CN115351112A - 一种6061导管的制备方法 - Google Patents

一种6061导管的制备方法 Download PDF

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CN115351112A CN202210710121.XA CN202210710121A CN115351112A CN 115351112 A CN115351112 A CN 115351112A CN 202210710121 A CN202210710121 A CN 202210710121A CN 115351112 A CN115351112 A CN 115351112A
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郑旭
杨纯梅
郑平安
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Abstract

本发明提供了一种6061导管的制备方法，包括：将铸锭依次进行加热、挤压、一次退火、一次轧制、二次退火、二次轧制、淬火和时效，得到6061导管。本发明经过研究发现，管材表面橘皮的出现与材料变形过程中产生的织构有关，织构的生成与晶粒变形不均匀有关，尺寸较大的晶粒(粗晶粒)变形没有尺寸较小的晶粒(细晶粒)变形均匀，进一步细化管材晶粒是解决弯曲及扩口产生橘皮的有效方法。本发明提供的方法能够解决6061的T6态导管弯曲及扩口橘皮问题，制备得到的导管材料综合性能较高。

Description

一种6061导管的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金导管技术领域，尤其涉及一种6061导管的制备方法。
背景技术
随着我国对飞机主承力结构用第三代铝合金的研制投入，2124、7050第三代高纯铝合金的技术水平和生产能力取得了显著的进步和可喜成绩。在国外，波音和空客飞机大量采用6061铝合金管材用于系统管路，相关产品已由 SAE纳入AMS标准规范，主要规范有AMS T-7081和AMS 4081并成熟应用到飞机燃油环控等系统零件中。
近两年，国内几家铝合金导管生产厂，陆续开展6061的T6态导管的生产研究，但是在应用阶段进行弯曲和扩口时，外表面出现橘皮现象。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种6061导管的制备方法，本发明提供的方法能够避免导管的橘皮现象，制备得到性能较高的产品。
本发明提供了一种6061导管的制备方法，包括：
将铸锭依次进行加热、挤压、一次退火、一次轧制、二次退火、二次轧制、淬火和时效，得到6061导管。
优选的，所述铸锭的晶粒尺寸为一级。
优选的，所述铸锭的成分为：
0.4～0.8wt％的Si；
≤0.5wt％的Fe；
0.15～0.4wt％的Cu；
≤0.15wt％的Mn；
0.8～1.2wt％的Mg；
0.04～0.35wt％的Cr；
≤0.25wt％的Zn；
≤0.15wt％的Ti；
余量为Al。
优选的，所述铸锭的加热温度为480～500℃。
优选的，所述挤压过程中的锭温为480～500℃，筒温为440～460℃，挤压速度为1.5～2.5mm/s。
优选的，所述一次退火的温度为400～440℃。
优选的，所述一次轧制过程中的送料量优选为4～5mm。
优选的，所述二次退火的温度为400～440℃。
优选的，所述二次轧制过程中的送料量为1.0～1.5mm。
优选的，所述淬火的温度为510～530℃；
所述时效的温度为160～180℃。
6061的T6态导管折弯及扩口后，外表面质量橘皮现象比较明显，橘皮形貌如图1和图2所示。本发明经过研究发现，出现橘皮的地方，是由于晶粒尺寸偏大所致，如图3所示(
Figure RE-GDA0003899752790000021
晶粒尺寸为85.38μm)，此处的性能偏低，抗疲劳性能较差。本发明经过研究发现，管材表面橘皮的出现与材料变形过程中产生的织构有关，织构的生成与晶粒变形不均匀有关，尺寸较大的晶粒(粗晶粒)变形没有尺寸较小的晶粒(细晶粒)变形均匀，进一步细化管材晶粒是解决弯曲及扩口产生橘皮的有效方法。
附图说明
图1为6061的T6态导管弯曲橘皮图片；
图2为6061的T6态导管扩口橘皮图片；
图3为6061的T6态导管的晶粒尺寸图片；
图4为本发明实施例1和实施例2挤压后管材的截面的图片；
图5为本发明实施例1和实施例2挤压后管材的纵截面低倍组织图；
图6为本发明实施例3、实施例4和实施例5冷轧后以及冷轧退火后晶粒组织图；
图7为本发明实施例6、实施例7和实施例8二次轧后的微观组织形貌；
