CN111636015A - 一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，包括以下步骤：1)按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.80～0.90％，Fe：0.35～0.45％，Cu：0.50～0.60％，Mn：0.15～0.20％，Mg：0.75～0.85％，Cr：0.15～0.20％，Ti：0.01～0.03％，Zr：0.15～0.20％，单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.15％，余量为Al；将配制好的铝合金原料溶解、铸造为铝合金铸锭；2)将铸造后的铝合金铸锭在520～530℃下均质化处理一段时间后升温至550～560℃继续均质化处理一段时间，均质处理后冷却；3)刷棒或剥皮处理；4)挤压，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行头中尾分段加热，然后放入挤压机的挤压筒中进行挤压；5)矫正；6)时效处理。利用本发明制得的铝合金挤压型材，其焊后性能超过5系焊接材料且强度大。

Description

一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺
技术领域
本发明涉及铝型材加工制造技术领域，尤其涉及一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺。
背景技术
随着铝型材应用的发展，高强度的铝合金材料开发越来越多。现有技术中，基本上都是使用过量合金元素添加的办法来提高铝合金的强度，但是这种方法在提升合金强度的同时，会导致其可挤压性能持续下降。这也造成如果不使用低温挤压配合离线固溶的方式，很多高强度的铝合金型材是无法生产的。但是因为离线淬火操作的成本高难度较大，且容易造成型材变形，很多复杂断面的型材无法使用此种高强度材料进行挤压成型，或者成型后无法达到设计性能强度。所以开发一种具备高强度，同时也适合进行在线淬火挤压生产的铝合金是非常重要的，这样能显著降低生产成本，同时还能达到很多结构强度设计的需求。
而且对铝合金而言，如何提升焊接性能也是关键点。就非热处理合金而言，虽然焊接对其性能影响不大，但因为没有足够的强化相，导致屈服强度很难进行提升，无法达到设计要求。对热处理合金而言，因为其强化相析出状态基本关联材料温度，当焊接造成局部温度上升时容易导致局部析出相粗化长大伴随晶粒长大，导致焊接位置性能迅速下降。所以对热处理合金，如果要提升焊接性能，必须考虑两点，第一是尽量细化晶粒并保证足够的钉扎相减少焊接造成的晶粒长大影响性能，第二是降低合金化程度，因为越多的合金成份混入会导致局部高温状态时的析出粗化越剧烈，同时也会提升材料的淬火敏感性，造成焊接后冷却过程的二次析出进一步降低材料性能。
所以现阶段研究一种具备高强度同时易焊接的铝合金型材是非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度高且焊接处材料性能影响小的铝合金型材加工工艺。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)制备铝合金铸锭，按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.80～0.90％，Fe：0.35～0.45％，Cu：0.50～0.60％，Mn：0.15～0.20％，Mg：0.75～0.85％，Cr：0.15～0.20％，Ti：0.01～0.03％，Zr：0.15～0.20％，单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.15％，余量为Al；将配制好的铝合金原料溶解、铸造为铝合金铸锭；2)两次均质，将铸造后的铝合金铸锭在520～530℃下均质化处理一段时间后升温至550～560℃继续均质化处理一段时间，均质处理后冷却；3)刷棒或剥皮处理，对均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理，去除表面偏析层杂质；4)挤压，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行头中尾分段加热，温度分别为棒头温度520～550℃、棒中温度490～520℃、棒尾温度470～500℃，然后放入挤压机的挤压筒中进行挤压；5)矫正，挤压型材产品冷却后进行矫正，矫正量0.5-1.5％；6)时效处理，将挤压型材产品进行人工时效处理。
更为优选的是，在步骤1)制备铝合金铸锭步骤中，铝合金铸锭的制造过程为：将铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，添加完后使用电磁搅拌设备搅拌均匀，再使用精炼剂进行精炼除气后静置30～60分钟沉淀杂质，然后通过40～60目陶瓷过滤板过滤铝液中剩余杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。
更为优选的是，在步骤2)两次均质步骤中，两次均质的时长分别为：在520～530℃下均质化处理10-12h，在550～560℃下均质化处理4-6h。
更为优选的是，在步骤2)两次均质步骤中，第二次均质后的冷却方式为使用风冷的方式冷却。
更为优选的是，在步骤4)挤压步骤中，产品的挤出速度为5～15m/min。
更为优选的是，在步骤4)挤压步骤中，挤压盛锭筒温度控制在430～450℃。
更为优选的是，在步骤6)时效处理步骤中，时效温度为180-190℃，时效保温时间为8-12h。
本发明的有益效果是：
经实际测试，本发明提供的一种高强度易焊接铝合金型材，其性能指标为：抗拉强度大于380Mpa，屈服强度大于360Mpa，断后延伸率大于8％，MIG焊接后焊接位置抗拉强度大于320Mpa，屈服强度大于305Mpa，断后延伸率大于5％。焊后性能超过5系焊接材料，能够用于交通运输、汽车轻量化、集装箱等既需要材料本身强度又需要良好挤压性能提供结构强度，还需要良好焊接性能的领域，具备很大的应用价值。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备铝合金铸锭，按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.80～0.90％，Fe：0.35～0.45％，Cu：0.50～0.60％，Mn：0.15～0.20％，Mg：0.75～0.85％，Cr：0.15～0.20％，Ti：0.01～0.03％，Zr：0.15～0.20％，单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.15％，余量为Al。将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，添加完后使用电磁搅拌设备搅拌均匀，再使用精炼剂进行精炼除气后静置30～60分钟沉淀杂质，然后通过40～60目陶瓷过滤板过滤铝液中剩余杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。
与现有的6系高强铝合金配方相比，本实施例额外添加了特定含量的Cu，这样能形成Q’强化相，相较一般MgSi高强β“相，含Cu的Q’相在高温状态下的粗化转变速度更慢，而且即使转化为Q相，也较β“相转化的β相有更高的强度，这样在焊接过程中损失的性能更少。另外，通过添加一般作为杂质元素的Fe元素，促进挤压后型材时效时Q’相的析出，从而提升强度，还能促进DO22-AlZr3相的弥散分布，取得更好的细化晶粒的效果，从而提升材料性能并且大大提升焊接性能。
本实施例中，通过添加特定含量的Mn、Cr，能与Fe、Si结合形成弥散相钉扎晶界细化晶粒；添加特定含量的Zr，可形成DO22-AlZr3弥散相，细化晶粒，避免焊接过程晶粒长大，同时也能促进Q’相的析出。
2)将铸造后的铝合金铸锭在520～530℃下均质化处理10-12h后升温至550～560℃继续均质4-6h，均质处理后使用风冷的方式冷却，双级均质处理的目的是通过一级均质先确保相基本融入基体，使其不会在高温时熔化形成过烧缺陷，再通过高温均质确保Fe相球化完全，减小针状相对导热性能的影响，消除铸锭的微观偏析，使晶体内部各种溶质元素均匀分布。
3)将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理，目的是为了避免表面偏析层杂质在挤压过程中卷入造成型材影响性能。
4)将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行头中尾分段加热，温度分别为棒头温度520～550℃、棒中温度490～520℃、棒尾温度470～500℃，然后放入挤压机的挤压筒中进行挤压。因为此合金挤压变形抗力仍较大，在挤压过程有大量能量产生，会导致模具内型材温升较大。
本实施例中，使用较大的头尾温差进行挤压，可保证等温效果，避免型材出现拖烂等缺陷。本实施例中，产品的挤出速度为5～15m/min，挤压盛锭筒温度控制在430～450℃，目的是减少铸锭表面偏析层杂质在挤压过程中的卷入，同时减少铝棒在盛锭筒内的失温；挤压后使用过水冷却的方式，因为合金内Mn、Cr均会加大淬火敏感性，必须保证足够的冷却速度才能减少相的析出。
5)挤压型材产品冷却后进行矫正，矫正量0.5-1.5％。矫正量必须控制，避免过小矫直量无法释放型材内部内应力，同时也避免矫直长度过长造成尺寸变化过大。
6)将挤压型材进行人工时效处理，时效温度为180-190℃，时效保温时间为8-12h。
经实际测试，本实施例提供的一种高强度易焊接铝合金型材，其性能指标为：抗拉强度大于380Mpa，屈服强度大于360Mpa，断后延伸率大于8％，MIG焊接后焊接位置抗拉强度大于320Mpa，屈服强度大于305Mpa，断后延伸率大于5％。焊后性能超过5系焊接材料，能够用于交通运输、汽车轻量化、集装箱等既需要材料本身强度又需要良好挤压性能提供结构强度，还需要良好焊接性能的领域，具备很大的应用价值。
通过上述描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (7)

