CN112853171A - 一种6系铝合金型材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种6系铝合金型材及其制备方法。所述6系铝合金包括下列重量百分比的组分：1.1～1.3％的Si、0.25～0.5％的Cu、0.95～1.15％的Mg、0.52～0.72％的Mn、余量为铝。采用上述技术方案后，增强了6系铝合金型材的强度、稳定性和合格率，使得6系铝合金能够代替7系铝合金进行推广应用。

Description

一种6系铝合金型材及其制备方法

技术领域

本发明涉及本发明属于合金材料领域，具体涉及一种铝合金型材及其制备方法。

背景技术

铝合金是由纯铝加入一些合金元素制成。铝合金型材的特点是轻、强度高、散热好、于感好和易阳极氧化着色。随着汽车轻量化发展迅速，铝合金型材具有强度适中、质量轻，易成型等特点，铝合金型材在汽车行业得到较快的推广，越来越多的位置使用铝合金代替原来的钢铁，例如，有不少的车企开始将7系合金运用到车门槛梁及保险杠横梁的设计中，这也就对铝合金型材的机械性能的要求进一步提高。但是，考虑到7系铝合金的挤压流动性差，挤压难度系数高，模具寿命短，挤压成本高等问题。

因此，现有技术需要一种强度高且挤压流动性好的铝合金，从而在性能上能够替代7系合金应用在更广泛的领域。

发明内容

为了克服现有技术需要一种强度高且挤压流动性好的铝合金的技术需求，本发明的第一个方面提供一种6系铝合金型材，包括下列重量百分比的组分：1.1～1.3％的Si、0.25～0.5％的Cu、0.95～1.15％的Mg、0.52～0.72％的Mn、余量为铝。

进一步地，所述6系铝合金型材进一步包括0.2％的Fe。优选地，Fe最大含量为0.2％。

进一步地，所述6系铝合金型材进一步包括0.1％的Zn。优选地，Zn最大含量为0.1％。

进一步地，所述6系铝合金型材进一步包括0.1％的Ti。优选地，Ti最大含量为0.1％。

进一步地，所述6系铝合金型材进一步包括0.15％的Cr。优选地，Cr最大含量为0.15％。

铝合金型材中添加Mg、Si、Cu元素是为了保证产品具有较高的强度；添加微量的Mn、Cr的是保证合金有较细小的晶粒，保证产品的延伸率均能满足要求，这是利用Mn、Cr元素具有抑制再结晶长大的作用。

进一步地，所述6系铝合金型材中的镁硅比为0.73-1.05。本发明通过调整镁硅比及提升Cu的含量，可进一步提升抗拉和屈服强度。

本发明的第二个方面提供一种6系铝合金型材的制备方法，包括步骤：

S1：将50％的铝铜合金、20％的铝硅合金、99.9％的镁锭和75％的锰剂添加到25T铝熔炼炉中的铝液中，铝液温度为740-760℃；

S2：S1得到的熔炼后的铝合金采用双级过滤，过滤板目数分别为40目和60目；

S3：通过油压铸造机及浇铸盘进行连续铸造，铸造出铝棒；最终的铝棒中，合金含量满足：镁质量比控制在0.95-1.15％，硅质量比控制在1.1-1.30％，锰质量比控制在0.52-0.72％，铜质量比控制在0.25-0.50％；示例地，铝棒长度为6米；

S4：铝棒采用570℃，10小时保温，冷却进行均匀化；

S5：将铝棒进行锯切以得到短棒；以及

S6：对所述短棒进行挤压，水冷，在线淬火，时效工艺采用170℃和14小时的峰值时效制度，即得铝合金型材。时效工艺的目的是使铝合金型材的型材状态由T4态(挤压状态)转变成T6态(强化稳定态)，提升型材强度，该时效工艺可最大程度接近产品合金的峰值。采用低温时效工艺(不高于170℃)，可最大限度的提升强化相析出转换的一致性。但是，如果温度过低，则保温时间太长，经济效益上不可取。

进一步地，所述步骤S4中的冷却采用风雾冷却。风雾冷却能够增大冷却强度，可提升合金的固溶度，有利于提升后续产品的强度。

进一步地，步骤S4进一步包括：将步骤S4得到的均匀化后的铝棒进行高倍检测，直至铝棒组织内的杂质相数量和形状符合要求。优选地，晶界析出的化合物的线性尺寸≤20um，所占视场比例≤3％。

