CN114836640A - 一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，本发明通过在铝合金中添加一定质量比的锰原料，锰元素因为溶于铝合金中，在合金中保持相应浓度的MnAl6质点的温度较高，改变了晶核剧烈长大的温度，能提高再结晶温度，其形成的MnAl6化合物可阻止再结晶晶粒的长大，在保持淬火加热温度不变情况下，增加锰含量可以防止粗晶环的生成，从而消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶，本发明通过铝合金挤压模具内预先涂抹润滑油，润滑挤压能降低变形金属和挤压筒内壁间的剧烈摩擦，减小晶粒破碎程度。使铝挤压型材在后续的淬火、保温、冷却各个过程中，晶粒不易长大，进而也可以消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶。

Description

一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法
技术领域
本发明涉及铝合金挤压件技术领域，具体是一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法。
背景技术
铝合金筒体类挤压件是铝棒通过热熔、挤压、从而得到不同圆形截面形状的铝材料，铝合金筒体类挤压件的生产流程主要包括熔铸、挤压和上色三个过程，一些铝合金筒体类挤压件在挤压及热处理后，在其周边出现一层粗大晶粒组织，通常称为粗晶环，粗晶环是铝合金铝挤压型材中的主要缺陷之一，当断面形成相当大部分的粗晶区域时，材料的力学性能、疲劳强度显著降低，造成铝挤压型材的报废。
粗晶环产生的机理是由于模子形状约束与坯料和挤压筒壁之间的剧烈摩擦作用造成金属流动不均匀，外层金属流动滞后于内层金属，在摩擦力和附加应力作用下外层金属所承受的变形程度比内层大，晶粒受到严重的剪切变形，晶粒和晶界化合物遭到严重破坏，晶粒内部和晶粒间积累较高的畸变能，从而使外层金属再结晶温度低，容易发生再结晶并长大，形成粗晶组织。
国内外研究学者通过大量的实验对粗晶环的机理进行了有益研究，但是目前尚未形成统一的看法，行业内较为认同的观点是根据粗晶环的出现时间，将其分为两类，第一类是挤压过程中出现的粗晶环，第二类是铝挤压型材在热处理过程中出现的粗晶环，因此，如何消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶成为目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，所述该方法包括以下步骤，
S1：首先将纯度99.99％的精纯铝锭置入熔炼炉中以715-748℃的温度融化成铝液，进行扒渣处理；
S2：根据计算值添加加入质量比为0.8％-0.9％的锰原料以及其它相关金属或元素，在熔炼炉内完全溶解后开启搅拌设备充分均匀搅拌铝液，进行精炼扒渣处理；
S3：然后将配比好的铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材；
S4：再然后对铝合金棒材挤压模具内涂抹润滑油，进行模具润滑处理，在将铝合金棒材在润滑油润滑作用下通过挤压设备与挤压模具配合挤压成型；
S5：最后对铝合金筒体类挤压件进行淬火、保温和冷却处理，便可制得没有表面粗晶的的铝合金筒体类挤压件。
作为本发明进一步的方案：所述S2中需对铝液进行成分检测，当发现铝液中锰原料占比低于0.8％时，需根据检测结果补充锰原料，当发现铝液中锰原料占比高于0.9％时，需要再额外添加熔炼后的铝液以及其它相关金属或元素，使混合液体中锰成分占比刚好达到0.8％-0.9％之间，然后再进行搅拌均匀混合。
作为本发明再进一步的方案：所述S3中在对铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材时，铸造温度为500℃。
作为本发明再进一步的方案：所述S4中在对挤压模具进行润滑油涂抹前，需要将挤压模具放置在加热炉中进行预热处理，预热处理的温度为320℃～420℃。
作为本发明再进一步的方案：所述S4中在涂抹润滑油时，润滑油覆盖范围包括模具与铝合金筒体类挤压件接触的所有内腔壁，润滑油涂抹遍数≥3。
