CN115927983A - 6系铝合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种6系铝合金板材的制备方法,包括配料、熔炼、除气过滤、铸造、均匀化处理、锯切、淬火、人工时效、表面平整度处理;在均匀化处理时,将均匀化炉内温度调节至100‑150℃,将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内,并加热至380‑440℃,保温8‑12h,然后将均匀化炉内的温度调节至480‑560℃,并保温3‑6h;在淬火时,将淬火炉内的温度调节至560‑570℃,然后将切片后的铸锭投入至淬火炉内,当铸锭温度达到指定温度时,对铸锭进行保温,保温时间为0.5‑8h;然后对铸锭进行冷却,并使铸锭厚度中心部分的冷却速度大于100℃/h。本发明的制备方法能有效降低板材的残余内应力,提高成品质量。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域,尤其涉及一种6系铝合金板材的制备方法。
背景技术
铝合金因比重轻、成型时回弹小、强度高、塑性好,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性的特点,被广泛应用在交通运输、机械电子、模具、精密仪器等领域。铝合金系列品种较多,其中,6系铝合金是以镁、硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金,属于热处理可强化铝合金,广泛应用于液晶板、半导体设备及真空设备中。通常6系铝合金,如6061系列主要通过压延板材经自然时效和人工时效来增加其强度,并通过拉伸处理来消除制造过程中产生的内应力。但基于尺寸限制,现有的拉伸设备难以对厚度超过150mm的板材进行拉伸,因此,有必要从板材的制造端来解决内应力的问题。
发明内容
为克服上述缺点,本发明的目的在于提供一种6系铝合金板材的制备方法,通过工艺改进能有效降低板材的残余内应力,提高成品质量。
为了达到以上目的,本发明采用的技术方案是:一种6系铝合金板材的制备方法,其特征在于:包括配料、熔炼、除气过滤、铸造、均匀化处理、锯切、淬火、人工时效、表面平整度处理;其中,
在均匀化处理时,首先将均匀化炉内温度调节至100-150℃,将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内,并加热至380-440℃,保温8-12h,然后将均匀化炉内的温度调节至480-560℃,并保温3-6h;
在淬火时,将淬火炉内的温度调节至560-570℃,然后将切片后的铸锭投入至淬火炉内,当铸锭温度达到指定温度时,对铸锭进行保温,保温时间为0.5-8h;然后对铸锭进行冷却,并使铸锭厚度中心部分的冷却速度大于100℃/h。
本发明的有益效果在于:
通过均匀化处理与淬火的配合能有效消除板材中的内应力,提高板材的组织均匀度;其中,在均匀化处理时,采用了两次升温处理,第一次升温至380-440℃,以在低温状态下对铸锭进行加热,达到去除铸锭内应力的作用;第二次升温至480-560℃,以通过升温进一步去除铸锭的内应力,且在不过烧的情况下有效降低晶内偏析,提高均匀化效果;然后在锯切后再次通过淬火来去除铸锭的内应力,并通过控制铸锭的冷却速度以在去除铸锭内应力的同时,保证铸锭的硬度及抗拉强度,同时使得内应力更加均匀;再通过人工时效在增强铸锭硬度和抗拉强度的同时,使得残余内应力得到缓和释放。
进一步来说,在人工时效时,将铸锭投入至时效炉内加热至150-250℃之间,并保温5-15h,然后将铸锭取出并在空气中冷却至室温。人工时效时,将温度控制在150-250℃既能满足Mg2Si的充分析出,又能避免因温度过高析出粗大的Mg2Si导致的成品强度、韧性下降的问题。
进一步来说,在人工时效时,铸锭的加热温度为170-190℃,保温时间为6-12h。
进一步来说,在配料时,各组分按重量百分比计,包括Mg:0.2-1.5%、Si:0.2-1.2%、Fe:0-0.6%、Cu:0-0.5%、Zn:0-0.4%、Mn:0-0.5%、Cr:0-0.5%、Zr:0-0.5%、Ti:0-0.15%,余量为Al。
其中,Mg能起到增强强度的作用,将Mg含量限定在0.2-1.5%之间既能避免因含量过低导致的成品强度、硬度过低的问题,又能避免因含量过高导致的后续加工困难的问题;Si起到增强强度的作用,将Si的含量限定在0.2-1.2%之间,既能避免因含量过低导致的成品强度低下的问题,又能避免因含量过高导致的饱和度高,析出相粗大的问题;Fe能与Al生成Al-Fe系化合物,以提高成品的韧性和延伸性;在实际配比时,可通过提升Mg、Si的含量且降低Fe的含量来起到从原料端降低内应力的目的;Cu、Zn起到固溶强度向上的作用,含量过高会导致过饱和、耐蚀性下降的问题;Mn、Cr、Zr能起到细化析出相、增强强度的作用,若含量过高易导致Al-Mn、Al-Cr、Al-Zr相过于粗大;Ti起到细化晶粒的作用,若含量过高易导致析出相过于粗大。
进一步来说,在配料时,Mg的重量百分比为0.8-1.2%,Si的重量百分比为0.4-0.8%。
