CN111471902A - 一种高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金板材制造技术领域，涉及一种高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法，铝合金原料按照重量百分比进行配料，即Si：1.0～1.1％、Fe：0.15～0.25％、Cu：0.06～0.08％、Mn：0.5～0.6％、Mg：1.0～1.1％、Cr≤0.1％、Ni≤0.05％、Zn≤0.1％、Ti：0.02～0.04％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al，熔铸工艺中将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，经扒渣、初次过滤后将液态铝合金从熔炼炉导入精炼炉，精炼炉精炼除气除渣后铝液经PDBF二次过滤，将铝液铸造成铝合金铸锭，解决了现有6082铝合金合金成分范围宽泛，生产较薄板材时力学性能不稳定，屈强比低的问题。

Description

一种高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法
技术领域
本发明属于铝合金板材制造技术领域，涉及一种高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法，尤其涉及一种厚度为4-12mm的高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法。
背景技术
6xxx系合金是变形铝合金中最重要的压力加工合金，是以镁和硅为主要合金元素的铝合金，其主要强化相是镁和硅形成的金属间化合物Mg2Si，属于可热处理强化的铝合金。6xxx系合金具有中等强度，良好的塑性，优良的焊接性和耐腐蚀性，以及无应力腐蚀开裂倾向。因此，6xxx系合金是世界上应用最为广泛的铝合金。6082铝合金是6xxx合金中的主要合金成员，6082属Al-Mg-Si系热处理可强化铝合金，因其具有良好的成形性和可加工性能而广泛应用于轨道交通领域。
目前，使用普通的化学成分配方生产6082铝合金板材，尤其是厚度4-12mm的板材时，即使后续热处理工艺完全固定，不同批次产品的力学性能也不稳定，甚至出现低于行业标准不得不报废的情况。其主要原因是：1、现有技术对主要合金元素如：Mg、Si、Cu、Cr、Mn等规定范围宽泛，缺乏精准的实际指导意义。2、在熔铸阶段过滤方式采用CFF陶瓷过滤板板式过滤，金属铝液流经过滤箱体时，杂质过滤效果受不同PPI值的过滤板限制，过滤效果不突出。铸造过程中会形成粗大的不溶相，产生偏聚使成分不均匀。这类不溶相在后续的热处理过程中难以重新回溶，经过轧制后沿轧制方向分布，最终导致成品性能不均匀及性能不佳的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有6082铝合金合金成分范围宽泛，生产较薄板材时力学性能不稳定，屈强比低的问题，提供一种高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法。
为达到上述目的，本发明提供一种高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法，包括以下步骤：
A、配料：将6082铝合金板材的原料按照重量百分比配料，即Si：1.0～1.1％、Fe：0.15～0.25％、Cu：0.06～0.08％、Mn：0.5～0.6％、Mg：1.0～1.1％、Cr≤0.1％、Ni≤0.05％、Zn≤0.1％、Ti：0.02～0.04％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，经扒渣、初次过滤后将液态铝合金从熔炼炉导入精炼炉，精炼炉精炼除气除渣后铝液经PDBF二次过滤，将铝液铸造成铝合金铸锭，其中PDBF二次过滤采用精确校准的氧化铝球和氧化铝砂砾作为过滤介质，PDBF二次过滤所使用的过滤箱包括6层过滤介质，从底部到顶部依次为35mm厚的3/4氧化铝球和1/4氧化铝砂砾混合物、100mm厚的5～10mm氧化铝网格砂砾、35mm厚的3～6mm氧化铝网格砂砾、35mm厚的1～2mm氧化铝网格砂砾、260mm厚的3～6mm氧化铝网格砂砾以及35mm厚的3/4氧化铝球和1/4氧化铝砂砾混合物；
C、锯切铣面：将熔铸后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
D、均匀化：将锯切铣面后的铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至530～565℃，保温6～12h，随后冷却至480～520℃，保温2～18h；