图8为本发明实施例7制备的导管弯曲扩口后的图片。
具体实施方式
下面将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。
本发明提供了一种6061导管的制备方法，包括：
将铸锭依次进行加热、挤压、一次退火、一次轧制、二次退火、二次轧制、淬火和时效，得到6061导管。
在本发明中，铸锭通过挤压开坯，挤压出外径和壁厚尺寸比成品管材偏大的管毛料，通过后续的中间退火及冷加工工序(轧制工序、拉拔工序)完成减径和减壁，最终通过淬火和时效热处理至T6态。
在本发明中，通过成型工艺细化晶粒尺寸，热加工阶段主要是挤压阶段，挤压后的管毛料尽可能是纤维组织，组织均匀性一致；通过适当的中间退火工艺及轧制工艺的调整，使材料拥有较好的塑性，便于后续可以大变形量冷加工，大变量冷加工是使细化晶粒的有效途径。
在本发明中，所述铸锭的晶粒尺寸优选达到一级要求(按照GB/T 3246.2 《变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法》标准检测)，本发明中6061铸锭均为1级晶粒度要求。
在本发明中，原始铸锭晶粒需要达到一级要求，铸锭原始组织达不到1级要求，通过后序的挤压-轧制-拉拔工序虽然能进一步细化晶粒尺寸，但是细化程度有限。本发明在生产6061铝合金导管时，铸锭组织为1级晶粒度要求，铸锭组织晶粒1级要求，是本领域很容易达到的。
在本发明中，所述铸锭的成分为6061成分。在本发明中，所述铸锭的成分优选为：
0.4～0.8wt％的Si；
≤0.5wt％的Fe；
0.15～0.4wt％的Cu；
≤0.15wt％的Mn；
0.8～1.2wt％的Mg；
0.04～0.35wt％的Cr；
≤0.25wt％的Zn；
≤0.15wt％的Ti；
余量为Al。
在本发明中，所述Si的质量含量优选为0.5～0.7％，更优选为0.61％；所述 Fe的质量含量优选为0.1～0.4％，更优选为0.2～0.3％，最优选为0.2％；所述Cu 的质量含量优选为0.2～0.3％，更优选为0.26％；所述Mn的质量含量优选为 0.05～0.15％，更优选为0.08～0.12％，最优选为0.1％；所述Mg的质量含量优选为0.9～1.1％，更优选为0.97％；所述Cr的质量含量优选为0.1～0.3％，更优选为 0.15～0.25％，最优选为0.2～0.25％；所述Zn的质量含量优选为0.01～0.2％，更优选为0.02～0.15％，更优选为0.02～0.1％，最优选为0.02％；所述Ti的质量含量优选为0.01～0.1％，更优选为0.02～0.08％，更优选为0.03～0.06％，最优选为0.04％。
在本发明中，所述铸锭优选为圆铸锭；所述铸锭的制备方法优选包括：
将均热态的圆锭进行锯切、车皮和镗孔，获得高精度的空心圆锭作为铸锭。
在本发明中，所述圆锭的直径优选为230～270mm，更优选为240～260mm，最优选为250mm。
在本发明中，所述空心圆锭的直径优选为222～225mm。
在本发明中，所述铸锭加热的温度优选为480～500℃，更优选为485～495℃，最优选为490℃。
在本发明中，将上述空心圆锭作为挤压坯料，所述挤压优选采用2500吨挤压机Φ230筒进行管材挤压开坯。
在本发明中，所述挤压的毛料尺寸的直径优选为40～45mm，更优选为 41～44mm，最优选为42mm；所述挤压的毛料尺寸的长度优选为3～7mm，更优选为4～6mm，最优选为5mm。
在本发明中，所述挤压过程中的锭温优选为480～500℃，更优选为 485～495℃，最优选为490℃；筒温优选为440～460℃，更优选为445～455℃，最优选为450℃；挤压速度优选为1.5～2.5mm/s，更优选为1.8～2.2mm/s，最优选为2mm/s。
在本发明中，所述一次退火过程中优选采用箱式退火炉进行退火，所述一次退火的温度优选为400～440℃，更优选为410～430℃，最优选为420℃；一次退火的保温时间优选为1.5～2.5h，更优选为2h。
在本发明中，所述一次轧制过程中优选采用周期式两辊冷轧管机，送料量优选为4～5mm，更优选为4.5mm。
在本发明中，所述二次退火过程中优选采用箱式退火炉进行退火，二次退火的温度优选为400～440℃，更优选为410～430℃，最优选为420℃；二次退火的保温时间优选为1.5～2.5h，更优选为2h。
在本发明中，所述二次轧制过程中优选采用周期式冷轧管机，送料量优选为1.0～1.5mm，更优选为1.2～1.3mm。
在本发明中，所述一次轧制和二次轧制的最终冷变形量优选≥61％，更优选为61～80％，最优选为70％。在本发明中，所述一次轧制(冷轧)后优选进行退火处理(二次退火)，所述退火处理的温度优选为400～440℃，更优选为 410～430℃，最优选为420℃；所述退火处理的时间优选为1～3h，更优选为 1.5～2.5h，最优选为2h。
