CN115612897A - 一种减小6082铝合金型材粗晶层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减小6082铝合金型材粗晶层的方法，包括原料预热、合金熔炼、均匀化处理、挤压处理和时效处理；在预热中，将纯铝、纯镁和Al‑Si中间合金、Al‑Mn中间合金在250℃下预热。使用该方法得到的6082铝合金型材，粗晶环深度均小于3mm，抗拉强度大于475MPa，服强度大于382MPa，伸长率大于9.8％，各项性能指标均高于标准要求。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，具体涉及一种减小6082铝合金型材粗晶层的方法。
背景技术
6082铝合金主要应用在飞机及汽车件的机身、机翼、抗剪肋板和腹板以及对强度要求高的其他结构件上，其性能会对飞机的结构和性能产生巨大影响。6082铝合金的主要合金元素是Cu、Mg、Mn，主要的杂质元素为Fe、Si，常用的热处理状态为T351、T4、T81；在6082铝合金生产过程中，通过人工时效可以有效提高6082铝合金的耐热性、抗蚀性以及屈服强度，使其具有优良的综合性能和高温抗蠕变性能，从而可用于需承受100℃以上高温的商用和军用飞机的蒙皮和发动机舱结构件；另外，该6082铝合金的抗拉强度为350-580MPa、塑性为12-20％，使其具有较高的强度、塑性、断裂韧性、疲劳寿命和抗疲劳裂纹扩展性能，使其更加适于在发动机舱等结构部件中使用。
铝合金在挤压过程中容易在表面形成粗晶环，这主要是由于金属在挤压过程中发生了再结晶晶粒的异常长大。型材表面的粗晶环不但会降低挤压制品淬火时效状态，而且对合金的力学性能和疲劳性能也会产生不利的影响。目前，消除或减少粗晶环的措施主要通过优化合金成分、控制挤压工艺及热处理工艺来实现的，但现有的措施均未能有效降低粗晶环深度，且还带来挤压力学性能下降，型材表面质量恶化，并增加淬火敏感性等一系列问题，无法满足加工领域用铝合金的要求。
因此，开发用于减小铝合金型材粗晶环的加工方法对于拓展铝合金的应用具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种减小6082铝合金型材粗晶层的方法，使用该方法得到的6082铝合金型材，粗晶环深度均小于3mm，抗拉强度大于475MPa，服强度大于382MPa，伸长率大于9.8％，各项性能指标均高于标准要求。
本发明的技术方案如下：
一种减小6082铝合金型材粗晶层的方法，包括以下步骤：
(1)原料预热：将纯铝、纯镁和Al-Si中间合金、A1-Mn中间合金在250℃条件下预热；
(2)合金熔炼：熔炼炉采用电阻炉或中频电磁感应炉，首先加入纯铝，升温将纯铝完全融化，然后加入纯镁、Al-Si中间合金和Al-Mn中间合金，待所有原料熔化后对熔体进行搅拌；熔炼完成后，熔体降温至670℃后静置处理，然后，倒入冷却结晶器中，使用铸造机以30℃/min进行直冷式半连续铸造，得到合金铸棒；
(3)采用双级均匀化制度将所述铸棒进行均匀化处理得到双极均质铸棒；
(4)将双级均质铸棒进行车皮加工；
(5)将扒皮后的铸棒进行挤压处理得到挤压型材；
(6)当挤压型材的温度小于50℃时，对其进行拉伸矫直，得到制品；
(7)将制品进行时效，得到6082铝合金型材。
优选的，在步骤(1)中，按质量百分数计，6082铝合金铸棒的合金元素组成为：Mg：0.6-1.2％，Si：0.7-3％，Mn：0.4-1.0％，Fe：0.5％，Cr：0.25％，Zn：0.20％，Ti：0.20％，Cu：0.1％，其他单个元素≤0.030％，其他杂质元素合计≤0.100％，余量为Al。
优选的，在步骤(2)中，将纯Al置于坩埚中，升温至680-760℃，保温使纯Al完全熔化，然后依次加入纯Mg、Al-Si中间合金和Al-Mn中间合金，在680-760℃温度条件下机械搅拌15-30min，然后静置15-30min，得到合金熔体；采用金属模水冷凝固工艺将合金熔体制成铸棒，得到合金铸棒。
优选的，在步骤(3)中，将合金铸棒置于电阻加热炉中，进行双级均匀化处理，具体为：先在310-330℃下保温10-15h，然后升温至460-490℃下保温4-8h。