进一步地，所述铝合金型材包括下列重量百分比的组分：1.1～1.3％的硅、0.25～0.5％的铜、0.95～1.15％的镁、0.52～0.72％的锰、余量为铝。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明通过调整6系铝合金成分的含量，并且控制6系铝合金制备工艺，例如均匀化时采用风雾冷却以增大冷却速率，采用低温时效工艺(不高于170℃)以最大限度的提升强化相析出转换的一致性，使得最终制备得到的6系铝合金型材的强度(抗拉强度和屈服强度)和延伸率提高，且挤压流动性好，在其他条件相同时，金属强度越髙，金属流动越均匀。常用的7003合金的机械性能为：抗拉强度≥370Mpa，屈服强度≥345Mpa，延伸率≥10％，而本发明的6系合金的机械性能能够达到：抗拉强度≥380Mpa，屈服强度≥350Mpa，延伸率≥10％，所以，本发明的6系合金能够达到7系合金的强度水平，因此，本发明的改进后的6系铝合金型材能够代替7系合金在汽车领域进行推广应用。

2.本发明制备方法得到的铝合金型材在175℃烘烤25min后，性能仍然满足以上要求，因此，相对于现有技术中的其他6系铝合金型材，本发明改进后的6系铝合金型材的强度更稳定，合格率更高。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明的优点。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例：制备6系铝合金型材

试验设备：25T铝熔炼炉及其浇铸系统，40T均匀化炉。

试验步骤：

1.在熔炼过程中，向25T铝熔炼炉中添加50％的铝铜合金、20％的铝硅合金、99.9％的镁锭、75％的锰剂，添加时铝液温度740-760℃；

2.铝液采用双级过滤，过滤板目数分别为40目和60目；

3.通过油压铸造机及浇铸盘(包含结晶器上水冷却的水帘式冷却系统)进行连续铸造，铸造出6米长铝棒；最终的铝棒中，合金含量满足：镁质量比控制在0.95-1.15％，硅质量比控制在1.1-1.30％，锰质量比控制在0.52-0.72％，铜质量比控制在0.25-0.50％；示例地，铝棒长度为6米；

4.铝棒采用570℃，10H保温，风雾冷却，在40T均匀化炉中进行均匀化，高倍检测组织内的杂质相数量和形状符合晶界析出的化合物的线性尺寸≤20um，所占视场比例≤3％的要求；

5.将6米长度的铝棒进行锯切以得到短棒(试验用棒长度780±5mm)；以及

6.对所述短棒进行挤压，水冷，在线淬火，时效工艺采用170℃和14小时的峰值时效制度，即得铝合金型材。

效果实施例

1.本发明制备得到的6系铝合金型材相对于7系铝合金型材的抗拉强度、屈服强度和延伸率

将上述实施例制备得到的6系铝合金型材测量抗拉强度、屈服强度和延伸率，使用的测量工具：那里试验机，卡尺等；测量方法执行GB/T228.1。测量结果见表1。

表1本发明的6系铝合金型材的抗拉强度、屈服强度和延伸率

试片序号	抗拉强度MPa	屈服强度MPa	断后伸长率％
				1	388	363	13.0
2	391	366	12.5
				3	386	363	12.8
4	387	364	12.3
				5	388	362	15.6
6	392	367	13.2
				7	389	365	12.6
8	388	363	10.6
				9	390	366	13.6
10	393	368	14.8

从表1可知，本发明通过改进6系铝合金型材的成分含量后，制备得到的6系铝合金型材的强度(抗拉强度和屈服强度)高并且挤压流动性好，抗拉强度≥380Mpa，屈服强度≥350Mpa，延伸率≥10％，而常用的7003合金的机械性能为：抗拉强度≥370Mpa，屈服强度≥345Mpa，延伸率≥10％，因此本发明的改进后的6系铝合金型材的强度可以达到7系的水平，能够代替7系合金在汽车领域进行推广应用。

2.本发明制备得到的6系铝合金型材相对于现有技术中的其他6系铝合金型材的合格率

对于本发明的上述实施例中制备得到的在正常时效状态和烘烤后状态的铝合金型材，均采用万能试验机及拉力试验机测试10个试片(由铣床制作拉伸试片)的性能，并对比6082铝合金,、新调配6082SY铝合金和本发明铝合金。6082铝合金、6082SY铝合金和本发明铝合金型材除成分含量不同之外，其他过程均相同。

不同合金所包含的成分含量见表2：

表2不同合金所对应的成分的质量百分含量(％)

