CN111041391A - 一种铝合金挤压型材及其在线淬火工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种铝合金挤压型材及其在线淬火工艺。所述铝合金挤压型材的在线淬火工艺，包括：第一级慢速淬火和第二级快速淬火；所述第一级淬火的条件：冷却速率4‑6℃/s，冷却温度至400‑500℃；所述第二级淬火的条件：冷却速率48‑52℃/s，冷却温度至100‑200℃。本发明所述的分级淬火工艺可使高强铝合金挤压型材在确保合金性能的同时提高尺寸精度，进而提高合金成材率，降低生产成本，为生产高性能铝合金挤压型材提供技术保障。

Description

一种铝合金挤压型材及其在线淬火工艺
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域，具体涉及一种铝合金挤压型材及其在线淬火工艺。
背景技术
铝合金挤压型材尤其是铝合金空心型材，由于其强度高、比重低及易成形等特点而被广泛应用于建筑、交通及航空航天各领域承重结构材料的制造。在铝合金空心型材生产过程中，合金先通过挤压进行成形，然后在线通过快速冷却淬火形成过饱和固溶体，再进行人工时效使合金形成所需要的性能。
现有技术中，通常通过铸锭预热、挤压、风冷或穿水冷等工艺集成化实现空心型材的成形和在线淬火。然而，铝合金尤其是高强铝合金往往具有一定的淬火敏感性，在冷却速率较低的风冷或雾冷的条件下，合金经时效后往往达不到其应有的性能，而若进行在线穿水淬火，尽管合金的性能较风冷会有较大幅度提升，但往往由于空心型材存在壁厚不均匀、截面形状复杂的情况，导致会产生较大的淬火变形，从而影响材料的尺寸精度和成品率，因而具有较大的局限性。
有鉴于此，有必要开展淬火工艺的进一步研究，以使合金能在保证其性能的基础上，能同时提升尺寸精度提高成品率。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提供一种尺寸精度和性能协同的铝合金挤压型材在线淬火工艺，其可显著提高合金成材率，降低生产成本且操作简单，对高强铝合金挤压空心型材的生产具有较大实际应用价值。
本发明所述铝合金挤压型材的在线淬火工艺，包括：第一级慢速淬火和第二级快速淬火；
所述第一级淬火的条件：冷却速率4-6℃/s，冷却温度至400-500℃；
所述第二级淬火的条件：冷却速率48-52℃/s，冷却温度至100-200℃。
本发明通过对淬火机理深入的研究及反复试验，确定了一种尺寸精度与性能协同的铝合金挤压型材淬火工艺，其具有操作简单，效果明显的优点，对高强铝合金挤压空心型材的生产具有较大实际应用价值。
根据本发明的一些实施例，所述第一级淬火中，冷却温度至420-480℃。研究表明，在慢速冷却过程中，将合金冷却至此温度范围内，避开了合金的淬火敏感区间，确保了合金具有较大的过饱和度，其时效强化能力得到了保证。
根据本发明的一些实施例，所述第一级淬火中，冷却速率优选为5℃/s。
根据本发明的一些实施例，所述第二级淬火中，冷却温度至120-170℃。研究表明，经第一级慢速冷却后，在此范围温度下，合金的强度已较固溶温度下大大提高，其抵抗淬火残余应力引起的变形的能力也大大提高，因此在第二级淬火过程中采用快速冷却，将会大大改善弯曲、扭拧、尺寸精度较低等缺陷，提高了合金的成材率。
根据本发明的一些实施例，所述第二级淬火中，冷却速率优选为50℃/s。
作为本发明的具体实施方式之一，所述在线淬火工艺，包括：
所述第一级淬火的条件：冷却速率4-6℃/s，冷却温度至420-480℃；
第二级快速淬火的条件：冷却速率48-52℃/s，冷却温度至120-170℃。