在本发明中，所述二次轧制和淬火之间还可以包括：拉拔。
在本发明中，所述拉拔过程中优选采用液压拉拔机，优选进行慢速拉拔，所述拉拔的拉速优选为0.6～0.8m/s，更优选为0.7m/s。
在本发明中，所述淬火过程中优选采用立式淬火炉淬火，优选炉温均匀性要求±5℃，淬火，淬火温度优选为510～530℃，更优选为515～525℃，最优选为520℃。
在本发明中，所述时效过程中优选采用箱式退火炉进行时效，所述时效的温度优选为160～180℃，更优选为165～175℃，最优选为170℃；保温时间优选为6～10h，更优选为7～9h，最优选为8h。
在本发明中，所述6061导管的直径优选为15～25mm，更优选为18～22mm，最优选为20mm；所述6061导管的长度优选为2000～4000mm，更优选为 2500～3500mm，最优选为3000mm。
本发明提供了一种细化6061的T6态导管晶粒的制备工艺，包括：挤压Φ→轧制退火→一轧→二轧-热处理；挤压铸锭温度采用高温挤压即：铸锭温度 480～500℃，筒温440～460℃；轧制工序需要控制最小变形量，最终冷变形量≥61％。本发明提供的方法能够解决6061的T6态导管弯曲及扩口橘皮问题，材料综合性能较高。
本发明以下实施例所采用的6061铸锭的成分为：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti AL
含量(wt％) 0.61 0.2 0.26 0.10 0.97 0.25 0.02 0.04 余量
6061铸锭的晶粒尺寸为1级；对Ф250mm均热态圆锭进行锯切、车皮和镗孔，以获得高精度的Φ224/Φ103×Lmm空心圆锭作为挤压坯料。
实施例1低温挤压
将6061铸锭依次进行加热、挤压、一次退火、一次轧制、二次退火、二次轧制、拉拔、淬火和时效，得到6061导管；采用2500吨挤压机Φ230筒上进行管材挤压开坯，毛料尺寸采用Φ42×5mm。
制备过程中各工序的工艺参数如下：
工序 设备 工艺参数
加热 感应炉 430℃
挤压 正向挤压机 锭温400～420℃，筒温440～460℃，挤压速度2.0mm/s
一次退火 箱式炉 430℃/2.5h
一次轧制 周期冷轧管机 送料量≤5.0mm
二次退火 箱式炉 430℃/2.5h
二次轧制 周期冷轧管机 送料量≤1.5mm，冷轧变形量77.3％
拉拔 液压冷拉拔机 0.6～0.8m/s
淬火 立式炉 530℃
时效 箱式炉 160℃/10h
实施例2高温挤压
按照实施例1的方法制备得到6061导管，与实施例1的区别在于，制备过程中各工序的工艺参数如下：
Figure RE-GDA0003899752790000061
Figure RE-GDA0003899752790000071
实施例1和实施例2分别取不同挤压温度下的挤压管材毛料进行低倍组织测试(GB/T 3246.2《变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法》)，经低倍组织晶粒度对比发现，通过高温锭挤压开坯的管材坯料横截面低倍晶粒度相对均匀细小，而经低温锭挤压开坯的管材坯料横截面低倍组织晶粒度不均匀，管壁表层存在粗大晶粒组织，对6061合金进行高温挤压更有利挤压管坯组织的均匀性，如图4所示。6061合金高低温挤压管坯纵向截面组织如图5所示，可以明显发现，同一成分合金的高温和低温挤压的管坯组织存在明显差异，低温工艺的挤压管坯纵向截面晶粒组织出现明显分层现象，其中内壁或外壁晶粒组织出现严重的粗晶层，厚度有几百至上千微米左右，而管壁心部晶粒呈现为纤维状的变形组织(如图5中P405097、P405098和P405132)。高温工艺的挤压管坯晶粒组织表现为均匀的纤维变形组织，其外壁和外壁边缘未出现类似低温挤压管坯截面的晶粒分层现象(如图5中P405162和P405163)。采用高锭温挤压工艺有利于挤压管坯组织均匀一致性，对管坯后续冷加工具有积极作用。
实施例3冷轧变形量33.3％
将6061铸锭依次进行加热、挤压、退火、轧制(
Figure RE-GDA0003899752790000073
轧制到
Figure RE-GDA0003899752790000074
变形量33.3％)、淬火和时效，得到6061导管；采用2500吨挤压机Φ230筒上进行管材挤压开坯，毛料尺寸采用Φ42×5mm。
制备过程中各工序的工艺参数如下：
Figure RE-GDA0003899752790000072
Figure RE-GDA0003899752790000081