进一步来说,除气过滤时,在熔炼后的铸液中,通入氢气进行除气,并控制氢气的含量在0.2ml/100g以下;然后对铸液进行过滤。通过除气能有效降低铸液中的含气量,进而减少后续铸造时铸锭中的气孔、疏松等铸造缺陷,且通过对氢气含量的控制能有效避免因氢含量过高导致的铸造时氢原子聚积问题,通过对铸液过滤能有效去除铸液中的氧化物和非金属化合物。
进一步来说,在铸造时,需控制浇注速度为50mm/min以下,然后冷却至室温,得到铸锭。
进一步来说,在锯切时,首先对铸锭的各面进行铣面,以去除铸锭表面的杂质及脏污,然后将铸锭的头尾锯切掉一段距离。
进一步来说,在淬火和人工时效之间还需对铸锭进行工艺矫直,以提高成品的质量。
进一步来说,表面平整度处理包括依次进行的切削、研磨、拉丝处理。其中,切削用以去除成品表面的毛刺,研磨用以提高成品表面的平整度,拉丝用以提高成品表面的光滑度和纹理感。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例
本发明的一种6系铝合金板材的制备方法,包括如下步骤:
S1、配料:各组分按重量百分比计,包括Mg:0.2-1.5%、Si:0.2-1.2%、Fe:0-0.6%、Cu:0-0.5%、Zn:0-0.4%、Mn:0-0.5%、Cr:0-0.5%、Zr:0-0.5%、Ti:0-0.15%,余量为Al。
其中,Mg能起到增强强度的作用,将Mg含量限定在0.2-1.5%之间既能避免因含量过低导致的成品强度、硬度过低的问题,又能避免因含量过高导致的后续加工困难的问题;Si起到增强强度的作用,将Si的含量限定在0.2-1.2%之间,既能避免因含量过低导致的成品强度低下的问题,又能避免因含量过高导致的饱和度高,析出相粗大的问题;Fe能与Al生成Al-Fe系化合物,以提高成品的韧性和延伸性;在实际配比时,可通过提升Mg、Si的含量且降低Fe的含量来起到从原料端降低内应力的目的;Cu、Zn起到固溶强度向上的作用,含量过高会导致过饱和、耐蚀性下降的问题;Mn、Cr、Zr能起到细化析出相、增强强度的作用,若含量过高易导致Al-Mn、Al-Cr、Al-Zr相过于粗大;Ti起到细化晶粒的作用,若含量过高易导致析出相过于粗大。
更进一步地,Mg的重量百分比为0.8-1.2%,Si的重量百分比为0.4-0.8%。
S2、熔炼:将上述各组分混合后投入熔炼炉中熔炼为铸液,熔炼炉的温度控制在600-800℃,熔炼时间为2-8h。
S3、除气过滤:在熔炼后的铸液中,通入氢气进行除气,并控制氢气的含量在0.2ml/100g以下;然后对铸液进行过滤。通过除气能有效降低铸液中的含气量,进而减少后续铸造时铸锭中的气孔、疏松等铸造缺陷,且通过对氢气含量的控制能有效避免因氢含量过高导致的铸造时氢原子聚积问题,通过对铸液过滤能有效去除铸液中的氧化物和非金属化合物。在过滤时,可采用300ppi的过滤板。
S4、铸造:将除气过滤后的铸液进行浇注,并控制浇注速度为50mm/min以下,然后冷却至室温,得到铸锭。
S5、均匀化处理:首先将均匀化炉内温度调节至100-150℃,将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内,并加热至380-440℃,保温8-12h,然后将均匀化炉内的温度调节至480-560℃,并保温3-6h。
S6、锯切:首先对铸锭的各面进行铣面,以去除铸锭表面的杂质及脏污,然后将铸锭的头尾锯切掉一段距离。
S7、淬火:将淬火炉内的温度调节至560-570℃,然后将切片后的铸锭投入至淬火炉内,当铸锭温度达到指定温度(如555℃)时,对铸锭进行保温,保温时间为0.5-8h,保温时间可根据铸锭的厚度灵活选择;然后对铸锭进行冷却,并使铸锭厚度中心部分的冷却速度大于100℃/h。
S8、人工时效:将铸锭投入至时效炉内加热至150-250℃之间,并保温5-15h,然后将铸锭取出并在空气中冷却至室温。人工时效时,将温度控制在150-250℃既能满足Mg2Si的充分析出,又能避免因温度过高析出粗大的Mg2Si导致的成品强度、韧性下降的问题。更进一步地,铸锭的加热温度为170-190℃,保温时间为6-12h。
S9、表面平整度处理:包括依次进行的切削、研磨、拉丝处理。其中,切削用以去除成品表面的毛刺,研磨用以提高成品表面的平整度,拉丝用以提高成品表面的光滑度和纹理感。
通过均匀化处理与淬火的配合能有效消除板材中的内应力,提高板材的组织均匀度;其中,在均匀化处理时,采用了两次升温处理,第一次升温至380-440℃,以在低温状态下对铸锭进行加热,达到去除铸锭内应力的作用;第二次升温至480-560℃,以通过升温进一步去除铸锭的内应力,且在不过烧的情况下有效降低晶内偏析,提高均匀化效果;然后在锯切后再次通过淬火来去除铸锭的内应力,并通过控制铸锭的冷却速度以在去除铸锭内应力的同时,保证铸锭的硬度及抗拉强度,同时使得内应力更加均匀;再通过人工时效在增强铸锭硬度和抗拉强度的同时,使得残余内应力得到缓和释放。
在一些实施例中,在淬火和人工时效之间还需对铸锭进行工艺矫直,以提高成品的质量。
按下述制备方法制得板材试样1。
