CN112496081B - 一种6082铝合金无缝管的生产工艺 - Google Patents

一种6082铝合金无缝管的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种6082铝合金无缝管的生产工艺，铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.0～1.3％、Fe：0.15～0.25％、Cu≤0.06％、Mn：0.4～0.9％、Mg：0.65～1.0％、Cr：0.03～0.2％、Zn≤0.05％、Ti：0.02～0.08％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al，铝合金原料经过熔铸、均匀化、同心度调整、挤压、锯切以及热处理工序与配方相配合，成功挤压出性能满足要求的6082合金无缝管。

Description

一种6082铝合金无缝管的生产工艺
技术领域
本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种6082铝合金无缝管的生产工艺。
背景技术
6xxx系铝合金是以Mg和Si为主要合金元素，并以Mg2Si为强化相的可热处理铝合金，合金具有中等强度，耐蚀性高，无应力腐蚀破裂倾向，焊接性能良好，焊接区腐蚀性能不变，成形性和工艺性能良好等优点。无缝铝管常常用作流体件、机加工件、研磨套、飞机导管等重要高精密度的零部件，而有缝铝管在经受力、弯曲、振动等情况下易开缝，不宜做带压力的设备部件。
6082铝合金是典型的6xxx系可热处理铝合金，广泛应用于交通运输和结构工程工业，如桥梁、起重机等等，该合金T6状态具有较高的机械性能，6082铝合金无缝管在保证高精度的同时提高材质强度，应用将更加广泛。
热挤压法是生产管材的常用方法，适用于各种壁厚的管材，具有效率高、生产周期短、成品率高等诸多优点，双动固定针挤压是热挤压法挤压无缝管材的常用方法之一，固定针一般为组合针，有针杆和针尖组成，当更换产品内径时，只需更换针尖即可，降低工具成本，且更有利于大批量生产。
在实际生产过程中，6082高强度6xxx系铝合金无缝管的制备工艺控制难度较大，因此如何制定合适的挤压工艺及后续热处理工艺成为6082铝合金无缝管研究的重中之重。就目前无缝管技术而言，主要探究的事无缝钢管的生产工艺，铝合金无缝管的研究少之又少，本技术通过控制生产挤压工艺，合理制定6082铝合金无缝管成分、挤压、热处理，成功制备符合要求的6082铝合金无缝管材，为6082无缝管的研究提供实践基础。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决上述6082铝合金无缝管材生产制备过程中所存在的问题，提供一种6082铝合金无缝管的生产工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种6082铝合金无缝管的生产工艺，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金无缝管的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.0～ 1.3％、Fe：0.15～0.25％、Cu≤0.06％、Mn：0.4～0.9％、Mg：0.65～1.0％、Cr：0.03～0.2％、Zn≤0.05％、Ti：0.02～0.08％、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、过滤后将液态铝合金熔铸为铝合金实心铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至560℃保温5.5～6.5h，经后续加工为铝合金空心铸锭；
D、同心度调整：调整挤压筒、挤压模具和穿孔针的同心度，同心度＜0.8mm，将挤压筒加热至450℃，挤压模具和穿孔针加热至450～500℃，将穿孔针传入挤压筒和挤压模具中，调节挤压筒位置和模具座位置，精确对中，保证加工后无缝管各处壁厚相同；
E、挤压：挤压准备阶段分别对穿孔针、挤压模具和空心垫进行加热，待温度达到上机要求后，开始对铝合金空心铸锭加热，为防止铝合金空心铸锭粘连空心垫、空心垫粘连挤压杆，分别在空心垫和挤压杆上喷洒少量的氮化硼，将铝合金空心铸锭挤压成φ120～140mm× 10mm规格的无缝管，挤压结束后对无缝管空冷后进行离线淬火；
F、锯切：将挤压后的无缝管成品定尺锯切；
G、热处理：将定尺锯切后的无缝管进行淬火热处理，淬火温度为535±3℃，淬火时间为60min。
进一步，步骤B将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度720～ 750℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，之后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，获得铝合金实心铸锭。
进一步，步骤C中铝合金空心铸锭的规格为φ370mm×φ160mm×900mm。
进一步，步骤C中铝合金空心铸锭的规格为φ275mm×φ115mm×600mm。