实施例4冷轧变形量60.7％
按照实施例3的方法制备得到6061导管，与实施例3的区别在于，轧制过程中
Figure RE-GDA0003899752790000082
轧制到
Figure RE-GDA0003899752790000083
变形量60.7％，制备过程中各工序的工艺参数如下：
工序 设备 工艺参数
加热 感应炉 490℃
挤压 正向挤压机 锭温480～500℃，筒温440～460℃，挤压速度2.0mm/s
一次退火 箱式炉 430℃/2.5h
一次轧制 周期冷轧管机 送料量≤5.0mm，冷轧变形量60.7％
淬火 立式炉 530℃
时效 箱式炉 160℃/10h
实施例5冷轧变形量80.3％
按照实施例3的方法制备得到6061导管，与实施例3的区别在于，轧制过程中
Figure RE-GDA0003899752790000084
轧制到
Figure RE-GDA0003899752790000085
变形量80.3％，制备过程中各工序的工艺参数如下：
工序 设备 工艺参数
加热 感应炉 490℃
挤压 正向挤压机 锭温480～500℃，筒温440～460℃，挤压速度2.0mm/s
一次退火 箱式炉 430℃/2.5h
一次轧制 周期冷轧管机 送料量≤5.0mm，冷轧变形量80.3％
淬火 立式炉 530℃
时效 箱式炉 160℃/10h
实施例3、实施例4和实施例5在相同中间退火或终态热处理工艺下，管材不同的冷轧变形量对管材塑性和晶粒尺寸影响较大，并且直接影响到终态管材产品的组织和性能。实施例3～实施例5采用相同成分的6061圆锭，进行热轧和不同变形量冷轧处理，在同一管毛料壁厚下，分别进行不同壁厚管材轧制，对应冷轧变形量约为33.3％、60.7％和80.3％；再对不同变形量冷轧试样进行420℃ /2h的退火处理，对比不同冷轧变形量对晶粒组织(GB/T 3246.2《变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法》)的影响，如图6所示，变形量33.3％时，晶粒尺寸为80.9μm，变形量60.7％，晶粒尺寸为35μm，变形量为80.3％时，晶粒尺寸为29.8μm。随着变形量的增加，冷轧态组织变形越均匀，退火热处理后的晶粒也越细小，为了保证材料的晶粒尺寸到达较好的效果，最终冷变形量不低于61％。
实施例6挤压Φ42X5→一轧→二轧Φ20X1(89.7％)
将6061铸锭依次进行加热、挤压、一次轧制、二次轧制、淬火和时效，得到6061导管；采用2500吨挤压机Φ230筒上进行管材挤压开坯，毛料尺寸采用Φ42×5mm。
制备过程中各工序的工艺参数如下：
工序 设备 工艺参数
加热 感应炉 490℃
挤压 正向挤压机 锭温480～500℃，筒温440～460℃，挤压速度2.0mm/s
一次轧制 周期冷轧管机 送料量≤5.0mm
二次轧制 周期冷轧管机 送料量≤1.0mm，冷轧变形量89.7％
淬火 立式炉 530℃
时效 箱式炉 160℃/10h
实施例7挤压Φ42X5→轧制退火→一轧→二轧Φ20X1(89.7％)
将6061铸锭依次进行加热、挤压、一次退火、一次轧制、二次轧制、拉拔、淬火和时效，得到6061导管；采用2500吨挤压机Φ230筒上进行管材挤压开坯，毛料尺寸采用Φ42×5mm。
制备过程中各工序的工艺参数如下：
工序 设备 工艺参数
加热 感应炉 490℃
挤压 正向挤压机 锭温480～500℃，筒温440～460℃，挤压速度2.0mm/s
一次轧制退火 箱式炉 430℃/2.5h
一次轧制 周期冷轧管机 送料量≤5.0mm
二次轧制 周期冷轧管机 送料量≤1..0mm，冷轧变形量89.7％
淬火 立式炉 530℃
时效 箱式炉 160℃/10h
实施例8挤压Φ42X5→一轧→轧制退火→二轧Φ20X1(77.4％)
将6061铸锭依次进行加热、挤压、一次轧制、退火、二次轧制、淬火和时效，得到6061导管；采用2500吨挤压机Φ230筒上进行管材挤压开坯，毛料尺寸采用Φ42×5mm。
制备过程中各工序的工艺参数如下：
工序 设备 工艺参数
加热 感应炉 490℃
挤压 正向挤压机 锭温480～500℃，筒温440～460℃，挤压速度2.0mm/s
一次轧制 周期冷轧管机 送料量≤5.0mm
一次轧制退火 箱式炉 430℃/2.5h
二次轧制 周期冷轧管机 送料量≤1..0mm，冷轧变形量77.4％
淬火 立式炉 530℃
时效 箱式炉 160℃/10h
本发明通过调整中间退火和轧制工序的生产顺序，确保产品获得最佳的成型工艺，满足使用要求。实施例6、实施例7和实施例8在相同的中间退火制度下，改变冷加工工序，冷轧后均进行空拉整径，热处理至T6态，检测制备得到的材料弯曲扩口性能(航标H4-52《导管扩口》)，实施例7制备的导管表面均没有出现橘皮现象，如图8所示。
