CN111440971A - 一种控制粗晶环的铝型材及其制造方法 - Google Patents

一种控制粗晶环的铝型材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制粗晶环的铝型材及其制造方法，其质量百分比组成如下：Si：0.50—0.55%，Fe：0.15%，Cu：0.01%，Mn：0.15‑0.25%，Mg：0.54‑0.62%，Cr：0.14‑0.2%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al；其中，Mn+Cr的质量百分比为：0.3‑0.42%；本发明技术方案中熔铸配料时，控制Mn+Cr含量在0.32%‑0.34%为好，铸锭组织控制为细小等轴晶可以有效的防止粗晶环生成；挤压式采用粗晶快速的挤压工艺，快速水冷，控制挤压比在10‑20之间，可以减少粗晶环的生成；淬火工艺根据棒材直径控制为520℃/30‑120min内，粗晶环不会加深，晶粒不会长粗。

Description

一种控制粗晶环的铝型材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金加工领域，特别是涉及一种控制粗晶环的铝型材及其制造方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，铝加工工业在国民经济中所占的地位越来越重要。铝及铝加工制品的应用越来越广泛，铝挤压型材不仅大量应用与建筑行业，目前更是向工业领域渗透，近年来在交通运输行业、石油天然气工业、机械、电子工业等民用领域以及航空航天、船舶、兵器等国防工业领域都得到了广泛应用。同时，对铝加工产品的质量要求也越来越高。
有些铝合金的挤压制品在固溶处理后的低倍试片上，沿制品周边形成粗大再结晶晶粒组织区，称为粗晶环。由于制品外形和加工方式不同，可形成环状、弧状及其他形式的粗晶环。粗晶环的深度同尾端向前端逐渐减小以至完全消失。形成机理是由热挤压后在制品表层形成的亚晶粒区，加热固溶处理后形成粗大的再结晶晶粒区。
粗晶环主要的产生原因：
1、挤压变形不均匀；
2、热处理温度过高，保温时间过长，使晶粒长大；
3、合金化学成分不合理；
4、挤压变形小或变形不充分，或处于临界变形范围，易产生粗晶环。
其中，6061铝合金产生粗晶环的主要原因是热挤压过程中铝合金组织不均匀变形，基体晶粒晶界界面能增加，产生新的再结晶晶核，晶核快速长大而形成粗晶环。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，通过合理的调整化学成分配比及铸造工艺流程，对粗晶环进行控制的一种控制粗晶环的铝型材及其制造方法。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种控制粗晶环的铝型材，其特征在于：其质量百分比组成如下：Si：0.50—0.55%，Fe：0.15%，Cu ：0.01%，Mn：0.15-0.25%，Mg：0.54-0.62%，Cr：0.14-0.2%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
进一步的，所述所述Mn+Cr的质量百分比为：0.3-0.42%。
进一步的，所述铝合金的质量百分比比如下所示：Si：0.52—0.54%，Fe：0.15%，Cu：0.01%，Mn：0.18-0.22%，Mg：0.58-0.6%，Cr：0.16-0.8%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
进一步的，所述Mn+Cr的质量百分比为：0.33-0.39%。
一种控制粗晶环的铝型材制造方法，其包括以下步骤：
步骤一、按照上述各组分质量百分比称取除Ti以外原料；
步骤二、将步骤一中的原料置于炉膛中加热至730-740℃并保持，待完全融化后，静置15-20min后得到铝液混合物；
步骤三、将铝液混合物的温度降至700℃时，加入精炼剂进行精炼；
步骤四、步骤三中精炼操作结束后静置20min，扒渣后，铝液混合物保持温度在730-740℃，在铸造设备前端的溜槽中加入Ti，然后采用同水平热顶铸造法，将上述铝液铸造挤压成铝棒；
步骤五、将步骤四中得到的铝棒进行均匀化处理，控制温度在510-520℃，保温10h，用常温水冷却1-5min后再炉内强风冷却，得到均匀化后的铝棒；
步骤六、按照粗晶快速的挤压工艺将挤压筒、挤压模具加热并保温；
步骤七、将步骤五中均匀化后的铝棒采用阶梯式加热方式进行铝棒加热处理，铝棒头端温度加热至510-515℃，尾端温度加热至520-525℃，加热时间为5-8min；
步骤八、待步骤七中加热过后的铝棒进行全部分阶梯加热后，以 0.7-0.9mm/s的速度按照粗晶快速的挤压工艺进行挤压，控制挤压比在10-20之间，得到铝型材；
