CN116536599A - 一种在线冷却工艺、6系铝合金挤压型材和生产工艺 - Google Patents

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CN116536599A CN202310489936.4A CN202310489936A CN116536599A CN 116536599 A CN116536599 A CN 116536599A CN 202310489936 A CN202310489936 A CN 202310489936A CN 116536599 A CN116536599 A CN 116536599A
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Abstract

本发明涉及铝合金生产加工的技术领域，具体涉及一种在线冷却工艺、6系铝合金挤压型材和生产工艺。对铝合金型材进行在线穿水冷却，穿水冷却时铝合金型材全部浸入水中，铝合金型材的牵引速度为3m/min，控制冷却前水冷槽内的水温为10‑35℃，水冷槽进水孔水温为20℃，进水压力为0.5Mpa，冷却速度为20‑50℃/5；本发明所述的6系铝合金挤压型材在线冷却工艺，与离线冷却相比每吨成品可节省生产周期8h，运输及冷却成本也大幅度减少，节省成本的同时极大提高生产效率。

Description

一种在线冷却工艺、6系铝合金挤压型材和生产工艺
技术领域
本发明涉及铝合金生产加工的技术领域，具体涉及一种在线冷却工艺、6系铝合金挤压型材和生产工艺。
背景技术
铝合金密度低，强度高，塑性好，可加工成各种型材，同时具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在轨道交通、航空航天、汽车电子等领域被广泛使用。6系铝合金是以Mg和Si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。合金具有中等强度，耐蚀性高，无应力腐蚀破裂倾向，焊接性能良好，焊接区腐蚀性能不变，成形性和工艺性能良好等优点，铝合金型材是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。
在铝合金型材生产过程中，基本先通过挤压成形然后在线快速冷却淬火形成过饱和固溶体，再进行人工时效使合金形成所需要的性能。但是离线冷却工序较多，且冷却前需要运输，导致生产耗时延长，不仅增加生产周期和生产成本，同时增加能源损耗，降低生产效率。有鉴于此，采用在线冷却工艺每吨成品可节省生产周期8h，运输及冷却成本也大幅度减少，节省成本，缩短生产周期，提高生产效率。利用在线穿水冷却的方式，使得挤压型材各个位置均匀冷却，且6系铝合金型材的强化相充分溶于固溶体中，进而实现挤压型材力学性能及几何尺寸均符合所需要求，提高型材成品率。
《Al-Mg-Si系铝合金及其制备方法》(申请号201210262290.8)公开了一种通过控制材料中过剩Si和Mn合金的含量，减缓材料在室温下的自然时效速率；虽然提高了铝合金的质量，但是冷去速度太慢，生产周期过长，不适合大规模生产。《一种铝合金热处理工艺》(申请号：202111499236.0)公开了对于形状简单、中小型、棒材可用室温水淬火(水温一般为0～35℃3，对于形复杂、壁厚差别较大的型材，可用40～50℃的水淬火，对于特别易产生变形铝合金制品，可以将水温升至75～85℃进行淬火；但是未公开型材的冷却速率，而且壁厚差≥10mm，的铝合金型材在冷却过程中容易出现弯曲、开裂等问题，影响铝合金型材的品质。
发明内容
针对现有技术6系铝合金型材冷却速度慢、生产周期长，壁厚差较大的型材易弯曲、开裂的问题，本发明提供一种在线冷却工艺、6系铝合金挤压型材和生产工艺。
