CN112030018A - 一种6系铝合金厚板制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种6系铝合金厚板制备方法，工艺步骤包括熔铸、时效热处理、机加工，除去了中间的均热、轧制、固溶淬火等步骤，通过一定的熔铸以及时效热处理工艺参数，获得跟传统方法相近的性能，从而解决了传统方法受制于轧机开口度、固溶热处理炉膛高度的问题，便于制备厚度更厚的板带材，且具有能够生产圆柱形产品的优势；由于除去了中间的均热、轧制、固溶淬火等步骤，因此工序短、成本低、能耗小，工艺控制过程更短，有助于提高生产效率。

Description

一种6系铝合金厚板制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其涉及一种6系铝合金厚板制备方法。
背景技术
6系铝合金强度适中、机加工性能好、阳极氧化效果好、具有不错的耐腐蚀性等优势，已被广泛应用于工装夹具、精密仪器等领域。
传统的6系铝合金主要有两种制备工艺：传统的6系铝合金板带材主要生产工艺为熔铸、均热、机加工、轧制、固溶淬火、拉伸、时效、锯切等工序；传统的6系铝合金铸造淬火板的常规生产工艺为熔铸、均热、机加工、固溶淬火、拉伸、时效、锯切等工序。对于上述两种传统制备工艺，均需要进行均热和固溶淬火处理，一般情况下由于固溶淬火处理的设备由于炉膛高度限制一般只能放入350mm以下的板坯；而对于轧制工艺，受制于轧机开口度、固溶热处理炉膛高度，导致产品厚度一般不超过250mm。基于此，传统的6系铝合金主要制备工艺，受制于轧机开口度、固溶热处理炉膛高度等，产品厚度收到极大限制，难以生产大厚度的产品，且需要进行均热、轧制、固溶淬火等，工序长、成本高、能耗大，不利于节省成本、扩大效益。
发明内容
针对以上不足，本发明提供一种6系铝合金厚板制备方法，能够解决6系铝合金主要制备工艺产品厚度受限，以及工序长、成本高、能耗大的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种6系铝合金厚板制备方法，包括以下步骤：
S1、熔铸：将铝锭、中间合金投入熔炼炉中，熔炼保温温度为700～800℃，熔炼时间为2～10小时；将熔体转入保温炉中进行精炼，精炼温度为700～760℃，精炼时间为1～6小时；采用半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造成铝合金扁锭或圆锭，铸造温度为675～725℃，冷却水流量为20～500m3/h；
S2、时效热处理：铸造好的锭坯放入热处理炉中，在100～250℃温度范围内持续保温，保温时间为2～72h，然后随炉或出炉自然冷却到室温；
S3、机加工：将时效热处理后的锭坯根据具体的需求锯切成成品尺寸。
优选的，还包括有，步骤S4、拉伸、锯切，先采用0.5～3％的拉伸率进行拉伸，拉伸后再锯切成成品尺寸。
优选的，所述铝合金的组分及质量百分比为：Mg：0.4-1.5％，Si：0.2-1.8％，Cu≤1.6％，Fe≤0.6％，Cr≤0.4％；Mn≤0.8％、以及含有下述一种或一种以上的元素：Zn≤0.4％、Ti≤0.15％、V≤0.05％、Hf≤0.5％、Sc≤0.25％、Sc≤0.25％、Ag≤1.0％，其余为Al及不可避免的杂质。
优选的，步骤S3机加工中，锯切完成后进行铣面处理。
优选的，步骤S1熔铸中，投入原料后，进行充分电磁搅拌、扒渣，在炉前取样分析进行成分调整。
优选的，步骤S1熔铸中，在保温炉中进行精炼时通入氯气和氩气混合气体进行精炼。
优选的，步骤S1熔铸中，精炼后在除气装置中通入氯气和氩气混合气体进行除气。
优选的，步骤S1熔铸中，精炼后在过滤装置中使用ppi≤60的过滤板进行过滤除渣。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的6系铝合金厚板制备方法，工艺步骤包括熔铸、时效热处理、机加工，除去了中间的均热、轧制、固溶淬火等步骤，通过一定的熔铸以及时效热处理工艺参数，获得跟传统方法相近的性能，从而解决了传统方法受制于轧机开口度、固溶热处理炉膛高度的问题，便于制备厚度更厚的板带材，且具有能够生产圆柱形产品的优势；
2、由于除去了中间的均热、轧制、固溶淬火等步骤，因此工序短、成本低、能耗小，工艺控制过程更短，有助于提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例1铸造后的铝合金锭坯的金相图；