优选的，双级均匀化处理，具体为：先在320℃下保温13h，然后升温至570℃下保温5h。
优选的，在步骤(5)中，挤压处理的过程为：先将扒皮后的铸棒和挤压模具在430-470℃预热2-4h，然后在挤压比为15∶1、挤压速度为2-4m/min的条件下，进行正向挤压。
优选的，挤压处理的过程为：先将扒皮后的铸棒和挤压模具在440℃预热3h，然后在挤压比为15∶1、挤压速度为3m/min的条件下，进行正向挤压。
优选的，在步骤(7)中，将制品在160-180℃条件下进行时效处理8-24h，得到细晶铝合金。
将上述方法得到的6082铝合金型材。
6082铝合金铸棒中，合金主元素含量及其比例不仅影响合金基体的析出及粗晶环的产生，而且影响晶体学界面上析出的热力学与动力学过程，从而影响合金的强度、韧性和损伤容限以及淬火敏感性等；微量元素决定弥散相界面的性质，从而影响材料的性能。因此，本发明中，对6082铝合金铸棒中的合金元素组成进行优化，按质量百分数计，6082铝合金铸棒的合金元素组成包括：Mg：0.6-1.2％，Si：0.7-3％，Mn：0.4-1.0％，Fe：0.5％，Cr：0.25％，Zn：0.20％，Ti：0.20％，Cu：0.1％，其他单个元素≤0.030％，其他杂质元素合计≤0.100％，余量为Al。
在6082铝合金中，Si/Mg比直接影响合金强化相的种类和数量，进而影响其强度等性能；6082铝合金中的Zr元素可使弥散相与基体形成共格界面，起到细化晶粒的作用，提高合金的淬透性、韧性和抗腐蚀等性能，Zr在铝基中形成Al3Zr，可与熔体产生包晶反应，而成为非自发核心，起细化作用；Fe、Si杂质元素的存在会导致硬脆粗大金属间化合物的形成，其难以和基体协调一致塑性变形，容易产生微裂纹，成为宏观裂纹源或破碎形成裂纹，降低合金的塑性和断裂韧性等，因此，在本发明中，严格控制6082铝合金铸棒中的Si/Mg比。
Mn元素在一定含量范围内，可使型材的粗晶环明显变浅，且Mn能与Al形成MnAl6金属化合物，在热挤压变形过程中，MnAl6粒子对于晶界的迁移起到阻碍和钉扎的作用，使铝合金不均匀变形程度降低，降低了再结晶驱动力。铝合金的正向挤压使金属处于三向受力状态，在晶界析出的部分MnAl6第二相粒子通过影响位错的多边形化和小角度亚晶的稳定化，从而降低了晶粒形核率及长大速率，使动力学意义上的再结晶温度提高。MnAl6的另一作用是能溶解杂质Fe，形成(FeMn)Al6，减小Fe的有害影响。但Mn元素的含量不能太高，否则将形成粗大的脆性化合物，降低合金的塑性。因此，本发明中，通过选择适量的Cu、Mg、Mn元素，并控制Fe、Si等杂质元素的含量，从化学成分方面为实现挤压棒材具有较优的力学性能和减小粗晶环的目的提供了有利条件。
Cr元素与Al基体发生反应生成大量高熔点的Al7Cr化合物，在合金熔体凝固的过程中起到异质形核的作用，从而细化了合金的铸态组织。此外，还有部分将溶解于基体中形成过饱和固溶体，铸棒在随后热处理和热加工过程中发生过饱和固溶体分解，析出细小Al7Cr化合物等弥散相，这些弥散相具有高密度和高热稳定性，在合金热处理和热变形过程中钉扎位错和晶界，阻碍位错重排及晶界迁移，起到减小变形晶粒的作用。
本实施例添加Ti，主要作用是细化铸造组织，减小开裂倾向，提高材料力学性能。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、通过本发明方法得到的6082铝合金型材，粗晶环深度均小于3mm，抗拉强度大于475MPa，服强度大于382MPa，伸长率大于9.8％，各项性能指标均高于标准要求。
2、本发明的方法，合金元素组成配制原料，并熔炼、铸造成铸棒；采用双级均匀化制度将铸棒均匀化处理；将均质铸棒进行扒皮处理、挤压处理，得到挤压型材，该加工方法可有效抑制2024铝合金挤压型材粗晶环，最终制品的各项性能指标均高于标准要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1合金的显微组织照片。
图2为本发明实施例2合金的显微组织照片。
图3为本发明实施例3合金的显微组织照片。
图4为本发明实施例4合金的显微组织照片。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种6082铝合金型材，其是按照以下加工方法制得：