步骤九、在铝型材挤压成型过程中，利用在线热淬火设备，对高温热挤压型材进行水冷淬火冷却，采用520℃/30-120min经由10m水冷淬火通道进行淬火冷却；
步骤十、在220℃下进行时效3h，时效完成后，采用强风冷却至80℃以下，自然冷却至室温即可。
进一步的，在步骤七中，挤压之前对铝棒进行扒皮，扒皮厚度4mm。
进一步的，在步骤八中，开始挤压时，前200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.2-0.4mm/s，而后制品完全从模具中挤出时，可均匀提速至最大速度，保证制品速度为2-2.5m/min，后200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.2-0.4mm/s。
本发明的积极有益效果是：
本发明技术方案中熔铸配料时，控制Mn+Cr含量在0.32%-0.34%为好，铸锭组织控制为细小等轴晶可以有效的防止粗晶环生成；挤压式采用粗晶快速的挤压工艺，快速水冷，控制挤压比在10-20之间，可以减少粗晶环的生成；淬火工艺根据棒材直径控制为520℃/30-120min内，粗晶环不会加深，晶粒不会长粗。
由于铸锭表面质量影响制品的表面质量和挤压缩尾的分布长度，铸锭表面不好，脏污可以流入制品内部，加大了缩尾长度，所以挤压产品的铸锭需要扒皮，保持表面清洁，以保证挤压产品的质量。
由于铸锭和挤压筒加热温度对金属流动性影响也很大，加热温度改变了金属的变形抗力，随挤压温度的提高，金属变形抗力降低，金属流动不均匀性加剧，在挤压过程中，如果挤压筒或模子温度过低，使铸锭外层金属变凉，也加剧了金属不均匀性的流动，使得挤压棒材的缩尾长度加长，为防止这种现象发生，在操作中在挤压过程中进行保温处理。
由于挤压速度过高，金属流动越快，金属流动不均匀性加剧，为防止这种现象发生，在操作中可采用终端减速的方法来控制缩尾长度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明：
实施例一
一种控制粗晶环的铝型材，其质量百分比组成如下：Si：0.50—0.55%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn：0.16%，Mg：0.54%，Cr：0.14%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
其中，Mn+Cr的质量百分比为：0.3%。
实施例二
一种控制粗晶环的铝型材，其质量百分比组成如下：Si：0.52—0.54%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn：0.15%，Mg：0.54%，Cr：0.15%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
其中，Mn+Cr的质量百分比为：0.3%。
实施例三
一种控制粗晶环的铝型材，其质量百分比组成如下：Si：0.52—0.54%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn：0.19%，Mg：0.54%，Cr：0.14%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
其中，Mn+Cr的质量百分比为：0.33%。
实施例四
一种控制粗晶环的铝型材，其质量百分比组成如下：Si：0.52—0.54%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn：0.18%、Mg：0.58%、Cr：0.16 %，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
其中，Mn+Cr的质量百分比为：0.34%。
实施例五
一种控制粗晶环的铝型材，其质量百分比组成如下：Si：0.52—0.54%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn：0.2%、Mg：0.59%、Cr：0.17 %，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
其中，Mn+Cr的质量百分比为：0.37%。
实施例六
一种控制粗晶环的铝型材，其质量百分比组成如下：Si：0.52—0.54%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn：0.22%、Mg：0.6%、Cr：0.18 %，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
其中，Mn+Cr的质量百分比为：0.40%。
实施例七