实施例6的方案为：不采用中间退火，最终冷变形量为89.7％；挤压Φ42X5→一轧→二轧Φ20X1(89.7％)；实施例7的方案为：在一轧前中间退火，恢复材料部分塑性，最终冷变形量也为89.7％；挤压Φ42X5→轧制退火→一轧→二轧Φ20X1(89.7％)；实施例8的方案为在二轧前中间退火，消除一次轧制的加工硬化效果，恢复材料塑性，最终冷变形量为77.4％；挤压Φ42X5→一轧→轧制退火→二轧Φ20X1(77.4％)。
实施例6、实施例7和实施例8制备的产品的组织形貌如图7(a、b、c)所示，从组织分析可以看出，实施例6的方案的晶粒最为细小为24.6μm，实施例 7的方案晶粒实测尺寸为29.2μm，实施例8的方案晶粒尺寸略大为38.1μm，但是都比小变形下的晶粒尺寸小的多。在实际生产过程中，实施例6的方案在后续的冷拉拔工序中，出现了拉断、断头的情况。实施例7以及实施例8的方案未出现上述情况。为了保证材料有良好的塑性加工性能及细小的晶粒尺寸，优选实施例7的成型路线，即在挤压管毛料后增加中间退火工序，然后再进行冷加工。
本发明中，实施例3～8与实施例1～2相比，取消了拉拔工艺，进一步缩短了生产周期。
性能检测
对本发明实施例1～实施例8制备的导管进行力学性能、晶粒度等检测，结果如下：
Figure RE-GDA0003899752790000111
可以看出，从力学及组织性能看，实施例7的方法制备得到的材料延伸率较好，同时晶粒度达到1级，有利于管材后期的弯曲变形。
本发明研究了不同挤压温度(高低温)对管毛料组织的影响，得到最佳挤压温度；研究不同终态冷变形量对产品晶粒尺寸的影响；并调整中间退火和轧制工序的生产顺序，以获得最佳的成型工艺，满足使用要求。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。

Claims (10)

1.一种6061导管的制备方法，包括：
将铸锭依次进行加热、挤压、一次退火、一次轧制、二次退火、二次轧制、淬火和时效，得到6061导管。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸锭的晶粒尺寸为一级。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸锭的成分为：
0.4～0.8wt％的Si；
≤0.5wt％的Fe；
0.15～0.4wt％的Cu；
≤0.15wt％的Mn；
0.8～1.2wt％的Mg；
0.04～0.35wt％的Cr；
≤0.25wt％的Zn；
≤0.15wt％的Ti；
余量为Al。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸锭的加热温度为480～500℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挤压过程中的锭温为480～500℃，筒温为440～460℃，挤压速度为1.5～2.5mm/s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次退火的温度为400～440℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次轧制过程中的送料量优选为4～5mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次退火的温度为400～440℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次轧制过程中的送料量为1.0～1.5mm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淬火的温度为510～530℃；
所述时效的温度为160～180℃。
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CN115625226A (zh) * 2022-12-21 2023-01-20 中铝材料应用研究院有限公司 6xxx系铝合金管材及其制备方法
CN115647059A (zh) * 2022-12-26 2023-01-31 中铝材料应用研究院有限公司 6xxx系铝合金薄壁管材及其制备方法
CN115654225A (zh) * 2022-12-26 2023-01-31 中铝材料应用研究院有限公司 小口径6xxx系铝合金管材及其制备工艺

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