作为本发明再进一步的方案：所述S5中对挤压件进行淬火、保温和冷却处理时，保温时间为3-5小时，冷却方式为风冷，冷却需至室温。
作为本发明再进一步的方案：所述S2中组成铝合金的主要元素除锰以外还包括铜、硅、镁、锌，次要元素包括镍、铁、钛、铬、锂等。
作为本发明再进一步的方案：所述S4中挤压速度18-20m/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过在铝合金中添加一定质量比的锰原料，锰元素因为溶于铝合金中，在合金中保持相应浓度的MnAl6质点的温度较高，改变了晶核剧烈长大的温度，能提高再结晶温度，其形成的MnAl6化合物可阻止再结晶晶粒的长大，在保持淬火加热温度不变情况下，增加锰含量可以防止粗晶环的生成，从而消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶。
2、本发明通过铝合金挤压模具内预先涂抹润滑油，润滑挤压能降低变形金属和挤压筒内壁间的剧烈摩擦，减小晶粒破碎程度。使铝挤压型材在后续的淬火、保温、冷却各个过程中，晶粒不易长大，进而也可以消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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做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。
实施例1
一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，该方法包括以下步骤，
S1：首先将纯度99.99％的精纯铝锭置入熔炼炉中以715-748℃的温度融化成铝液，进行扒渣处理；
S2：根据计算值添加加入质量比为0.8％-0.9％的锰原料以及其它相关金属或元素，在熔炼炉内完全溶解后开启搅拌设备充分均匀搅拌铝液，进行精炼扒渣处理；
S3：然后将配比好的铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材；
S4：再然后对铝合金棒材挤压模具内涂抹润滑油，进行模具润滑处理，在将铝合金棒材在润滑油润滑作用下通过挤压设备与挤压模具配合挤压成型；
S5：最后对铝合金筒体类挤压件进行淬火、保温和冷却处理，便可制得没有表面粗晶的的铝合金筒体类挤压件。
S2中需对铝液进行成分检测，当发现铝液中锰原料占比低于0.8％时，需根据检测结果补充锰原料，当发现铝液中锰原料占比高于0.9％时，需要再额外添加熔炼后的铝液以及其它相关金属或元素，使混合液体中锰成分占比刚好达到0.8％-0.9％之间，然后再进行搅拌均匀混合。
S3中在对铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材时，铸造温度为500℃。
S4中在对挤压模具进行润滑油涂抹前，需要将挤压模具放置在加热炉中进行预热处理，预热处理的温度为320℃～420℃。
S4中在涂抹润滑油时，润滑油覆盖范围包括模具与铝合金筒体类挤压件接触的所有内腔壁，润滑油涂抹遍数≥3。
S5中对挤压件进行淬火、保温和冷却处理时，保温时间为3-5小时，冷却方式为风冷，冷却需至室温。
S2中组成铝合金的主要元素除锰以外还包括铜、硅、镁、锌，次要元素包括镍、铁、钛、铬、锂等。
S4中挤压速度18-20m/min，该挤压速度相对较慢，当挤压速度较低时，金属流动速度慢，金属与模子及挤压筒壁的摩擦减小，使得内外层金属流速差减小，产生的剪切变形较弱，剪切变形能够使得金属畸变能提高，有利于再结晶的形成，同时提高了金属的局部温度，促进了再结晶形核和长大，因此通过减弱剪切变形能力，可以在一定程度上可以控制粗晶环的产生。
实施例2
S1：首先将纯度99.99％的精纯铝锭置入熔炼炉中以715-748℃的温度融化成铝液，进行扒渣处理；
S2：根据计算值添加加入质量比为0.8％-0.9％的锰原料以及其它相关金属或元素，在熔炼炉内完全溶解后开启搅拌设备充分均匀搅拌铝液，进行精炼扒渣处理；
S3：然后将配比好的铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材；
S4：再然后对铝合金棒材挤压模具内涂抹润滑油，进行模具润滑处理，在将铝合金棒材在润滑油润滑作用下通过挤压设备与挤压模具配合挤压成型；
