内，提高晶内成分的均匀性，同时采取相对较短的均质时间及高的冷却温度，可有效的防止晶粒长大；

C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金型材，其中挤压模具采用降低模桥高度，增加焊合室面积并采用无前室的设计方式，使金属在挤压模具内充分焊合而且流动更加均匀，挤压前，挤压模具的加热温度为360～380℃，挤压铸锭的加热温度为390～410℃，挤压筒的筒身温度为380～390℃，挤压筒的挤压比为50～60，挤压过程中的挤压速度为7～9m/min；

D、将步骤C挤压后的铝合金型材在挤压模具出口处进行在线水冷淬火处理，保证铝合金型材的尺寸，为了保证淬火强度，铝合金型材出淬火区温度应≤50℃；

E、将步骤D淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量为0.5～1.0％，防止铝合金型材因产生冷变形强化，造成的晶粒粗大，将拉伸矫直后的铝合金型材定尺锯切；

F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效，时效制度为190±5℃×5.5h，得到铝合金薄壁管材。

进一步，步骤A中Fe含量≤0.1％。

进一步，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。

进一步，步骤A熔炼炉的温度控制在700～750℃，并且使用精炼剂进行精炼。

进一步，步骤B铝合金铸锭均匀化处理的温度为580℃，保温时间为4h。

进一步，步骤C中挤压机为卧式2150T挤压机，挤压筒直径为300mm。

进一步，步骤D中铝合金型材淬火后的温度为20～30℃。

进一步，步骤D中铝合金型材的淬火冷却速度＞80℃/s。

进一步，步骤F中制备的铝合金薄壁管材厚度为3.0～3.2mm，直径为70～80mm。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，原料成分严格限定杂质Fe的含量，既考虑了经济成本，又防止杂质Fe形成难溶相分布在晶界上阻碍原子扩散，使晶粒分布均匀。Si含量＞Mg含量，使过剩硅控制在0.25％～0.30％之间，可细化Mg₂Si质点，同样可以起到细化晶粒的作用。

2、本发明所公开的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，使用卧式2150T挤压机，使挤压比控制在50-60之间，可使铸棒晶粒破碎均匀，如挤压比过高会在表面形成皮质层大晶粒，如过小使晶粒得不到充分破碎，整体会形成大晶粒，所以需严格控制挤压比。挤压铸锭加热温度采用390～410℃及7～9m/min的低温高速水冷工艺，较低的铸棒温度可以在保证挤压性的基础上防止晶粒长大，高的挤压速度与水冷工艺，不仅减少型材在高温区停留时间防止晶粒长大，而且使晶粒破碎更加均匀，同样可以减少晶粒尺寸。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明实施例1所制备铝合金薄壁管材晶粒组织照片图；

图2为本发明对比例1所制备铝合金薄壁管材晶粒组织照片图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

一种6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，包括如下步骤：

A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，6063铝合金原料各元素质量百分数配比如下：

元素

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Zn

Ti

杂质

Al

含量

0.50

0.11

0.02

0.05

0.45

0.02

0.01

0.02

≤0.05

余量

其中Si含量＞Mg含量，使过剩硅控制在0.25％～0.30％之间，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法，熔炼炉的温度控制在700～750℃，并且使用精炼剂进行精炼；

B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度为580℃，保温时间为4h，使Mg₂Si相充分的融入到固溶体内，提高晶内成分的均匀性，同时采取相对较短的均质时间及高的冷却温度，可有效的防止晶粒长大；

C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于卧式2150T挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金型材，其中挤压模具采用降低模桥高度，增加焊合室面积并采用无前室的设计方式，使金属在挤压模具内充分焊合而且流动更加均匀，挤压前，挤压模具的加热温度为360～380℃，挤压铸锭的加热温度为390～410℃，挤压筒的筒身温度为380～390℃，挤压筒的挤压比为50～60，挤压过程中的挤压速度为7～9m/min；