进一步，步骤E中空心垫的温度为380～420℃，挤压筒从头部到尾部的温度依次为455℃ -445℃-452℃，穿孔针的温度为420～450℃，铝合金空心铸锭温度为470～490℃，突破压力为17.8～18.7Mpa，铝合金空心铸锭穿针过程中最大前腔压力1.3MPa，最大后腔压力5.4MPa；挤压过程前腔压力为6.3～28.3MPa，后腔压力为3.2～8.1MPa；穿孔针退针过程最大前腔压力6.4MPa，最大后腔压力0.7Mpa，挤压杆的速度为1.2～1.8mm/s，挤压后空心型材的挤压速度为2.0～3.2m/min。
进一步，步骤E中空心垫的温度为340～400℃，挤压筒从头部到尾部的温度依次为428℃ -430℃-432℃，穿孔针的温度为410～440℃，铝合金空心铸锭温度为460～480℃，突破压力为12.8～15.3Mpa，铝合金空心铸锭穿针过程中最大前腔压力2.7MPa；挤压过程前腔压力为9.5～25.7MPa，后腔压力为5.2～12MPa；穿孔针退针过程最大前腔压力3.9MPa，挤压杆的速度为2.4～2.7mm/s，挤压后空心型材的挤压速度为2.1～3.0m/min。
进一步，步骤G将定尺锯切后的无缝管进行淬火时效热处理，即淬火温度为535±3℃，淬火时间为60min，时效温度为175±5℃，时效时间为8h。
本发明的有益效果在于：
1、现有技术中固定针挤压无缝管可实现无润滑挤压，可以有效地消除润滑挤压时产生的各种擦伤缺陷，获得内表面质量优异的管材，但无润滑挤压的的弊端之一就是铝与穿孔针直接接触，金属在穿孔针表面上流动时容易产生较大的摩擦力，易发生断针事故，所以必须选择合适的铸锭长度。其次，通常情况下，挤压筒和穿孔针之间的轴线不可能完全重合，往往会存在一定的同轴度差，若开始不调节控制同心度，挤压开始后会加剧挤压筒和穿孔针之间同轴度差，导致穿孔针更偏离中心，无缝管出现严重偏壁，且随着挤压力的进行，这种同轴度差会加剧径向力，更容易出现断针。因此本发明所公开的6082铝合金无缝管的生产工艺通过控制同心度能够实现6082铝合金无缝管的成功挤压，不会出现穿孔针前段偏离原中心位置，出现断针现象。
2、本发明所公开的6082铝合金无缝管的生产工艺，首先，选择空心铸锭不穿孔挤压，可避免前端出现实心头，减小管材前端的偏心，也避免穿孔给穿孔针带来的损害；其次，选择短铸锭挤压，减少铸锭与穿孔针的有效接触面积，降低摩擦力，避免断针；再者，实心铸锭经均匀化后处理成空心铸锭，减少空心锭内表面氧化膜厚度，凸起的氧化膜会破坏穿孔针表面的润滑膜，更有利于保证无缝管内表面质量；第四，6082属于硬质合金，合理控制升压速度，避免升压过快造成断针，从而挤压失败；最后，选择合适挤压工艺，挤压前调节设备同心度对挤出合格尺寸产品均有一定影响。
3、本发明所公开的6082铝合金无缝管的生产工艺，合理选取标准6082合金成分，并选取恰当的无缝管挤压与热处理工艺与之配合，成功挤压出性能满足要求的6082合金无缝管。
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为本发明6082铝合金无缝管的生产工艺中挤压设备的内部结构示意图；
图2为本发明实施例3所制备铝合金无缝管高倍过烧检测图；
图3为本发明实施例3所制备铝合金无缝管高倍皮质层粗晶检测图；
图4为本发明实施例5所制备铝合金无缝管高倍皮质层粗晶检测图；
图5为本发明实施例6所制备铝合金无缝管高倍皮质层粗晶检测图。
附图标记：针杆链接器1、挤压杆2、空心垫3、穿孔针4、空心铸锭5、挤压筒6、挤压模具7。
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。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
一种6082铝合金无缝管的生产工艺，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金无缝管的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.17％、 Fe：0.2％、Cu：0.06％、Mn：0.86％、Mg：0.92％、Cr：0.13％、Zn：0.03％、Ti：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，熔炼温度720～750℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，之后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度 710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，获得铝合金实心铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至560℃保温5.5～6.5h，经后续加工得到规格为φ370mm×φ160mm×900mm 的铝合金空心铸锭；
D、同心度调整：如图1调整挤压筒6、挤压模具7和穿孔针4的同心度，同心度＜0.8mm，将挤压筒加热至450℃，挤压模具和穿孔针加热至450～500℃，将穿孔针传入挤压筒和挤压模具中，调节挤压筒位置和模具座位置，精确对中，保证加工后无缝管各处壁厚相同，穿孔针4尾部连接有针杆链接器1；