1.一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备铝合金铸锭，按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.80～0.90％，Fe：0.35～0.45％，Cu：0.50～0.60％，Mn：0.15～0.20％，Mg：0.75～0.85％，Cr：0.15～0.20％，Ti：0.01～0.03％，Zr：0.15～0.20％，单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.15％，余量为Al；将配制好的铝合金原料溶解、铸造为铝合金铸锭；
2)两次均质，将铸造后的铝合金铸锭在520～530℃下均质化处理一段时间后升温至550～560℃继续均质化处理一段时间，均质处理后冷却；
3)刷棒或剥皮处理，对均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理，去除表面偏析层杂质；
4)挤压，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行头中尾分段加热，温度分别为棒头温度520～550℃、棒中温度490～520℃、棒尾温度470～500℃，然后放入挤压机的挤压筒中进行挤压；
5)矫正，挤压型材产品冷却后进行矫正，矫正量0.5-1.5％；
6)时效处理，将挤压型材产品进行人工时效处理。
2.根据权利要求1所述的一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在步骤1)制备铝合金铸锭步骤中，铝合金铸锭的制造过程为：将铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，添加完后使用电磁搅拌设备搅拌均匀，再使用精炼剂进行精炼除气后静置30～60分钟沉淀杂质，然后通过40～60目陶瓷过滤板过滤铝液中剩余杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。
3.根据权利要求1所述的一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在步骤2)两次均质步骤中，两次均质的时长分别为：在520～530℃下均质化处理10-12h，在550～560℃下均质化处理4-6h。
4.根据权利要求1所述的一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在步骤2)两次均质步骤中，第二次均质后的冷却方式为使用风冷的方式冷却。
5.根据权利要求1所述的一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在步骤4)挤压步骤中，产品的挤出速度为5～15m/min。
6.根据权利要求1所述的一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在步骤4)挤压步骤中，挤压盛锭筒温度控制在430～450℃。
7.根据权利要求1所述的一种高强度易焊接铝合金型材的加工工艺，其特征在于，在步骤6)时效处理步骤中，时效温度为180-190℃，时效保温时间为8-12h。
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