本发明所述的在线淬火工艺对铝合金挤压型材的类型、规格无特殊要求，实用性广；尤其是针对可热处理强化的2XXX、6XXX及7XXX系铝合金薄壁空心挤压型材的生产，采用本发明处理能同时保证材料尺寸精度和性能，显著提高材料的成品率。
作为本发明的另一具体实施方式，所述铝合金挤压型材的成分如下：Si：0.5～1.4wt.％，Fe：～0.4wt.％，Cu：～0.1wt.％，Mn：0.2～0.6wt.％，Mg：0.45～0.1.1wt.％，Cr：≤0.1wt.％，Zn：≤0.05wt.％，Ti：≤0.1wt.％，余量为Al。
所述铝合金挤压型材由下述方法制得：将铸锭加热到520℃，随后以5m/min的速率挤压，使得挤压出口温度约为550℃。所述铝合金挤压型材的规格为：壁厚为5mm，挤压比约为20，截面宽度为80mm，长度为16m。
作为本发明的另一具体实施方式，所述在线淬火工艺的成分如下：Si：～0.04wt.％，Fe：～0.13wt.％，Cu：0.1～1.1wt％0.17wt.％，Mn：～0.35wt.％，Mg：1.1～2.0wt.％，Cr：0.12wt.％，Zn：4.0～6.0wt％4.85wt.％，Ti：0.18wt.％，余量为Al。
所述铝合金挤压型材由下述方法制得：将铸锭加热到470℃，随后以5m/min的速率挤压，使得挤压出口温度约为510℃。所述铝合金挤压型材的规格为：壁厚为3mm，挤压比约为30，截面宽度为90mm，长度为16m。
本发明还提供一种铝合金挤压型材，其采用上述在线淬火工艺得到。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的分级淬火工艺可使高强铝合金挤压型材在确保合金性能的同时提高尺寸精度，进而提高合金成材率，降低生产成本，为生产高性能铝合金挤压型材提供技术保障。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种铝合金挤压型材的在线淬火工艺，包括：
铝合金挤压型材的成分设计为：Si：1.4wt.％，Fe：0.4wt.％，Cu：0.1wt.％，Mn：0.6wt.％，Mg：0.7wt.％，Cr：≤0.1wt.％，Zn：≤0.05wt.％，Ti：≤0.1wt.％，余量为Al，各成分重量百分比之和为100％。
挤压、在线淬火工艺的具体操作步骤如下：
将铸锭加热到520℃，随后以5m/min的速率挤压，使得挤压出口温度约为550℃；所得铝合金挤压型材尺寸：壁厚为5mm，挤压比约为20，截面宽度为80mm，长度为16m。
分级在线淬火处理工艺如下：
第一级慢速淬火，采用空冷方式，冷却速率约5℃/s，冷却至490℃；
第二级快速淬火，采用室温水淬火，冷却速率约50℃/s，冷却至170℃。
淬火完成后进行在线矫直，矫直拉伸量为1.0％。
所得挤压型材的力学性能和扭拧度检测结果见表1。
实施例2
本实施例提供一种铝合金挤压型材的在线淬火工艺，包括：
铝合金挤压型材的成分设计为：Si：0.04wt.％，Fe：0.13wt.％，Cu：0.17wt.％，Mn：0.35wt.％，Mg：1.12wt.％，Cr：0.12wt.％，Zn：4.85wt.％，Ti：0.18wt.％，余量为Al，各成分重量百分比之和为100％。
挤压、在线淬火工艺的具体操作步骤如下：
将铸锭加热到470℃，随后以5m/min的速率挤压，使得挤压出口温度约为510℃；所得铝合金挤压型材：壁厚为3mm，挤压比约为30，截面宽度为90mm，长度为16m。
分级在线淬火处理工艺如下：
第一级慢速淬火，采用空冷方式，冷却速率约5℃/s，冷却至470℃；
第二级快速淬火，采用室温水淬火，冷却速率约50℃/s，冷却至120℃。
淬火完成后，进行在线矫直，矫直拉伸量为1.2％。
所得挤压型材的力学性能和扭拧度检测结果见表1。