E、挤压：挤压准备阶段分别对穿孔针4、挤压模具7和空心垫3进行加热，待温度达到上机要求后，开始对铝合金空心铸锭加热，为防止铝合金空心铸锭粘连空心垫、空心垫粘连挤压杆，分别在空心垫3和挤压杆2上喷洒少量的氮化硼，将铝合金空心铸锭5挤压成φ140mm×10mm规格的无缝管，挤压结束后对无缝管空冷后进行离线淬火，其中空心垫的温度为380～420℃，挤压筒从头部到尾部的温度依次为455℃-445℃-452℃，穿孔针的温度为420～450℃，铝合金空心铸锭温度为470～490℃，突破压力为17.8～18.7Mpa，铝合金空心铸锭穿针过程中最大前腔压力1.3MPa，最大后腔压力5.4MPa；挤压过程前腔压力为6.3～28.3MPa，后腔压力为3.2～8.1MPa；穿孔针退针过程最大前腔压力6.4MPa，最大后腔压力0.7Mpa，挤压杆的速度为1.2～1.8mm/s，挤压后空心型材的挤压速度为2.0～3.2m/min；
F、锯切：将挤压后的无缝管成品定尺锯切；
G、热处理：将定尺锯切后的无缝管进行淬火时效热处理，淬火温度为535±3℃，淬火时间为60min，时效温度为175±5℃，时效时间为8h。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中将制备铝合金无缝管的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.17％、Fe：0.2％、Cu：0.06％、Mn：0.85％、Mg：0.90％、 Cr：0.13％、Zn：0.03％、Ti：0.04％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，步骤G将定尺锯切后的无缝管进行淬火热处理，淬火温度为535±3℃，淬火时间为60min。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤G将定尺锯切后的无缝管进行热处理，即在常温下空冷。
实施例1～3和对比例1所制备铝合金无缝管的力学性能检测结果见表一：
表一
Figure GDA0003755374030000061
由表一可以看到，仅仅采用空冷热处理方式所制备的铝合金无缝管，力学性能不能满足生产要求，仅仅采用离线淬火热处理方式所制备的铝合金无缝管，力学性能能够满足生产要求，但是不及离线淬火+时效热处理方式所制备铝合金无缝管的力学性能。
对实施例3热处理后型材分别进行宏观低倍、探伤和微观高倍检测，检测结果如下。无论是否经过淬火，低倍与探伤均合格，且微观组织无过烧，如图2和图3所示。
实施例4
一种6082铝合金无缝管的生产工艺，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金无缝管的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.00％、 Fe：0.18％、Cu：0.05％、Mn：0.5％、Mg：0.65％、Cr：0.03％、Zn：0.02％、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置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，熔炼温度720～750℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，之后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度 710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，获得铝合金实心铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至560℃保温5.5～6.5h，经后续加工得到规格为φ275mm×φ115mm×600mm的铝合金空心铸锭；
D、同心度调整：如图1调整挤压筒6、挤压模具7和穿孔针4的同心度，同心度＜0.8mm，将挤压筒加热至450℃，挤压模具和穿孔针加热至450～500℃，将穿孔针传入挤压筒和挤压模具中，调节挤压筒位置和模具座位置，精确对中，保证加工后无缝管各处壁厚相同，穿孔针4尾部连接有针杆链接器1；
E、挤压：挤压准备阶段分别对穿孔针4、挤压模具7和空心垫3进行加热，待温度达到上机要求后，开始对铝合金空心铸锭加热，为防止铝合金空心铸锭粘连空心垫、空心垫粘连挤压杆，分别在空心垫3和挤压杆2上喷洒少量的氮化硼，将铝合金空心铸锭5挤压成φ120mm×10mm规格的无缝管，挤压结束后对无缝管空冷后进行离线淬火，其中空心垫的温度为340～400℃，挤压筒从头部到尾部的温度依次为428℃-430℃-432℃，穿孔针的温度为410～440℃，铝合金空心铸锭温度为460～480℃，突破压力为12.8～15.3Mpa，铝合金空心铸锭穿针过程中最大前腔压力2.7Mpa；挤压过程前腔压力为9.5～25.7MPa，后腔压力为5.2～12MPa；穿孔针退针过程最大前腔压力3.9MPa，挤压杆的速度为2.4～2.7mm/s，挤压后空心型材的挤压速度为2.1～3.0m/min；
F、锯切：将挤压后的无缝管成品定尺锯切；
G、热处理：将定尺锯切后的无缝管进行淬火时效热处理，淬火温度为535±3℃，淬火时间为60min，时效温度为175±5℃，时效时间为8h。
实施例5
