CN111636019B - 一种减少铝合金棒材表面气泡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金热处理技术领域，涉及一种减少铝合金棒材表面气泡的方法，挤压工序中将均匀化后的铝合金铸锭置于挤压机进行挤压墩粗，其中主剪刀与模具座间隙为20μm～40μm，主剪刀的上部开设有夹角为90～135°的L型缺口，铝合金铸锭棒径与挤压筒内径差值为6mm～8mm，铝合金铸锭长度与挤压筒长度比值为0.8，挤压筒的挤压比为10～25，铝合金铸锭头尾部温度为450±10℃，中间铸锭加热温度为500±10℃，挤压墩粗次数为2次，首次墩粗压力设定为40％×F突破压力，二次墩粗压力设定为65％×F突破压力，挤压机为18MN～75MN单动正向挤压机，解决了现有工艺制备的多孔铝合金棒材表面气泡占比高，导致废品率高，人力物力成本高的问题。

Description

一种减少铝合金棒材表面气泡的方法
技术领域
本发明属于铝合金热处理技术领域，涉及一种减少铝合金棒材表面气泡的方法，尤其涉及一种减少通过多孔模具挤压后的铝合金棒材表面气泡的方法。
背景技术
铝合金材料比重小、比强度高、耐腐蚀性好，具有良好的成形性能、力学性能、物理性能以及工艺性能，广泛应用在汽车制造、交通运输及航空航天领域。铝合金制品制备过程中的固溶处理是非常重要的热处理工序，按照使用要求，铝合金挤压铸件大都需进行固溶处理，即淬火。适当的固溶处理可为后续时效处理打下较好的基础，促进时效合金形成细小弥散的析出相，从而获得较好的强化效果，使制品具有良好的力学性能。
铝合金挤压铸件一般是由铝合金铸棒挤压而成，铝合金铸棒在挤压过程中会有气体和挥发性的涂料夹杂进入挤压筒或模具腔中，若气体及涂料挥发的烟气来不及排出，会在随后的高压凝固时被封闭压缩在挤压金属中。在常温条件下，这些被卷入的气体和涂料夹渣在挤压件中是不易觉察的，但是当这些挤压件进行固溶处理或高温加热时，基体金属会大幅度软化，而被封闭压缩其中的气体及未挥发的油脂水气会急剧挥发和膨胀，使挤压件的该部位产生气泡，即为热处理“气泡”，这些气泡大小不一，多呈密集分布。另外，在固溶热处理过程中，若热处理温度过高，保温时间过长，炉内气氛湿度大，会导致在铝合金挤压件表面聚集大量的高温水蒸气，水蒸气会在挤压件表面缺陷处进入基体金属表层，最终形成新的气泡。热处理过程中产生的气泡会直接影响到挤压件表面质量，也会降低制品的力学性能及抗腐蚀性能，最终导致产生较多废品，生产效率低下、生产能耗高。
目前多孔挤压比较小的铝合金棒材产品，在挤压生产过程中模具两孔压出产品四周出现连续点状、或间断片状气泡，气泡出现的位多数为挤压铸锭接头处或是挤压产品的中期阶段，现有产品挤压生产工艺铸锭加热温度为480-500℃，铸锭头端温度略高于铸锭尾端温度10℃，挤压铸锭与挤压筒径比设定在1.06，主剪刀片与模具座的间隙设定为50-70μm，挤压残料厚度设定值为30-50mm，挤压墩粗为一次墩粗，且墩粗压力设定为7MN，铸锭长度与挤压筒长度比值为0.8，利用现有挤压生产过程参数控制挤压产品的产品表面气泡占比为11％，每个班组连续生产12h产出的废品率为16％左右，较高的废品率大大降低了企业产能及工作效率。表面气泡的出现同时大大增加了现场操作人员、质检人员的工作量，耗费大量的人力、物力。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有工艺制备的多孔铝合金棒材表面气泡占比高，导致废品率高，人力物力成本高的问题，提供一种减少铝合金棒材表面气泡的方法。
为达到上述目的，本发明提供一种减少铝合金棒材表面气泡的方法，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金棒材的原料按照重量百分比进行配料，即Si：0.2～1.3％、Fe：≤0.3％，Cu：≤0.10％，Mn：≤0.30％～1.0％，Mg：0.45％～1.2％，Zn：≤0.20％，Ti：≤0.02％、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加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过搅拌、扒渣、除气除渣