对比例1
采用实施例1的合金成分生产壁厚为5mm，挤压比约为20，截面宽度为80mm，长度为16m的挤压型材，同时挤压工艺也与实施例1相同。
在线淬火处理工艺为：采用立即在线室温水淬火，冷却时间30s，冷却至100℃。
淬火完成后进行在线矫直，在线矫直拉伸量为1.0％。
所得挤压型材的力学性能和扭拧度检测结果见表1。
对比例2
采用实施例1的合金成分生产壁厚为5mm，挤压比约为20，截面宽度为80mm，长度为16m的挤压型材，同时挤压工艺与实施例1相同。
在线淬火处理工艺为：采用立即在线强风冷淬火，冷却时间120s，冷却至60℃。
淬火完成后进行在线矫直，在线矫直拉伸量为1.0％。
所得挤压型材的力学性能和扭拧度检测结果见表1。
对比例3
采用实施例2的合金成分生产壁厚为3mm的挤压材，挤压比约为30，截面宽度为90mm，长度为16m的挤压型材，挤压工艺与实施例2相同。
在线淬火处理工艺为：采用立即在线室温水淬火，冷却时间30s，冷却至80℃。
淬火完成后进行在线矫直，在线矫直拉伸量为1.2％。
所得挤压型材的力学性能和扭拧度检测结果见表1。
对比例4
采用实施例2的合金成分生产壁厚为3mm的挤压材，挤压比约为30，截面宽度为90mm，长度为16m的挤压型材，挤压工艺与实施例2相同。
在线淬火处理工艺为：采用在线强风冷淬火，冷却时间120s，冷却至100℃。
淬火完成后进行在线矫直，在线矫直拉伸量为1.2％。
所得挤压型材的力学性能和扭拧度检测结果见表1。
表1实施例1～2和对比例1～4所得挤压型材的性能和尺寸精度
实施方式 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 扭拧度(mm/m)
实施例1 408 386 1.0
对比例1(室温水淬火) 415 393 2.5
对比例2(强风冷淬火) 367 339 0.8
实施例2 424 397 1.5
对比例3(室温水淬火) 435 408 3.0
对比例4(强风冷淬火) 353 318 1.0
从表1数据可以看出，本发明的实施例性能高于强风冷淬火的对比例，与水冷淬火的性能相差不大，而尺寸精度显著高于水冷淬火的挤压型材，达到了尺寸精度与性能的协同。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种铝合金挤压型材的在线淬火工艺，其特征在于，包括：第一级慢速淬火和第二级快速淬火；
所述第一级淬火的条件：冷却速率4-6℃/s，冷却温度至400-500℃；
所述第二级淬火的条件：冷却速率48-52℃/s，冷却温度至100-200℃。
2.根据权利要求1所述的在线淬火工艺，其特征在于，所述第一级淬火中，冷却温度至420-480℃。
3.根据权利要求1或2所述的在线淬火工艺，其特征在于，所述第一级淬火中，冷却速率为5℃/s。
4.根据权利要求1-3任一所述的在线淬火工艺，其特征在于，所述第二级淬火中，冷却温度至120-170℃。
5.根据权利要求1-4任一所述的在线淬火工艺，其特征在于，所述第二级淬火中，冷却速率优选为50℃/s。
6.根据权利要求1所述的在线淬火工艺，其特征在于，所述在线淬火工艺，包括：
所述第一级淬火的条件：冷却速率4-6℃/s，冷却温度至420-480℃；
第二级快速淬火的条件：冷却速率48-52℃/s，冷却温度至120-170℃。
7.根据权利要求1-6任一所述的在线淬火工艺，其特征在于，所述铝合金挤压型材选自2XXX系、6XXX系或7XXX系铝合金薄壁空心挤压型材。
8.一种铝合金挤压型材，其特征在于，采用权利要求1-7任一所述在线淬火工艺得到。
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