配料,各组分的重量百分比如表1所示。
表1各组分的重量百分比
Mg | Si | Fe | Cu | Zn | Mn | Ti | Al | |
0.95 | 0.6 | 0.41 | 0.2 | 0.3 | 0.05 | 0.06 | 余量 |
熔炼:将上述各组分混合后投入熔炼炉中熔炼为铸液,熔炼炉的温度控制在800℃,熔炼时间为6h。
除气过滤:在熔炼后的铸液中,通入氢气进行除气,并控制氢气的含量在0.2ml/100g以下;然后采用300ppi的过滤板对铸液进行过滤。
铸造:将除气过滤后的铸液进行浇注,并控制浇注速度为45mm/min左右,然后冷却至室温,得到铸锭。
均匀化处理:首先将均匀化炉内温度调节至120℃,将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内,并加热至380℃,保温12h,然后将均匀化炉内的温度调节至560℃,并保温4h。
锯切:首先对铸锭的各面进行铣面,以去除铸锭表面的杂质及脏污,然后将铸锭的头尾锯切掉一段距离,以使锯切后的铸锭尺寸为220mm厚x1500mm宽x3500mm长。
淬火:将淬火炉内的温度调节至570℃,然后将切片后的铸锭投入至淬火炉内,当铸锭温度达到555℃时,对铸锭进行保温,保温时间为4h,然后对铸锭进行冷却,并使铸锭厚度中心部分的冷却速度为120℃/h。
人工时效:将铸锭投入至时效炉内加热至180℃之间,并保温10h,然后将铸锭取出并在空气中冷却至室温。
表面平整度处理:依次对成品铸锭进行切削、研磨、拉丝处理,即得试样1。
市购神户制钢所(KOBELCO)的6061-T6铝合金板,作为对比样1;并对试样1、对比样1进行性能测试,结果如表2所示。
表2试样1的性能测试结果
从表2可以看出:
试样1、对比样1的第一次锯切变形量相差不大,但试样1的第二次锯切变形量明显小于对比样1的第二次锯切变形量,由此可知,试样1越接近中心位置,其内应力越低,变形量越小;此外,试样1的抗拉强度、屈服强度均不低于对比样1,且试样1的硬度与对比样1的硬度相差不大。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种6系铝合金板材的制备方法,其特征在于:包括配料、熔炼、除气过滤、铸造、均匀化处理、锯切、淬火、人工时效、表面平整度处理;其中,
在均匀化处理时,首先将均匀化炉内温度调节至100-150℃,将铸造后的铸锭投入到均匀化炉内,并加热至380-440℃,保温8-12h,然后将均匀化炉内的温度调节至480-560℃,并保温3-6h;
在淬火时,将淬火炉内的温度调节至560-570℃,然后将切片后的铸锭投入至淬火炉内,当铸锭温度达到指定温度时,对铸锭进行保温,保温时间为0.5-8h;然后对铸锭进行冷却,并使铸锭厚度中心部分的冷却速度大于100℃/h。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:在人工时效时,将铸锭投入至时效炉内加热至150-250℃之间,并保温5-15h,然后将铸锭取出并在空气中冷却至室温。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:在人工时效时,铸锭的加热温度为170-190℃,保温时间为6-12h。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:在配料时,各组分按重量百分比计,包括Mg:0.2-1.5%、Si:0.2-1.2%、Fe:0-0.6%、Cu:0-0.5%、Zn:0-0.4%、Mn:0-0.5%、Cr:0-0.5%、Zr:0-0.5%、Ti:0-0.15%,余量为Al。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:在配料时,Mg的重量百分比为0.8-1.2%,Si的重量百分比为0.4-0.8%。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:除气过滤时,在熔炼后的铸液中,通入氢气进行除气,并控制氢气的含量在0.2ml/100g以下;然后对铸液进行过滤。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:在铸造时,需控制浇注速度为50mm/min以下,然后冷却至室温,得到铸锭。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:在锯切时,首先对铸锭的各面进行铣面,然后将铸锭的头尾锯切掉一段距离。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:在淬火和人工时效之间还需对铸锭进行工艺矫直。
10.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:表面平整度处理包括依次进行的切削、研磨、拉丝处理。
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