图2为本发明实施例1铸造后的铝合金锭坯进行时效热处理后的金相图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种6系铝合金厚板制备方法，包括以下步骤：
S1、熔铸：将铝锭、中间合金投入熔炼炉中，熔炼保温温度为700～800℃，熔炼时间为2～10小时；将熔体转入保温炉中进行精炼，精炼温度为700～760℃，精炼时间为1～6小时；采用半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造成铝合金扁锭或圆锭，铸造温度为675～725℃，冷却水流量为20～500m3/h；
S2、时效热处理：铸造好的锭坯放入热处理炉中，在100～250℃温度范围内持续保温，保温时间为2～72h，然后随炉或出炉自然冷却到室温；
S3、机加工：将时效热处理后的锭坯根据具体的需求锯切成成品尺寸。
当具有拉伸需要时，步骤S3机加工中，先采用0.5～3％的拉伸率进行拉伸，拉伸后再锯切成成品尺寸。
对于6系铝合金，该系为热处理可强化合金系，主要是通过固溶淬火和人工时效改变其机械性能，其主要理论一般是通过≥500℃左右固溶热处理让Mg、Si元素充分固溶于铝基体当中，然后快速冷却尽量保留好过饱和Mg、Si固溶体，然后通过人工时效一般为170℃左右10-20小时保温，让Mg、Si元素形成与铝合金基体共格的Mg2Si弥散相，方可达到提高机械性能的作用。本发明减少了均热、轧制和固溶淬火处理等工序，主要是通过在铸造过程中，配合一定的铸造温度，通过快速冷却，辅以一定条件下的时效工艺，来获得一定的工艺性能。铸造温度为700-800℃之间，当铝液温度低于600℃凝固成固态后，因为凝固时温度高于MgSi相的固溶温度要求，可以有效地达到固溶效果，然后通过铸造时大流量的水进行冷却以此达到不错的过饱和固溶效果，再通过一定温度和时间范围内的人工时效形成铝合金基体共和的弥散相，提高机械性能，这样制备出的6系铝合金产品与传统的6系铝合金产品性能相差无几，可以满足于工业产品和大规格产品机械的用途。
在上述基础上，本发明还有更为具体的实施示例。
实施例1
本实施例提供一种6系铝合金厚板制备方法，该铝合金采用6061合金，具体的铝合金的组分及质量百分比为：Mg：1.0％、Mn：0.06％、Cu：0.25％、Fe：0.28％，Si：0.6％、Cr：0.2％、Zn：0.07％、Ti：0.02％，其余为Al及不可避免的杂质。
主要包括以下步骤：
S1、熔铸：按上述组分配料，将铝锭、中间合金投入熔炼炉中，投入原料后，进行充分电磁搅拌、扒渣，在炉前取样分析进行成分调整，熔炼保温温度为760～800℃，熔炼时间6小时；将熔体转入保温炉中通入氯气和氩气混合气体进行精炼，精炼温度为720～760℃，精炼时间5小时；在除气装置中通入氯气和氩气混合气体进行除气，过滤装置使用ppi≤60的过滤板进行过滤除渣；采用半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造的铝合金锭坯，铸造温度为680～725℃，冷却水流量为400m3/h，铸造成直径580mm锭坯；
S2、时效热处理：铸造好的锭坯放入热处理炉中，在150～170℃温度之间持续保温16h，然后出炉自然冷却到室温；
S3、机加工：将时效热处理后的锭坯根据具体的需求进行水平和立式锯切，经过锯切制备出厚度为320mm的铝合金厚板，取样做两个试样并测试其力学性能，其力学性能如表1所示。
表1实施例1中两个试样的力学性能
Figure BDA0002637696130000041
从表1中可以看出，两个试样的平均抗拉强度为260Mpa，平均屈服强度为223.5Mpa，平均延伸率为5％，平均布氏硬度为93HB，与传统工艺制备的6061合金铝合金厚板的力学性能相当。
图1为本实施例铸造后的铝合金锭坯的金相图(50倍)，可以看出，除了少数的高温难溶相(AlMnFeSi相)，大部分Mg、Si元素还是在铝合金基体中保留不错的过饱和固溶度，析出的Mg2Si相较少。
图2为本实施例铸造后的铝合金锭坯进行时效热处理后的金相图(50倍)，可以看出，晶内和晶界析出了大量的Mg2Si弥散相，达到了人工时效强化的效果。
图1和图2表明，铸造时快速冷却和人工时效能够起到析出强化的作用，符合6系铝合金热处理强化的理论，能够制备成力学性能优异的6系铝合金厚板。