相同时效工艺，不同合金材料的性能数据见表3-表5：

表3 6082合金在170℃/14H时效的性能数据：

试片序号	抗拉强度MPa	屈服强度MPa	断后伸长率％
				1	372	347	12.00
2	375	350	11.30
				3	370	347	11.50
4	371	348	10.83
				5	371	345	13.98
6	375	350	11.43
				7	372	348	11.68
8	371	346	11.53
				9	373	349	11.38
10	376	351	12.43

表4 6082SY合金在170℃/14H时效的性能数据：

试片序号	抗拉强度MPa	屈服强度MPa	断后伸长率％
				1	376	348	13.00
2	381	351	12.30
				3	374	348	12.50
4	375	349	11.83
				5	377	347	14.98
6	381	352	12.43
				7	381	350	12.68
8	377	348	12.53
				9	380	351	12.38
10	382	353	13.43

表5本发明的铝合金型材在170℃/14H时效的性能数据

不同合金在170℃/14H时效+175℃/25min烘烤后的性能数据见表6-表8：

表6 6082合金170℃/14H时效+175℃/25min烘烤后的性能数据

试片序号	抗拉强度MPa	屈服强度MPa	断后伸长率％
				1	373	345	12.23
2	376	351	12.53
				3	373	348	11.73
4	372	349	12.06
				5	375	347	14.21
6	373	351	12.66
				7	373	349	11.91
8	372	349	11.76
				9	374	350	11.61
10	374	353	12.66

表7 6082SY合金在170℃/14H时效+175℃/25min烘烤后的性能数据

表8本发明合金在170℃/14H时效+175℃/25min烘烤后的性能数据

试片序号	抗拉强度MPa	屈服强度MPa	断后伸长率％
				1	387	363	17.6
2	389	365	15.2
				3	393	369	14.0
4	391	366	15.8
				5	390	366	14.0
6	392	368	14.0
				7	391	367	12.4
8	395	372	13.0
				9	392	368	14.0
10	388	364	12.8

鉴于本发明的开发性能目标值：抗拉强度≥380Mpa，屈服强度≥350Mpa，延伸率≥10％，也是评价测试数据的合格标准。因此，综上可知，本发明、6082、6082SY的常态性能和烘烤性能的合格率如表9：

表9本发明、6082、6082SY的常态性能和烘烤性能的合格率

由表2-9可知，本发明的6系合金在170℃/14H时效+175℃/25min烘烤后的机械性能仍然满足合金开发的目标值：抗拉强度≥380Mpa，屈服强度≥350Mpa，延伸率≥10％，该目标值高于7系合金的机械强度要求。因此，相对于现有6系铝合金型材，本发明改进后的铝合金型材的强度不仅可以达到7系合金的强度水平，同时，强度更稳定，合格率更高。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种6系铝合金型材，其特征在于，包括下列重量百分比的组分：1.1～1.3％的Si、0.25～0.5％的Cu、0.95～1.15％的Mg、0.52～0.72％的Mn、余量为铝。

2.如权利要求1所述的6系铝合金型材，其特征在于，进一步包括：0.2％的Fe。

3.如权利要求1所述的6系铝合金型材，其特征在于，进一步包括：0.1％的Zn。

4.如权利要求1所述的6系铝合金型材，其特征在于，进一步包括：0.1％的Ti。

5.如权利要求1所述的6系铝合金型材，其特征在于，进一步包括：0.15％的Cr。

6.如权利要求1所述的6系铝合金型材，其特征在于，镁硅比为0.73-1.05。

7.一种6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1：将50％的铝铜合金、20％的铝硅合金、99.9％的镁锭和75％的锰剂添加到25T铝熔炼炉中的铝液中，铝液温度为740-760℃；

S2：熔炼后的铝合金采用双级过滤，过滤板目数分别为40目和60目；

S3：通过油压铸造机及浇铸盘进行连续铸造，铸造出铝棒；

S4：铝棒采用570℃，10小时保温，冷却进行均匀化；

S5：将铝棒进行锯切以得到短棒；以及

S6：对所述短棒进行挤压，水冷，在线淬火，时效工艺采用170℃和14小时的峰值时效制度，即得铝合金型材。

8.如权利要求7所述的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤S4中的冷却采用风雾冷却。

9.如权利要求7所述的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：将均匀化后的铝棒进行高倍检测，直至铝棒组织内的杂质相的晶界析出的化合物的线性尺寸≤20um，所占视场比例≤3％。

10.如权利要求7-9任一项所述的6系铝合金型材的制备方法，其特征在于，所述铝合金型材包括下列重量百分比的组分：1.1～1.3％的硅、0.25～0.5％的铜、0.95～1.15％的镁、0.52～0.72％的锰、余量为铝。