实施例5与实施例4的区别在于，步骤A中将制备铝合金无缝管的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.01％、Fe：0.16％、Cu：0.01％、Mn：0.5％、Mg：0.68％、 Cr：0.03％、Zn：0.02％、Ti：0.03％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al。
实施例6
实施例6与实施例4的区别在于，步骤G将定尺锯切后的无缝管进行热处理，即在535 ±3℃下保温60min。
对比例2
对比例2与实施例4的区别在于，步骤G将定尺锯切后的无缝管进行热处理，即在常温下空冷。
实施例4～6和对比例2所制备铝合金无缝管的力学性能检测结果见表二：
表二
Figure GDA0003755374030000071
由表二可以看到，仅仅采用空冷热处理方式所制备的铝合金无缝管，力学性能不能满足生产要求，仅仅采用离线淬火热处理方式所制备的铝合金无缝管，力学性能能够满足生产要求，但是不及离线淬火+时效热处理方式所制备铝合金无缝管的力学性能。
对实施例5、实施例6热处理后型材分别进行宏观低倍、探伤和微观高倍检测，检测结果如下。无论是否经过淬火，低倍与探伤均合格，且微观组织无过烧，如图4和图5所示。
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6082铝合金无缝管的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
A、配料：将制备铝合金无缝管的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：1.0～1.3％、Fe：0.15～0.25％、Cu≤0.06％、Mn：0.4～0.9％、Mg：0.65～1.0％、Cr：0.03～0.2％、Zn≤0.05％、Ti：0.02～0.08％、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、过滤后将液态铝合金熔铸为铝合金实心铸锭；
C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至560℃保温5.5～6.5h，经后续加工为铝合金空心铸锭；
D、同心度调整：调整挤压筒、挤压模具和穿孔针的同心度，同心度＜0.8mm，将挤压筒加热至450℃，挤压模具和穿孔针加热至450～500℃，将穿孔针传入挤压筒和挤压模具中，调节挤压筒位置和模具座位置，精确对中，保证加工后无缝管各处壁厚相同；
E、挤压：挤压准备阶段分别对穿孔针、挤压模具和空心垫进行加热，待温度达到上机要求后，开始对铝合金空心铸锭加热，为防止铝合金空心铸锭粘连空心垫、空心垫粘连挤压杆，分别在空心垫和挤压杆上喷洒少量的氮化硼，将铝合金空心铸锭挤压成φ120～140mm×10mm规格的无缝管，挤压结束后对无缝管空冷后进行离线淬火；
F、锯切：将挤压后的无缝管成品定尺锯切；
G、热处理：将定尺锯切后的无缝管进行淬火时效热处理，淬火温度为535±3℃，淬火时间为60min，时效温度为175±5℃，时效时间为8h。
2.如权利要求1所述6082铝合金无缝管的生产工艺，其特征在于，步骤B将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度720～750℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣，之后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度710～750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，获得铝合金实心铸锭。
3.如权利要求1所述6082铝合金无缝管的生产工艺，其特征在于，步骤C中铝合金空心铸锭的规格为φ370mm×φ160mm×900mm。
4.如权利要求1所述6082铝合金无缝管的生产工艺，其特征在于，步骤C中铝合金空心铸锭的规格为φ275mm×φ115mm×600mm。
5.如权利要求3所述6082铝合金无缝管的生产工艺，其特征在于，步骤E中空心垫的温度为380～420℃，挤压筒从头部到尾部的温度依次为455℃-445℃-452℃，穿孔针的温度为420～450℃，铝合金空心铸锭温度为470～490℃，突破压力为17.8～18.7Mpa，铝合金空心铸锭穿针过程中最大前腔压力1.3MPa，最大后腔压力5.4MPa；挤压过程前腔压力为6.3～28.3MPa，后腔压力为3.2～8.1MPa；穿孔针退针过程最大前腔压力6.4MPa，最大后腔压力0.7Mpa，挤压杆的速度为1.2～1.8mm/s，挤压后空心型材的挤压速度为2.0～3.2m/min。
6.如权利要求4所述6082铝合金无缝管的生产工艺，其特征在于，步骤E中空心垫的温度为340～400℃，挤压筒从头部到尾部的温度依次为428℃-430℃-432℃，穿孔针的温度为410～440℃，铝合金空心铸锭温度为460～480℃，突破压力为12.8～15.3Mpa，铝合金空心铸锭穿针过程中最大前腔压力2.7MPa；挤压过程前腔压力为9.5～25.7MPa，后腔压力为5.2～12MPa；穿孔针退针过程最大前腔压力3.9MPa，挤压杆的速度为2.4～2.7mm/s，挤压后空心型材的挤压速度为2.1～3.0m/min。
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