、细化工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、挤压墩粗：将均匀化后的铝合金铸锭置于挤压机进行挤压墩粗，其中主剪刀与模具座间隙为20μm～40μm，主剪刀的上部开设有夹角为90～135°的L型缺口，铝合金铸锭棒径与挤压筒内径差值为6mm～8mm，铝合金铸锭长度与挤压筒长度比值为0.8，挤压筒的挤压比为10～25，铝合金铸锭头尾部温度为450±10℃，中间铸锭加热温度为500±10℃，挤压墩粗次数为2次，首次墩粗压力设定为40％×F突破压力，二次墩粗压力设定为65％×F突破压力，挤压机为18MN～75MN单动正向挤压机；
E、固溶：将挤压后的铝合金棒材进行固溶淬火处理；
F、预拉伸：将固溶后的铝合金棒材置于拉伸矫直机进行拉伸矫直；
G、时效：将拉伸后的铝合金棒材进行时效热处理；
H、将时效后铝合金棒材进行表面质量、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中铝合金铸锭规格为φ30～φ60。
进一步，步骤B铝合金原料搅拌过程中采用电磁搅拌，电磁搅拌的次数不低于2次，间隔时间为15～25min，每次搅拌的时间不低于5min，在除气过程中除气箱内通入的氩气纯度不低于99.999％，除气箱内压力为0.3～0.5MPa，转子转速为450～500r/min。
进一步，步骤B铝合金原料的熔炼温度为730～750℃，精炼温度为720～740℃，铸造温度为680～700℃。
进一步，步骤C将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层，均匀化制度为465±5℃×10h。
进一步，步骤E淬火方式为穿水冷却，冷却速度为25～30℃/s。
进一步，步骤F拉伸变形率为3.5～4.5％。
进一步，步骤G时效制度为双级时效，双级时效中一级时效制度为180±5℃×(7～9)h，棒材随炉加热，升温速率为200℃/h；二级时效制度为200±5℃×(3～5)h，时效后空冷至室温。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的减少铝合金棒材表面气泡的方法，将主剪刀与模具座间隙设定在20μm～40μm，主剪刀与模具座间隙的控制目的是为了保护模具座不被剪刀划伤，同时也可以减小主剪刀在剪切残铝时对模孔内残铝的空气孔缝隙，较大的预留缝隙会造成残铝空气孔缝隙较大，这样在第二支铸锭挤压时就会在型材接头附件出现点状鼓包形状单个不连续气泡，气泡位置一般在产品接头后的500mm挤压棒材的正上方。
2、本发明所公开的减少铝合金棒材表面气泡的方法，铸锭棒径与挤压筒内径差值控制在6mm～8mm，铸锭的直径与挤压筒的直径差值控制目的同样是为了减小铸锭在墩粗环节铸锭径向形变量，只有发生较小的形变量铸锭的墩粗变形才会更加的均匀，同时不至于发生中间弯曲两端变大的香蕉形墩粗现象。
3、本发明所公开的减少铝合金棒材表面气泡的方法，铸锭长度与挤压筒长度比值控制在0.8，铸锭长度占比的控制主要目的是为了控制铸锭在轴向的变形距离，合理的铸锭长度可以改善铸锭变形的不均匀，促使铸锭发生股形形变。
4、本发明所公开的减少铝合金棒材表面气泡的方法，挤压墩粗次数由1次墩粗变为2次阶梯墩粗，首次墩粗压力设定约为40％×F突破压力，二次墩粗压力设定约为65％×F突破压力。多次墩粗及墩粗压力的设定目的是为了使得铸锭墩粗过程更加充分，同时二次墩粗变形过程对于排气更加有力，较大的墩粗压力下，墩粗废气更易于被从头尾两侧排出，同时在挤压筒的内壁中不会存在残余废气。
5、本发明所公开的减少铝合金棒材表面气泡的方法，铸锭加热温度头尾低、中间温度较高，头尾设定在450±10℃，中间铸锭加热温度设定在500±10℃。铸锭温度中间高两端低的温度加热形式目的是为了利用高温状态下铝合金屈服抗力降低的原理使得铸锭中心部分优先于两端发生受力涨径变形，铸锭的形变过程由中心向两侧逐渐过渡，从而挤压筒内的气体也由中心向两侧被挤压排出，充分达到墩粗排气的目的，大大减小残余废气的存在。
6、本发明所公开的减少铝合金棒材表面气泡的方法，主剪刀结构进行了更改，主剪刀的上部开设夹角为90～135°的L型缺口，主剪刀结构的改变有效的减小了主剪刀与残铝的接触面积，接触面积的减小大大减小了主剪刀与残铝之间的摩擦拉应力，残铝表面的拉应力越大，在剪切结束后，模具表面残铝与模具内表面之间的缝隙越大，最终铝合金铸锭表面接头气泡影响越大。