S5：最后对铝合金筒体类挤压件进行淬火、保温和冷却处理，便可制得没有表面粗晶的的铝合金筒体类挤压件。
S2中需对铝液进行成分检测，当发现铝液中锰原料占比低于0.8％时，需根据检测结果补充锰原料，当发现铝液中锰原料占比高于0.9％时，需要再额外添加熔炼后的铝液以及其它相关金属或元素，使混合液体中锰成分占比刚好达到0.8％-0.9％之间，然后再进行搅拌均匀混合。
S3中在对铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材时，铸造温度为500℃。
S4中在对挤压模具进行润滑油涂抹前，需要将挤压模具放置在加热炉中进行预热处理，预热处理的温度为320℃～420℃。
S4中在涂抹润滑油时，润滑油覆盖范围包括模具与铝合金筒体类挤压件接触的所有内腔壁，润滑油涂抹遍数≥3。
S5中对挤压件进行淬火、保温和冷却处理时，保温时间为3-5小时，冷却方式为风冷，冷却需至室温。
S2中组成铝合金的主要元素除锰以外还包括铜、硅、镁、锌，次要元素包括镍、铁、钛、铬、锂等。
S4中挤压速度18-20m/min，该挤压速度相对较慢，当挤压速度较低时，金属流动速度慢，金属与模子及挤压筒壁的摩擦减小，使得内外层金属流速差减小，产生的剪切变形较弱，剪切变形能够使得金属畸变能提高，有利于再结晶的形成，同时提高了金属的局部温度，促进了再结晶形核和长大，因此通过减弱剪切变形能力，可以在一定程度上可以控制粗晶环的产生。
按照实施例1加工成型后的铝合金筒体类挤压件表面未发现粗晶产生。
实施例2
S1：首先将纯度99.99％的精纯铝锭置入熔炼炉中以715-748℃的温度融化成铝液，进行扒渣处理；
S2：根据计算值添加加入质量比为0.6％-0.7％的锰原料以及其它相关金属或元素，在熔炼炉内完全溶解后开启搅拌设备充分均匀搅拌铝液，进行精炼扒渣处理；
S3：然后将配比好的铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材；
S4：再然后对铝合金棒材挤压模具内涂抹润滑油，进行模具润滑处理，在将铝合金棒材在润滑油润滑作用下通过挤压设备与挤压模具配合挤压成型；
S5：最后对铝合金筒体类挤压件进行淬火、保温和冷却处理，便可制得没有表面粗晶的的铝合金筒体类挤压件。
S2中需对铝液进行成分检测，当发现铝液中锰原料占比低于0.6％时，需根据检测结果补充锰原料，当发现铝液中锰原料占比高于0.7％时，需要再额外添加熔炼后的铝液以及其它相关金属或元素，使混合液体中锰成分占比刚好达到0.6％-0.7％之间，然后再进行搅拌均匀混合。
S3中在对铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材时，铸造温度为500℃。
S4中在对挤压模具进行润滑油涂抹前，需要将挤压模具放置在加热炉中进行预热处理，预热处理的温度为320℃～420℃。
S4中在涂抹润滑油时，润滑油覆盖范围包括模具与铝合金筒体类挤压件接触的所有内腔壁，润滑油涂抹遍数≥3。
S5中对挤压件进行淬火、保温和冷却处理时，保温时间为3-5小时，冷却方式为风冷，冷却需至室温。
S2中组成铝合金的主要元素除锰以外还包括铜、硅、镁、锌，次要元素包括镍、铁、钛、铬、锂等。
S4中挤压速度18-20m/min。
按照实施例2加工成型后的铝合金筒体类挤压件表面发现少量粗晶产生。
实施例3
S1：首先将纯度99.99％的精纯铝锭置入熔炼炉中以715-748℃的温度融化成铝液，进行扒渣处理；
S2：根据计算值添加加入质量比为0.4％-0.5％的锰原料以及其它相关金属或元素，在熔炼炉内完全溶解后开启搅拌设备充分均匀搅拌铝液，进行精炼扒渣处理；
S3：然后将配比好的铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材；
S4：再然后对铝合金棒材挤压模具内涂抹润滑油，进行模具润滑处理，在将铝合金棒材在润滑油润滑作用下通过挤压设备与挤压模具配合挤压成型；
S5：最后对铝合金筒体类挤压件进行淬火、保温和冷却处理，便可制得没有表面粗晶的的铝合金筒体类挤压件。
S2中需对铝液进行成分检测，当发现铝液中锰原料占比低于0.4％时，需根据检测结果补充锰原料，当发现铝液中锰原料占比高于0.5％时，需要再额外添加熔炼后的铝液以及其它相关金属或元素，使混合液体中锰成分占比刚好达到0.4％-0.5％之间，然后再进行搅拌均匀混合。