按照6082铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼、铸造成铸棒，合金元素组成包括：Mg：0.6％，Si：0.7％，Mn：0.4％，Fe：0.5％，Cr：0.25％，Zn：0.20％，Ti：0.20％，Cu：0.1％，其他单个元素≤0.030％，其他杂质元素合计≤0.100％，Al：余量；
(1)原料预热：将纯铝、纯镁和Al-Si中间合金、A1-Mn中间合金在250℃条件下预热；
(2)合金熔炼：将纯A1置于坩埚中，升温至700℃，将纯Al完全融化，然后加入纯镁、Al-Si中间合金和Al-Mn中间合金，在700℃温度条件下机械搅拌25min，然后静置20min，得到合金熔体；熔炼完成后，熔体降温至670℃后静置处理，然后，倒入冷却结晶器中，使用铸造机以30℃/min进行直冷式半连续铸造，得到合金铸棒；
(3)采用双级均匀化制度将所述铸棒进行均匀化处理得到双极均质铸棒；具体的，将合金铸棒置于电阻加热炉中，在320℃下保温13h，然后升温至570℃下保温5h，完成后将铸棒空冷至室温；
(4)将双级均质铸棒进行车皮加工φ400mm，
(5)将扒皮后的铸棒进行挤压处理得到挤压型材；
具体的，挤压处理的过程为：先将扒皮后的铸棒和挤压模具在440℃预热3h，然后在挤压比为15：1、挤压速度为3m/min的条件下，进行正向挤压；
(6)当挤压型材的温度小于50℃时，对其进行拉伸矫直，得到制品；
(7)将制品进行时效，具体的，将制品在180℃条件下进行时效处8h，得到6082铝合金型材，该6082铝合金型材具有良好的强度和塑性。
实施例2
本实施例提供一种6082铝合金型材，合金元素组成包括：Mg：1.0％，Si：1.0％，Mn：0.6％，Fe：0.2％，Cr：0.25％，Zn：0.20％，Ti：0.20％，Cu：0.1％，其他：单个0.030％，合计0.100％，Al：余量。
加工方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供一种6082铝合金型材，合金元素组成包括：Mg：1.2％，Si：0.9％，Mn：0.9％，Fe：0.2％，Cr：0.25％，Zn：0.20％，Ti：0.20％，Cu：0.1％，其他：单个0.030％，合计0.100％，Al：余量。
加工方法同实施例1。
对比例1
对比例1提供一种6082铝合金型材，合金元素组成包括：Mg：0.9％，Si：0.8％，Mn：0.5％，Fe：0.3％，Cr：0.25％，Zn：0.20％，Ti：0.20％，Cu：0.1％，Al：余量。
加工方法同实施例1。
对比例2
对比例1提供一种6082铝合金型材，合金元素组成包括：Mg：1.2％，Si：0.9％，Mn：0.6％，Fe：0.3％，Cr：0.25％，Zn：0.20％，Ti：0.20％，Cu：0.1％，Al：余量。
(1)原料预热：将纯铝、纯镁和Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金在250℃条件下预热；
(2)合金熔炼：将纯Al置于坩埚中，升温至700℃，将纯Al完全融化，然后加入纯镁、Al-Si中间合金和A1-Mn中间合金，在700℃温度条件下机械搅拌25min，然后静置20min，得到合金熔体；熔炼完成后，熔体降温至670℃后静置处理，然后，倒入冷却结晶器中，使用铸造机以30℃/min进行直冷式半连续铸造，得到合金铸棒；
(3)采用单级均匀化制度将所述铸棒进行均匀化处理得到单极均质铸棒；具体的，将合金铸棒置于电阻加热炉中，升温至570℃下保温12h，完成后将铸棒空冷至室温；
(4)将单级均质铸棒进行车皮加工φ400mm，
(5)将扒皮后的铸棒进行挤压处理得到挤压型材；
具体的，挤压处理的过程为：先将扒皮后的铸棒和挤压模具在440℃预热3h，然后在挤压比为15∶1、挤压速度为3m/min的条件下，进行正向挤压；
(6)当挤压型材的温度小于50℃时，对其进行拉伸矫直，得到制品；
(7)将制品进行时效，具体的，将制品在175℃条件下进行时效处理8h，得到6082铝合金型材，该6082铝合金型材具有良好的强度和塑性。