E、热轧：将均匀化后的铝合金铸锭出炉热轧至成品厚度卷材，热轧终轧温度为310±10℃，热轧后的卷材经横切剪成板材；
F、固溶淬火：将横切后的铝合金板材进行固溶淬火处理，固溶温度为535～565℃，保温时间为15～60min，保温结束后淬火出炉；
G、拉伸矫直：将固溶淬火后铝合金板材水冷至室温后进行拉伸矫直，拉伸率为1.7～2.4％；
H、时效：将拉伸矫直后的铝合金板材进行时效处理，时效温度为160～180℃，保温时间为8～15h；
I、检验：将时效后铝合金板材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。
进一步，步骤B中初次过滤采用CFF陶瓷过滤板板式过滤，精炼炉中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min。
进一步，步骤B中铝液起铸前要保证过滤箱(包含入/出口)不留有任何残铝及杂物，严禁使用水或者其他液体对箱体降温，采用刮/翘的轻柔方式，把铝从内衬上清理下来，保证内衬表面光滑，过滤箱内衬涂刷涂料前必须打磨清理干净；涂料涂刷要均匀，由于使用深床过滤箱，铝液温度必须控制在695～735℃。
进一步，步骤B中铝液导入精炼炉后在720～745℃进行铝液精炼，精炼时间为20～45min。
进一步，步骤F固溶淬火后的铝合金板材强风冷却至50℃后出炉。
进一步，步骤G铝合金板材拉伸过程在24h内完成。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的6082铝合金板材加工方法，通过控制化学元素含量，获得高性能的6082产品，并使性能保持稳定。本发明中规定的各合金元素范围窗口较窄，铸造过程中工艺要求更严，实际生产中目标明确，使得不同批次的产品性能更加稳定，在元素配方上，通过降低Fe、Mn、Cr合金元素含量，减少这类元素对Si元素的消耗，降低AlMnFeSi相对性能的不利影响。通过提高Cu元素含量，促进强化相的形成及弥散分布，从而使性能显著提高。
2、本发明所公开的6082铝合金板材加工方法，熔铸过程中通过增加PDBF过滤，采用精确校准的氧化铝球和氧化铝砂砾作为过滤介质，当金属铝液流经过滤箱体时，杂质会被留在过滤层时金属铝液得到净化。对于大于10μm的杂质过滤效果达到95％，提高过滤效果。通过提高过滤效果可以优化板材显微组织结构，细化晶粒。不仅能大幅度提高材料强度，而且铝合金板材拉伸/折弯后出现橘皮的情况得到极大改善。
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(a)为现有技术6082铝合金板材加工方法中熔铸工艺流程图；
图1(b)为本发明高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法中熔铸工艺流程图；
图2(a)为实施例1制备的铝合金板材90°折弯效果图；
图2(b)为对比例1制备的铝合金板材90°折弯效果图；
图3(a)为实施例1制备的铝合金板材180°折弯效果图；
图3(b)为对比例1制备的铝合金板材180°折弯效果图；
图4(a)为实施例1制备的铝合金板材显微组织图；
图4(b)为对比例1制备的铝合金板材显微组织图。
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
如图1(a)所示的一种高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法，包括以下步骤：
A、配料：将6082铝合金板材的原料按照重量百分比配料，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 Ni Zn Ti 杂质 Al
含量 1.037 0.176 0.072 0.579 1.057 0.044 0.004 0.013 0.027 0.05 余量
B、熔铸：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，经扒渣、初次过滤后将液态铝合金从熔炼炉导入精炼炉，铝液导入精炼炉后在720～745℃进行铝液精炼，精炼时间为20～45min，精炼炉精炼除气除渣后铝液经PDBF二次过滤，将铝液铸造成铝合金铸锭，其中初次过滤采用CFF陶瓷过滤板板式过滤，精炼炉中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min；PDBF二次过滤采用精确校准的氧化铝球和氧化铝砂砾作为过滤介质，PDBF二次过滤所使用的过滤箱包括6层过滤介质，为了提高过滤能力，PDBF过滤介质的填充方式如下进行：
层数 厚度/mm 介质
顶层 35mm 3/4氧化铝球和1/4氧化铝砂砾混合物
五层 260mm 3-6mm氧化铝网格砂砾
四层 35mm 1-2mm氧化铝网格砂砾