S3中在对铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材时，铸造温度为500℃。
S4中在对挤压模具进行润滑油涂抹前，需要将挤压模具放置在加热炉中进行预热处理，预热处理的温度为320℃～420℃。
S4中在涂抹润滑油时，润滑油覆盖范围包括模具与铝合金筒体类挤压件接触的所有内腔壁，润滑油涂抹遍数≥3。
S5中对挤压件进行淬火、保温和冷却处理时，保温时间为3-5小时，冷却方式为风冷，冷却需至室温。
S2中组成铝合金的主要元素除锰以外还包括铜、硅、镁、锌，次要元素包括镍、铁、钛、铬、锂等。
S4中挤压速度18-20m/min，该挤压速度相对较慢，当挤压速度较低时，金属流动速度慢，金属与模子及挤压筒壁的摩擦减小，使得内外层金属流速差减小，产生的剪切变形较弱，剪切变形能够使得金属畸变能提高，有利于再结晶的形成，同时提高了金属的局部温度，促进了再结晶形核和长大，因此通过减弱剪切变形能力，可以在一定程度上可以控制粗晶环的产生。
按照实施例3加工成型后的铝合金筒体类挤压件表面发现中量粗晶产生。
实施例4
S1：首先将纯度99.99％的精纯铝锭置入熔炼炉中以715-748℃的温度融化成铝液，进行扒渣处理；
S2：根据计算值添加加入质量比为0.3％-0.4％的锰原料以及其它相关金属或元素，在熔炼炉内完全溶解后开启搅拌设备充分均匀搅拌铝液，进行精炼扒渣处理；
S3：然后将配比好的铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材；
S4：再然后对铝合金棒材挤压模具内涂抹润滑油，进行模具润滑处理，在将铝合金棒材在润滑油润滑作用下通过挤压设备与挤压模具配合挤压成型；
S5：最后对铝合金筒体类挤压件进行淬火、保温和冷却处理，便可制得没有表面粗晶的的铝合金筒体类挤压件。
S2中需对铝液进行成分检测，当发现铝液中锰原料占比低于0.3％时，需根据检测结果补充锰原料，当发现铝液中锰原料占比高于0.4％时，需要再额外添加熔炼后的铝液以及其它相关金属或元素，使混合液体中锰成分占比刚好达到0.3％-0.4％之间，然后再进行搅拌均匀混合。
S3中在对铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材时，铸造温度为500℃。
S4中在对挤压模具进行润滑油涂抹前，需要将挤压模具放置在加热炉中进行预热处理，预热处理的温度为320℃～420℃。
S4中在涂抹润滑油时，润滑油覆盖范围包括模具与铝合金筒体类挤压件接触的所有内腔壁，润滑油涂抹遍数≥3。
S5中对挤压件进行淬火、保温和冷却处理时，保温时间为3-5小时，冷却方式为风冷，冷却需至室温。
S2中组成铝合金的主要元素除锰以外还包括铜、硅、镁、锌，次要元素包括镍、铁、钛、铬、锂等。
S4中挤压速度18-20m/min，该挤压速度相对较慢，当挤压速度较低时，金属流动速度慢，金属与模子及挤压筒壁的摩擦减小，使得内外层金属流速差减小，产生的剪切变形较弱，剪切变形能够使得金属畸变能提高，有利于再结晶的形成，同时提高了金属的局部温度，促进了再结晶形核和长大，因此通过减弱剪切变形能力，可以在一定程度上可以控制粗晶环的产生。
按照实施例4加工成型后的铝合金筒体类挤压件表面发现大量粗晶。
实施例5
S1：首先将纯度99.99％的精纯铝锭置入熔炼炉中以715-748℃的温度融化成铝液，进行扒渣处理；
S2：根据计算值添加加入质量比为0.9％-1.0％的锰原料以及其它相关金属或元素，在熔炼炉内完全溶解后开启搅拌设备充分均匀搅拌铝液，进行精炼扒渣处理；
S3：然后将配比好的铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材；
S4：再然后对铝合金棒材挤压模具内涂抹润滑油，进行模具润滑处理，在将铝合金棒材在润滑油润滑作用下通过挤压设备与挤压模具配合挤压成型；
S5：最后对铝合金筒体类挤压件进行淬火、保温和冷却处理，便可制得没有表面粗晶的的铝合金筒体类挤压件。
S2中需对铝液进行成分检测，当发现铝液中锰原料占比低于0.9％时，需根据检测结果补充锰原料，当发现铝液中锰原料占比高于1.0％时，需要再额外添加熔炼后的铝液以及其它相关金属或元素，使混合液体中锰成分占比刚好达到0.9％-1.0％之间，然后再进行搅拌均匀混合。