7、本发明所公开的减少铝合金棒材表面气泡的方法，通过优化挤压生产过程参数，明确挤压各个环节的设备使用要求，利用严格的工艺参数设定解决挤压多孔棒材表面气泡问题，使得气泡废品率降低到0％，每个班组的成品率提升0.6t-1t，同时在挤压出口工位的质检人员及成品锯切工位的操作人员工作量大大降低，减少两个工位的人工，有效的节约了人力成本。
8、本发明所公开的减少铝合金棒材表面气泡的方法，采用现有挤压工艺参数设定及设备可以有效提高班组日产量及产品的合格率。本发明专利主要是通过控制铸锭挤压墩粗过程的气体排放及挤压完成后期的残料剪切缝隙控制得以解决挤压棒材的表面气泡缺陷，改变铸锭的头中尾三个阶段的温度分布从而使得铸锭的受力变形情况发生变化有效的排除废气。
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为现有技术所使用主剪刀的结构示意图；
图2为本发明所使用主剪刀的结构示意图。
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
一种减少铝合金棒材表面气泡的方法，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金棒材的原料按照重量百分比进行配料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti 杂质 Al
含量 0.6 0.3 0.1 0.3 0.7 0.2 0.02 0.03 余量
B、熔铸：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，经过搅拌、扒渣、除气除渣、细化工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，铝合金原料的熔炼温度为730～750℃，精炼温度为720～740℃，铸造温度为680～700℃，铝合金铸锭规格为φ30～φ60mm，铝合金原料搅拌过程中采用电磁搅拌，电磁搅拌的次数不低于2次，间隔时间为15～25min，每次搅拌的时间不低于5min，在除气过程中除气箱内通入的氩气纯度不低于99.999％，除气箱内压力为0.3～0.5MPa，转子转速为450～500r/min；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层，均匀化制度为465±5℃×10h；
D、挤压墩粗：将均匀化后的铝合金铸锭置于挤压机进行挤压墩粗，其中主剪刀与模具座间隙为20μm～40μm，如图2所示主剪刀的上部开设有夹角为105°的L型缺口，铝合金铸锭棒径与挤压筒内径差值为6mm～8mm，铝合金铸锭长度与挤压筒长度比值为0.8，挤压筒的挤压比为10～25，铝合金铸锭头尾部温度为450±10℃，中间铸锭加热温度为500±10℃，挤压墩粗次数为2次，首次墩粗压力设定为40％×F突破压力，二次墩粗压力设定为65％×F突破压力，挤压机为18MN～75MN单动正向挤压机；
E、固溶：将挤压后的铝合金棒材进行固溶淬火处理，淬火方式为穿水冷却，冷却速度为25～30℃/s；
F、预拉伸：将固溶后的铝合金棒材置于拉伸矫直机进行拉伸矫直，拉伸变形率为3.5～4.5％；
G、时效：将拉伸后的铝合金棒材进行时效热处理，时效制度为双级时效，双级时效中一级时效制度为180±5℃×(7～9)h，棒材随炉加热，升温速率为200℃/h；二级时效制度为200±5℃×(3～5)h，时效后空冷至室温；
H、将时效后铝合金棒材进行表面质量、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。
对比例
如图1所示，对比例与实施例的区别在于，步骤D中挤压铸锭与挤压筒径比设定在1.06，主剪刀片与模具座的间隙设定为50-70μm，挤压残料厚度设定值为30-50mm，挤压墩粗为一次墩粗，且墩粗压力设定为7MN，铸锭长度与挤压筒长度比值为0.8。