一种控制粗晶环的铝型材，其质量百分比组成如下：Si：0.52—0.54%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn： 0.25%，Mg： 0.62%，Cr： 0.17%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
其中，Mn+Cr的质量百分比为：0.42%。
实施例八
一种控制粗晶环的铝型材，其质量百分比组成如下：Si：0.52—0.54%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn： 0.22%，Mg： 0.62%，Cr： 0.2%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
其中，Mn+Cr的质量百分比为：0.42%。
实施例九
一种控制粗晶环的铝型材制造方法，其包括以下步骤：
步骤一、按照上述各组分质量百分比称取除Ti以外原料；
步骤二、将步骤一中的原料置于炉膛中加热至730℃并保持，待完全融化后，静置15min后得到铝液混合物；
步骤三、将铝液混合物的温度降至700℃时，加入精炼剂进行精炼；
步骤四、步骤三中精炼操作结束后静置20min，扒渣后，铝液混合物保持温度在730℃，在铸造设备前端的溜槽中加入Ti，然后采用同水平热顶铸造法，将上述铝液铸造挤压成铝棒；
步骤五、将步骤四中得到的铝棒进行均匀化处理，控制温度在510℃，保温10h，用常温水冷却1min后再炉内强风冷却，得到均匀化后的铝棒；
步骤六、按照粗晶快速的挤压工艺将挤压筒、挤压模具加热并保温；
步骤七、将步骤五中均匀化后的铝棒采用阶梯式加热方式进行铝棒加热处理，铝棒头端温度加热至510℃，尾端温度加热至520℃，加热时间为5min；
步骤八、待步骤七中加热过后的铝棒进行全部分阶梯加热后，以 0.7 mm/s的速度按照粗晶快速的挤压工艺进行挤压，控制挤压比在10之间，得到铝型材；
步骤九、在铝型材挤压成型过程中，利用在线热淬火设备，对高温热挤压型材进行水冷淬火冷却，采用520℃/30min经由10m水冷淬火通道进行淬火冷却；
步骤十、在220℃下进行时效3h，时效完成后，采用强风冷却至60℃，自然冷却至室温即可。
进一步的，在步骤七中，挤压之前对铝棒进行扒皮，扒皮厚度4mm。
进一步的，在步骤八中，开始挤压时，前200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.2mm/s，而后制品完全从模具中挤出时，可均匀提速至最大速度，保证制品速度为2m/min，后200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.2mm/s。
实施例十
一种控制粗晶环的铝型材制造方法，其包括以下步骤：
步骤一、按照上述各组分质量百分比称取除Ti以外原料；
步骤二、将步骤一中的原料置于炉膛中加热至740℃并保持，待完全融化后，静置20min后得到铝液混合物；
步骤三、将铝液混合物的温度降至700℃时，加入精炼剂进行精炼；
步骤四、步骤三中精炼操作结束后静置20min，扒渣后，铝液混合物保持温度在740℃，在铸造设备前端的溜槽中加入Ti，然后采用同水平热顶铸造法，将上述铝液铸造挤压成铝棒；
步骤五、将步骤四中得到的铝棒进行均匀化处理，控制温度在520℃，保温10h，用常温水冷却5min后再炉内强风冷却，得到均匀化后的铝棒；
步骤六、按照粗晶快速的挤压工艺将挤压筒、挤压模具加热并保温；
步骤七、将步骤五中均匀化后的铝棒采用阶梯式加热方式进行铝棒加热处理，铝棒头端温度加热至515℃，尾端温度加热至525℃，加热时间为8min；
步骤八、待步骤七中加热过后的铝棒进行全部分阶梯加热后，以0.9mm/s的速度按照粗晶快速的挤压工艺进行挤压，控制挤压比在20之间，得到铝型材；
步骤九、在铝型材挤压成型过程中，利用在线热淬火设备，对高温热挤压型材进行水冷淬火冷却，采用520℃/120min经由10m水冷淬火通道进行淬火冷却；
步骤十、在220℃下进行时效3h，时效完成后，采用强风冷却至80℃，自然冷却至室温即可。
进一步的，在步骤七中，挤压之前对铝棒进行扒皮，扒皮厚度4mm。
进一步的，在步骤八中，开始挤压时，前200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.4mm/s，而后制品完全从模具中挤出时，可均匀提速至最大速度，保证制品速度为2.5m/min，后200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.4mm/s。
实施例十一
一种控制粗晶环的铝型材制造方法，其包括以下步骤：
步骤一、按照上述各组分质量百分比称取除Ti以外原料；
步骤二、将步骤一中的原料置于炉膛中加热至735℃并保持，待完全融化后，静置18min后得到铝液混合物；
步骤三、将铝液混合物的温度降至700℃时，加入精炼剂进行精炼；