D、将步骤C挤压后的铝合金型材在挤压模具出口处进行在线水冷淬火处理，铝合金型材的淬火冷却速度为90℃/s，保证铝合金型材的尺寸，为了保证淬火强度，铝合金型材出淬火区温度为40℃；

F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金型材进行人工时效，时效制度为190℃×5.5h，得到铝合金薄壁管材，铝合金薄壁管材厚度为3.0mm，直径为70mm。晶粒组织照片图见图1。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中6063铝合金原料各元素质量百分数配比为：

元素

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Zn

Ti

杂质

Al

含量

0.53

0.11

0.02

0.05

0.48

0.02

0.01

0.02

≤0.05

余量

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，步骤A中6063铝合金原料各元素质量百分数配比为：

元素

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Cr

Zn

Ti

杂质

Al

含量

0.50

0.08

0.02

0.05

0.50

0.02

0.01

0.02

≤0.05

余量

晶粒组织照片图见图2。

对比例2

对比例2与对比例1的区别在于，步骤B铝合金铸锭均匀化处理的温度为530℃，保温时间为5h。

对比例3

对比例3与对比例1的区别在于，步骤C中挤压模具采用单孔挤压模具，挤压前，挤压模具的加热温度为480～500℃，挤压铸锭的加热温度为510～530℃，挤压筒的筒身温度为420～440℃，挤压筒的挤压比为48.8，挤压过程中的挤压速度为4.5～6m/min。

根据《GB-T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法》对实施例1～2和对比例1～3制得的铝合金薄壁管材进行拉伸试验，进行屈服强度、抗拉强度和延伸率的测试，测试结果见表一。

表一：

	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2	对比例3
						屈服强度(Mpa)	221	229	210	208	215
抗拉强度(Mpa)	238	241	225	223	230
						延伸率(％)	12.5	12.0	10.5	11.0	10.5
平均晶粒尺寸(μm)	85	90	175	172	210

通过表一可以看到，本发明6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺生产的铝合金薄壁管材可满足挤压公差GB/T 14846高精级标准，可达到屈服强度R_P0.2(MPa)≥210，抗拉强度R_m(MPa)≥230，延伸率A(％)≥10，远高于国标，特别是平均晶粒尺寸≤100μm，远好于国内平均200μm的水平。此套工艺技术的工业化应用，不仅增加我国高端铝型材的出口，而且其技术工艺达到了国外先进水平。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，其特征在于，包括如下步骤：

B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度为580±10℃，保温时间为3～5h，使Mg₂Si相充分的融入到固溶体内；

C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金型材，其中挤压模具采用降低模桥高度，增加焊合室面积并采用无前室的设计方式，挤压前，挤压模具的加热温度为360～380℃，挤压铸锭的加热温度为390～410℃，挤压筒的筒身温度为380～390℃，挤压筒的挤压比为50～60，挤压过程中的挤压速度为7～9m/min；

E、将步骤D淬火后的铝合金型材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量为0.5～1.0％，将拉伸矫直后的铝合金型材定尺锯切；

2.如权利要求1所述的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，其特征在于，步骤A中Fe含量≤0.1％。

3.如权利要求1所述的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，其特征在于，步骤A中铝合金熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣、除气除杂、过滤、铸造的半连续铸造方法。

4.如权利要求1所述的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，其特征在于，步骤A熔炼炉的温度控制在700～750℃，并且使用精炼剂进行精炼。

5.如权利要求1所述的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，其特征在于，步骤B铝合金铸锭均匀化处理的温度为580℃，保温时间为4h。

6.如权利要求1所述的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，其特征在于，步骤C中挤压机为卧式2150T挤压机，挤压筒直径为300mm。

7.如权利要求1所述的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，其特征在于，步骤D中铝合金型材淬火后的温度为20～30℃。

8.如权利要求1所述的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，其特征在于，步骤D中铝合金型材的淬火冷却速度＞80℃/s。

9.如权利要求1～8任一所述的6063铝合金型材挤压晶粒控制工艺，其特征在于，步骤F中制备的铝合金薄壁管材厚度为3.0～3.2mm，直径为70～80mm。