实施例制备的铝合金棒材通过优化挤压生产过程参数，严格控制工艺参数，明确挤压各个环节的设备使用要求，尤其是对主剪刀的形状进行改进，减少了主剪刀与铝合金铸锭的接触面积，防止了主剪刀对于压余的接触摩擦，减少了主剪刀对于残铝表面的拉应力，减少了模具表面与残铝之间的缝隙，解决了多孔模具挤压铝合金棒材表面容易产生气泡的问题，尤其是铝合金铸棒的接头处，使得气泡废品率降低到0％，每个班组的成品率提升0.6t-1t，同时在挤压出口工位的质检人员及成品锯切工位的操作人员工作量大大降低，可以减少两个工位的人工，有效的节约了人力成本。
对比例制备的铝合金棒材利用现有挤压生产过程参数控制挤压产品的产品表面气泡占比为11％，每个班组连续生产12h产出的废品率为16％左右，较高的废品率大大降低了企业产能及工作效率。铝合金铸棒表面气泡的出现同时大大增加了现场操作人员、质检人员的工作量，耗费大量的人力、物力。
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 (8)

1.一种减少铝合金棒材表面气泡的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金棒材的原料按照重量百分比进行配料，即Si：0.2~1.3％、Fe：≤0.3%，Cu：≤0.10%，Mn：0.30%~1.0%，Mg：0.45%~1.2%，Zn：≤0.20%，Ti：≤0.02%、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加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过搅拌、扒渣、除气除渣、细化工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、挤压墩粗：将均匀化后的铝合金铸锭置于挤压机进行挤压墩粗，其中主剪刀与模具座间隙为20μm~40μm，主剪刀的上部开设有夹角为90~135°的L型缺口，铝合金铸锭棒径与挤压筒内径差值为6mm~8mm，铝合金铸锭长度与挤压筒长度比值为0.8，挤压筒的挤压比为10~25，铝合金铸锭头尾部温度为450±10℃，中间铸锭加热温度为500±10℃，挤压墩粗次数为2次，首次墩粗压力设定为40%×F 突破 压力 ，二次墩粗压力设定为65%×F 突破压力 ，挤压机为18MN~75MN单动正向挤压机；
E、固溶：将挤压后的铝合金棒材进行固溶淬火处理；
F、预拉伸：将固溶后的铝合金棒材置于拉伸矫直机进行拉伸矫直；
G、时效：将拉伸后的铝合金棒材进行时效热处理；
H、将时效后铝合金棒材进行表面质量、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所述的减少铝合金棒材表面气泡的方法，其特征在于，步骤B中铝合金铸锭规格为φ30~φ60mm。
3.如权利要求1所述的减少铝合金棒材表面气泡的方法，其特征在于，步骤B铝合金原料搅拌过程中采用电磁搅拌，电磁搅拌的次数不低于2次，间隔时间为15~25min，每次搅拌的时间不低于5min，在除气过程中除气箱内通入的氩气纯度不低于99.999％，除气箱内压力为0.3~0.5MPa，转子转速为450~500r/min。
4.如权利要求1所述的减少铝合金棒材表面气泡的方法，其特征在于，步骤B铝合金原料的熔炼温度为730~750℃，精炼温度为720~740℃，铸造温度为680~700℃。
5.如权利要求1所述的减少铝合金棒材表面气泡的方法，其特征在于，步骤C将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层，均匀化制度为465±5℃×10h。
6.如权利要求1所述的减少铝合金棒材表面气泡的方法，其特征在于，步骤E淬火方式为穿水冷却，冷却速度为25~30℃/s。
7.如权利要求1所述的减少铝合金棒材表面气泡的方法，其特征在于，步骤F拉伸变形率为3.5~4.5%。
8.如权利要求1所述的减少铝合金棒材表面气泡的方法，其特征在于，步骤G时效制度为双级时效，双级时效中一级时效制度为180±5℃×（7~9）h，棒材随炉加热，升温速率为200℃/h；二级时效制度为200±5℃×（3~5）h，时效后空冷至室温。
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