对实施例1-3和对比例1-2的6082铝合金型材进行检测对比，检测结果列在表1中。
表1铝合金的力学性能
| 合金 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 粗晶环深度/mm | 2 | 1.5 | 2.5 | 3.2 | 3.5 |
| 抗拉强度/MPa | 448 | 459 | 475 | 461 | 455 |
| 屈服强度/MPa | 361 | 375 | 382 | 384 | 371 |
| 延伸率/％ | 9.1 | 9.2 | 9.8 | 10.4 | 11.1 |
通过上表可以看出，按照本发明实施例的加工方法得到的6082铝合金型材的各项性能指标均高于标准要求，粗晶环深度均小于3mm，抗拉强度大于475MPa，服强度大于382MPa，伸长率大于9.8％。
综上所述，本发明实施例的用于减小铝合金型材粗晶环的加工方法可有效减小6082铝合金挤压型材粗晶环，最终制品的各项性能指标均高于标准要求；本发明实施例的铝合金型材的强度、韧性大幅提高，满足汽车用铝合金要求。
尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种减小6082铝合金型材粗晶层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料预热：将纯铝、纯镁和Al-Si中间合金、Al-Mn中间合金在250℃条件下预热；
(2)合金熔炼：熔炼炉采用电阻炉或中频电磁感应炉，首先加入纯铝，升温将纯铝完全融化，然后加入纯镁、Al-Si中间合金和A1-Mn中间合金，待所有原料熔化后对熔体进行搅拌；熔炼完成后，熔体降温至670℃后静置处理，然后，倒入冷却结晶器中，使用铸造机以30℃/min进行直冷式半连续铸造，得到合金铸棒；
(3)采用双级均匀化制度将铸棒进行均匀化处理得到双极均质铸棒；
(4)将双级均质铸进行车皮加工；
(5)将扒皮后的铸棒进行挤压处理得到挤压型材；
(6)当挤压型材的温度小于50℃时，对其进行拉伸矫直，得到制品；
(7)将制品进行时效，得到6082铝合金型材。
2.如权利要求1所述的减小6082铝合金型材粗晶层的方法，其特征在于，在步骤(1)中，按质量百分数计，6082铝合金铸棒的合金元素组成为：Mg：0.6-1.2％，Si：0.7-3％，Mn：0.4-1.0％，Fe：0.5％，Cr：0.25％，Zn：0.20％，Ti：0.20％，Cu：0.1％，其他单个元素≤0.030％，其他杂质元素合计≤0.100％，余量为Al。
3.如权利要求1所述的减小6082铝合金型材粗晶层的方法，其特征在于，在步骤(2)中，将纯A1置于坩埚中，升温至680-760℃，保温使纯Al完全熔化，然后依次加入纯Mg、Al-Si中间合金和Al-Mn中间合金，在680-760℃温度条件下机械搅拌15-30min，然后静置15-30min，得到合金熔体；采用金属模水冷凝固工艺将合金熔体制成铸棒，得到合金铸棒。
4.如权利要求1所述的减小6082铝合金型材粗晶层的方法，其特征在于，在步骤(3)中，将合金铸棒置于电阻加热炉中，进行双级均匀化处理，具体为：先在310-330℃下保温10-15h，然后升温至460-490℃下保温4-8h。
5.如权利要求4所述的减小6082铝合金型材粗晶层的方法，其特征在于，双级均匀化处理，具体为：先在320℃下保温13h，然后升温至570℃下保温5h。
6.如权利要求1所述的减小6082铝合金型材粗晶层的方法，其特征在于，在步骤(5)中，挤压处理的过程为：先将扒皮后的铸棒和挤压模具在430-470℃预热2-4h，然后在挤压比为15∶1、挤压速度为2-4m/min的条件下，进行正向挤压。
7.如权利要求6所述的减小6082铝合金型材粗晶层的方法，其特征在于，挤压处理的过程为：先将扒皮后的铸棒和挤压模具在440℃预热3h，然后在挤压比为15∶1、挤压速度为3m/min的条件下，进行正向挤压。
8.如权利要求1所述的减小6082铝合金型材粗晶层的方法，其特征在于，在步骤(7)中，将制品在160-180℃条件下进行时效处理8-24h。
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