步骤四、步骤三中精炼操作结束后静置20min，扒渣后，铝液混合物保持温度在735℃，在铸造设备前端的溜槽中加入Ti，然后采用同水平热顶铸造法，将上述铝液铸造挤压成铝棒；
步骤五、将步骤四中得到的铝棒进行均匀化处理，控制温度在515℃，保温10h，用常温水冷却3min后再炉内强风冷却，得到均匀化后的铝棒；
步骤六、按照粗晶快速的挤压工艺将挤压筒、挤压模具加热并保温；
步骤七、将步骤五中均匀化后的铝棒采用阶梯式加热方式进行铝棒加热处理，铝棒头端温度加热至513℃，尾端温度加热至523℃，加热时间为6min；
步骤八、待步骤七中加热过后的铝棒进行全部分阶梯加热后，以 0.8mm/s的速度按照粗晶快速的挤压工艺进行挤压，控制挤压比在15之间，得到铝型材；
步骤九、在铝型材挤压成型过程中，利用在线热淬火设备，对高温热挤压型材进行水冷淬火冷却，采用520℃/60min经由10m水冷淬火通道进行淬火冷却；
步骤十、在220℃下进行时效3h，时效完成后，采用强风冷却至80℃以下，自然冷却至室温即可。
进一步的，在步骤七中，挤压之前对铝棒进行扒皮，扒皮厚度4mm。
进一步的，在步骤八中，开始挤压时，前200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.3mm/s，而后制品完全从模具中挤出时，可均匀提速至最大速度，保证制品速度为2.3m/min，后200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.3mm/s。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种控制粗晶环的铝型材，其特征在于，其质量百分比组成如下：Si：0.50—0.55%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn：0.15-0.25%，Mg：0.54-0.62%，Cr：0.14-0.2%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种控制粗晶环的铝型材，其特征在于，所述所述Mn+Cr的质量百分比为：0.3-0.42%。
3.根据权利要求1所述的一种控制粗晶环的铝型材，其特征在于，所述铝合金的质量百分比比如下所示：Si：0.52—0.54%，Fe ：0.15%，Cu ：0.01%，Mn：0.18-0.22%，Mg：0.58-0.6%，Cr：0.16-0.8%，Zn：0.01%，Ti：0.02%，其他杂质元素总含量≤0.15份，余量为Al。
4.根据权利要求3所述的一种控制粗晶环的铝型材，其特征在于，所述所述Mn+Cr的质量百分比为：0.33-0.39%。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种控制粗晶环的铝型材制造方法，其包括以下步骤
步骤一、按照上述各组分质量百分比称取除Ti以外原料；
步骤二、将步骤一中的原料置于炉膛中加热至730-740℃并保持，待完全融化后，静置15-20min后得到铝液混合物；
步骤三、将铝液混合物的温度降至700℃时，加入精炼剂进行精炼；
步骤四、步骤三中精炼操作结束后静置20min，扒渣后，铝液混合物保持温度在730-740℃，在铸造设备前端的溜槽中加入Ti，然后采用同水平热顶铸造法，将上述铝液铸造挤压成铝棒；
步骤五、将步骤四中得到的铝棒进行均匀化处理，控制温度在510-520℃，保温10h，用常温水冷却1-5min后再炉内强风冷却，得到均匀化后的铝棒；
步骤六、按照粗晶快速的挤压工艺将挤压筒、挤压模具加热并保温；
步骤七、将步骤五中均匀化后的铝棒采用阶梯式加热方式进行铝棒加热处理，铝棒头端温度加热至510-515℃，尾端温度加热至520-525℃，加热时间为5-8min；
步骤八、待步骤七中加热过后的铝棒进行全部分阶梯加热后，以 0.7-0.9mm/s的速度按照粗晶快速的挤压工艺进行挤压，控制挤压比在10-20之间，得到铝型材；
步骤九、在铝型材挤压成型过程中，利用在线热淬火设备，对高温热挤压型材进行水冷淬火冷却，采用520℃/30-120min经由10m水冷淬火通道进行淬火冷却；
步骤十、在220℃下进行时效3h，时效完成后，采用强风冷却至80℃以下，自然冷却至室温即可。
6.根据权利要求5所述的一种控制粗晶环的铝型材制造方法，其特征在于，在步骤七中，挤压之前对铝棒进行扒皮，扒皮厚度4mm。
7.根据权利要求5所述的一种控制粗晶环的铝型材制造方法，其特征在于，在步骤八中，开始挤压时，前200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.2-0.4mm/s，而后制品完全从模具中挤出时，可均匀提速至最大速度，保证制品速度为2-2.5m/min，后200mm长度速度不宜过快，一般挤压速度为0.2-0.4mm/s。
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