三层 35mm 3-6mm氧化铝网格砂砾
二层 100mm 5-10mm氧化铝网格砂砾
底层 35mm 3/4氧化铝球和1/4氧化铝砂砾混合物
铝液起铸前要保证过滤箱(包含入/出口)不留有任何残铝及杂物，严禁使用水或者其他液体对箱体降温，采用刮/翘的轻柔方式，把铝从内衬上清理下来，保证内衬表面光滑，过滤箱内衬涂刷涂料前必须打磨清理干净；涂料涂刷要均匀，此外由于使用深床过滤箱，铝液温度必须控制在695～735℃。铝液起铸时，确保电磁搅拌落下，行走到检修位，铸造机结晶器与引锭头合模就位。分流袋、分流槽、流槽挡板、流槽激光、铝液液位控制器安装就位。铸造长300mm以内打净流槽及结晶器内浮渣，铸造时勤观察PDBF过滤箱状况，如有异常，停止铸造，确保一切正常的前提下完成铸造过程。
C、锯切铣面：将熔铸后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
D、均匀化：将锯切铣面后的铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至560℃，保温8h，随后冷却至500℃，保温2h；
E、热轧：将均匀化后的铝合金铸锭出炉热轧至成品厚度卷材，热轧终轧温度为310±10℃，热轧后的卷材经横切剪成板材；
F、固溶淬火：将横切后的铝合金板材进行固溶淬火处理，固溶温度为560℃，加热时间15min，保温时间30min，共计时间45min，保温结束后淬火出炉，固溶淬火后的铝合金板材强风冷却至50℃后出炉；
G、拉伸矫直：将固溶淬火后铝合金板材水冷至室温后进行拉伸矫直，拉伸率为2.0％，铝合金板材拉伸过程在24h内完成；
H、时效：将拉伸矫直后的铝合金板材进行时效处理，时效温度为170℃，保温时间为12h；
I、检验：将时效后铝合金板材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中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 Ni Zn Ti 杂质 Al
含量 1.077 0.203 0.066 0.551 1.039 0.065 0.004 0.009 0.022 0.05 余量
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，步骤A中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 Ni Zn Ti 杂质 Al
含量 1.089 0.185 0.07 0.552 1.087 0.039 0.007 0.007 0.026 0.05 余量
对比例1
如图1(b)所示的6082铝合金板材加工方法，对比例1与实施例1的区别在于，步骤A中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 Ni Zn Ti 杂质 Al
含量 1.126 0.293 0.014 0.736 1.018 0.208 0.005 0.015 0.002 0.05 余量
步骤B将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，经扒渣、过滤后将铝液铸造成铝合金铸锭。
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于，步骤A中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 Ni Zn Ti 杂质 Al
含量 1.125 0.275 0.012 0.764 1.013 0.206 0.004 0.015 0.023 0.05 余量
对比例3
对比例3与对比例1的区别在于，步骤A中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 Ni Zn Ti 杂质 Al
含量 1.114 0.286 0.011 0.775 1.008 0.199 0.004 0.02 0.016 0.05 余量
对实施例1～3与对比例1～3不同元素配方制备的5mm厚6082-T651铝合金板材进行力学性能测试，试验结果如表1所示：
表1
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 屈强比
EN485GB/T3880 ≥310 ≥260 ≥10
实施例1 327 314 13 0.96
实施例2 333 307 11.1 0.92
实施例3 335 323 10.7 0.96
对比例1 310 272 13.5 0.87
对比例2 314 284 11.4 0.9
对比例3 304 271 10.5 0.89
通过折弯实验，经过PDBF过滤的板材折弯性能优于普通产品。