S3中在对铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材时，铸造温度为500℃。
S4中在对挤压模具进行润滑油涂抹前，需要将挤压模具放置在加热炉中进行预热处理，预热处理的温度为320℃～420℃。
S4中在涂抹润滑油时，润滑油覆盖范围包括模具与铝合金筒体类挤压件接触的所有内腔壁，润滑油涂抹遍数≥3。
S5中对挤压件进行淬火、保温和冷却处理时，保温时间为3-5小时，冷却方式为风冷，冷却需至室温。
S2中组成铝合金的主要元素除锰以外还包括铜、硅、镁、锌，次要元素包括镍、铁、钛、铬、锂等。
S4中挤压速度18-20m/min，该挤压速度相对较慢，当挤压速度较低时，金属流动速度慢，金属与模子及挤压筒壁的摩擦减小，使得内外层金属流速差减小，产生的剪切变形较弱，剪切变形能够使得金属畸变能提高，有利于再结晶的形成，同时提高了金属的局部温度，促进了再结晶形核和长大，因此通过减弱剪切变形能力，可以在一定程度上可以控制粗晶环的产生。
按照实施例5加工成型后的铝合金筒体类挤压件表面发现极少量粗晶。
综合比较实施例1-5，可以明显发现，当锰原料在铝合金原料中占比为0.8-0.9时，能够除铝合金筒体类挤压件表面粗晶。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，其特征在于：所述该方法包括以下步骤，
S1：首先将纯度99.99％的精纯铝锭置入熔炼炉中以715-748℃的温度融化成铝液，进行扒渣处理；
S2：根据计算值添加加入质量比为0.8％-0.9％的锰原料以及其它相关金属或元素，在熔炼炉内完全溶解后开启搅拌设备充分均匀搅拌铝液，进行精炼扒渣处理；
S3：然后将配比好的铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材；
S4：再然后对铝合金棒材挤压模具内涂抹润滑油，进行模具润滑处理，在将铝合金棒材在润滑油润滑作用下通过挤压设备与挤压模具配合挤压成型；
S5：最后对铝合金筒体类挤压件进行淬火、保温和冷却处理，便可制得没有表面粗晶的的铝合金筒体类挤压件。
2.根据权利要求1所述的一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，其特征在于：所述S2中需对铝液进行成分检测，当发现铝液中锰原料占比低于0.8％时，需根据检测结果补充锰原料，当发现铝液中锰原料占比高于0.9％时，需要再额外添加熔炼后的铝液以及其它相关金属或元素，使混合液体中锰成分占比刚好在0.8％-0.9％之间，然后再进行搅拌均匀混合。
3.根据权利要求1所述的一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，其特征在于：所述S3中在对铝液再次熔炼铸造成铝合金棒材时，铸造温度为500℃。
4.根据权利要求1所述的一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，其特征在于：所述S4中在对挤压模具进行润滑油涂抹前，需要将挤压模具放置在加热炉中进行预热处理，预热处理的温度为320℃～420℃。
5.根据权利要求1所述的一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，其特征在于：所述S4中在涂抹润滑油时，润滑油覆盖范围包括模具与铝合金筒体类挤压件接触的所有内腔壁，润滑油涂抹遍数≥3。
6.根据权利要求1所述的一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，其特征在于：所述S5中对挤压件进行淬火、保温和冷却处理时，保温时间为3-5小时，冷却方式为风冷，冷却需至室温。
7.根据权利要求1所述的一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，其特征在于：所述S2中组成铝合金的主要元素除锰以外还包括铜、硅、镁、锌，次要元素包括镍、铁、钛、铬、锂等。
8.根据权利要求1所述的一种消除铝合金筒体类挤压件表面粗晶的方法，其特征在于：所述S4中挤压速度18-20m/min。
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