实施例2
本实施例提供一种6系铝合金厚板制备方法，该铝合金采用6063合金，具体的铝合金的组分及质量百分比为：Mg：0.48％、Fe：0.21％，Si：0.46％、Ti：0.02％，Zn：0.01％，其余为Al及不可避免的杂质。
主要包括以下步骤：
S1、熔铸：按上述组分配料，将铝锭、中间合金投入熔炼炉中，投入原料后，进行充分电磁搅拌、扒渣，在炉前取样分析进行成分调整，熔炼保温温度为720～780℃，熔炼时间8小时；将熔体转入保温炉中通入氯气和氩气混合气体进行精炼，精炼温度为740～760℃，精炼时间5小时；在除气装置中通入氯气和氩气混合气体进行除气，过滤装置使用ppi≤60的过滤板进行过滤除渣；采用半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造的铝合金锭坯，铸造温度为660～710℃，冷却水流量为450m3/h，铸造成直径670mm锭坯；
S2、时效热处理：铸造好的锭坯放入热处理炉中，在150～160℃温度持续保温24h，然后随炉自然冷却到室温；
S3、机加工：将时效热处理后的锭坯根据具体的需求进行水平和立式锯切，经过锯切、表面铣面制备出厚度为30、60、110、210mm的铝合金厚板，再采用1.5％的拉伸率进行拉伸，拉伸后再锯切成成品尺寸，成品尺寸为厚度为20、50、100、200mm，分别取样做试样并测试其力学性能，其力学性能如表2所示。
表2实施例2中四个试样的力学性能
Figure BDA0002637696130000061
从表2中可以看出，四个试样的平均抗拉强度为215.5Mpa，平均屈服强度为160.7Mpa，平均延伸率为10.4％，平均布氏硬度为74HB，与传统工艺制备的6063铝合金厚板的力学性能相当。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种6系铝合金厚板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、熔铸：将铝锭、中间合金投入熔炼炉中，熔炼保温温度为700~800℃，熔炼时间为2~10小时；将熔体转入保温炉中进行精炼，精炼温度为700～760℃，精炼时间为1~6小时；采用半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造成铝合金扁锭或圆锭，铸造温度为 675~725℃，冷却水流量为20~500m3/h；
S2、时效热处理：铸造好的锭坯放入热处理炉中，在100~250℃温度范围内持续保温，保温时间为2~72h，然后随炉或出炉自然冷却到室温；
S3、机加工：将时效热处理后的锭坯根据具体的需求锯切成成品尺寸。
2.根据权利要求1所述的6系铝合金厚板制备方法，其特征在于，还包括有，步骤S4、拉伸、锯切，先采用0.5~3%的拉伸率进行拉伸，拉伸后再锯切成成品尺寸。
3.根据权利要求1所述的6系铝合金厚板制备方法，其特征在于，所述铝合金的组分及质量百分比为：Mg ：0.4-1.5%，Si：0.2-1.8%，Cu≤1.6%，Fe≤0.6%，Cr≤0.4%；Mn≤0.8%、以及含有下述一种或一种以上的元素：Zn≤0.4%、Ti≤0.15%、V≤0.05%、Hf≤0.5%、Sc≤0.25%、Sc≤0.25%、Ag≤1.0%，其余为Al及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1或2所述的6系铝合金厚板制备方法，其特征在于，步骤S3机加工中，锯切完成后进行铣面处理。
5.根据权利要求1所述的6系铝合金厚板制备方法，其特征在于，步骤S1熔铸中，投入原料后， 进行充分电磁搅拌、扒渣，在炉前取样分析进行成分调整。
6.根据权利要求1所述的6系铝合金厚板制备方法，其特征在于，步骤S1熔铸中，在保温炉中进行精炼时通入氯气和氩气混合气体进行精炼。
7.根据权利要求1所述的6系铝合金厚板制备方法，其特征在于，步骤S1熔铸中，精炼后在除气装置中通入氯气和氩气混合气体进行除气。
8.根据权利要求1所述的6系铝合金厚板制备方法，其特征在于，步骤S1熔铸中，精炼后在过滤装置中使用ppi≤60的过滤板进行过滤除渣。
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