图2(a)为实施例1制备的铝合金板材90°折弯效果图，铝合金板材90°折弯表面完好无裂纹；图2(b)为对比例1制备的铝合金板材90°折弯效果图，铝合金板材90°折弯表面无裂纹但有橘皮；图3(a)为实施例1制备的铝合金板材180°折弯效果图，铝合金板材90°折弯表面完好无裂纹；图3(b)为对比例1制备的铝合金板材180°折弯效果图，铝合金板材90°折弯表面无裂纹但有轻微橘皮。
图4(a)为实施例1制备的铝合金板材显微组织图，测量网格长度为5250.57μm，晶粒截距的平均值为38.05μm，网格上的截点数为138μm，平均晶粒度级别数为6.14；图4(b)为对比例1制备的铝合金板材显微组织图，测量网格长度为5250.57μm，晶粒截距的平均值为69.09μm，网格上的截点数为76μm，平均晶粒度级别数为4.42。
从表1和折弯实验(图2、图3)及金相显微组织(图4)可以看出，实施例相对于对比例，通过控制化学元素成分以及在熔铸工艺中增加PDBF二次过滤的方式优化铸锭，获得显微组织更为均匀，最终提高了产品力学性能，获得了更高屈强比的6082产品，并且使力学性能保持稳定，对高端产品有了更强的品质保障，满足客户需求。
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 (6)

1.一种高性能轨道交通用6082铝合金板材加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、配料：将6082铝合金板材的原料按照重量百分比配料，即Si：1.0～1.1％、Fe：0.15～0.25％、Cu：0.06～0.08％、Mn：0.5～0.6％、Mg：1.0～1.1％、Cr≤0.1％、Ni≤0.05％、Zn≤0.1％、Ti：0.02～0.04％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，经扒渣、初次过滤后将液态铝合金从熔炼炉导入精炼炉，精炼炉精炼除气除渣后铝液经PDBF二次过滤，将铝液铸造成铝合金铸锭，其中PDBF二次过滤采用精确校准的氧化铝球和氧化铝砂砾作为过滤介质，PDBF二次过滤所使用的过滤箱包括6层过滤介质，从底部到顶部依次为35mm厚的3/4氧化铝球和1/4氧化铝砂砾混合物、100mm厚的5～10mm氧化铝网格砂砾、35mm厚的3～6mm氧化铝网格砂砾、35mm厚的1～2mm氧化铝网格砂砾、260mm厚的3～6mm氧化铝网格砂砾以及35mm厚的3/4氧化铝球和1/4氧化铝砂砾混合物；
C、锯切铣面：将熔铸后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
D、均匀化：将锯切铣面后的铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至530～565℃，保温6～12h，随后冷却至480～520℃，保温2～18h；
E、热轧：将均匀化后的铝合金铸锭出炉热轧至成品厚度卷材，热轧终轧温度为310±10℃，热轧后的卷材经横切剪成板材；
F、固溶淬火：将横切后的铝合金板材进行固溶淬火处理，固溶温度为535～565℃，保温时间为15～60min，保温结束后淬火出炉；
G、拉伸矫直：将固溶淬火后铝合金板材水冷至室温后进行拉伸矫直，拉伸率为1.7～2.4％；
H、时效：将拉伸矫直后的铝合金板材进行时效处理，时效温度为160～180℃，保温时间为8～15h；
I、检验：将时效后铝合金板材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。
2.如权利要求1所述的6082铝合金板材加工方法，其特征在于，步骤B中初次过滤采用CFF陶瓷过滤板板式过滤，精炼炉中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min。
3.如权利要求2所述的6082铝合金板材加工方法，其特征在于，步骤B中铝液起铸前要保证过滤箱(包含入/出口)不留有任何残铝及杂物，严禁使用水或者其他液体对箱体降温，采用刮/翘的轻柔方式，把铝从内衬上清理下来，保证内衬表面光滑，过滤箱内衬涂刷涂料前必须打磨清理干净；涂料涂刷要均匀，由于使用深床过滤箱，铝液温度必须控制在695～735℃。
4.如权利要求3所述的6082铝合金板材加工方法，其特征在于，步骤B中铝液导入精炼炉后在720～745℃进行铝液精炼，精炼时间为20～45min。
5.如权利要求4所述的6082铝合金板材加工方法，其特征在于，步骤F固溶淬火后的铝合金板材强风冷却至50℃后出炉。
6.如权利要求5所述的6082铝合金板材加工方法，其特征在于，步骤G铝合金板材拉伸过程在24h内完成。
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