第一方面，本发明提供一种在线冷却工艺，对铝合金型材进行在线穿水冷却，穿水冷却时铝合金型材全部浸入水中，铝合金型材的牵引速度为3m/min，控制冷却前水温为10-35℃，水冷槽的进水孔水温为20℃，进水压力为0.5Mpa，冷却速度为20-50℃/5；水冷槽设有贯穿通孔，挤压型材能够在牵引机的牵引下通过贯穿通孔穿过水冷槽，水冷槽的另外两个侧面和顶面还设有出水孔，水冷槽底面设有与冷却水循环系统入口连接的出水孔，冷却水对型材冷却后，从水冷槽底面出水孔进入冷却水循环系统，冷却水循环系统的出口与进水口的水泵连接。
进一步的，水冷槽的进水孔与水泵连接，通过水泵控制水冷槽的供水量为75％-100％。
进一步的，铝合金型材为壁厚差≥10mm，平面间隙≤0.6mm的6系铝合金挤压型材。
第二方面，本发明提供一种6系铝合金挤压型材的生产工艺，步骤包括：
(1)预热：将6系铝合金铸棒及所需模具在加热炉中进行预热，使铸棒温度达到480-520℃；
(2)挤压：将铸棒送至挤压机，完成热挤压之后由牵引机进行牵引至移动工作台；
(3)淬火：对挤压型材进行在线冷却，在线冷却工艺采用上述冷却工艺，控制挤压型材出口温度不超过80℃；
(4)时效处理：对铝合金挤压型材进行时效处理，时效处理温度为17515℃/8h。
进一步的，以重量百分比计，6系铝合金铸棒的化学成分为Si：0.9％-1.0％，Fe：≤0.25％，Cu：≤0.08％，Mn：0.55％-0.65％，Mg：0.8％-1.0％，Cr：≤0.10％，Zn：≤0.15％，Ti：0.02％-0.05％，余量为Al及其他元素，其中其他元素满足单个≤0.05％，合计≤0.15％。
进一步的，步骤(1)采用高温三级均匀化工艺制度，第一阶段54015℃×170min，第二阶段56015℃×220min，第三阶段57515℃×340min，装炉前炉气温度>250℃，升温速率为10℃/min。
进一步的，步骤(2)中铸锭头端温度在480-520℃，铸棒头尾的温度差不超过30℃；模具加热时间为8-24h，模具上机温度为470-500℃；挤压筒的直径为390mm，挤压速度为2.510.3mm/5，挤压比为24.35，挤压筒温度为440-460℃。
进一步的，步骤(2)挤压得到的6系铝合金挤压型材的壁厚差≥10mm，平面间隙≤0.6mm。
第三方面，本发明提供一种通过上述生产工艺生产的6系铝合金挤压型材，6系铝合金挤压型材的抗拉强度≥310Mpa，规定塑性延伸强度≥260Mpa，延伸率≥10.0％，硬度≥100MHB。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的6系铝合金挤压型材在线冷却工艺，先对预热后的铸棒进行热挤压，挤压型材由牵引机牵引，全浸水式高强度冷却，使用该工艺生产的铝合金挤压型材抗拉强度≥310Mpa，规定塑性延伸强度≥260Mpa，延伸率≥10.0％，硬度≥100MHB。
(2)冷却水可以通过冷却水循环系统实现冷却用水快速冷却和循环利用，通过调节供水量达到20-50℃/5的冷却速度，同时避免强冷却过程中产生的气泡附着于型材表面导致冷却不均匀。
(3)本发明开发一种新型6系铝合金挤压型材冷却工艺，与离线冷却相比，在线穿水冷却方式可以减少型材转运成本，降低材料运输损伤率和能源消耗，在保证材料高尺寸精度和性能的同时，提高材料冷却效率，提高铝合金的型材成品率，降低生产成本，并对壁厚差≥10mm，的型材冷却更加均匀，减少型材冷却造成的弯曲、开裂，型材的平面间隙≤0.6mm。
(4)本发明所述的6系铝合金挤压型材在线冷却工艺，与离线冷却相比每吨成品可节省生产周期8h，运输及冷却成本也大幅度减少，节省成本的同时，极大提高生产效率。
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。
以下实施例中使用的水冷槽均为4000mm×1500mm×1500mm长方体，水冷槽设有贯穿通孔，贯穿通孔的形状与挤压型材的横截面相同，挤压型材能够在牵引机的牵引下通过贯穿通孔穿过水冷槽，水冷槽的另外两个侧面和顶面还设有与水泵出口连接的出水孔，水冷槽底面设有与冷却水循环系统入口连接的出水孔，冷却水循环系统的出口与进水孔的水泵的入口连接，冷却水对型材冷却后，从水冷槽底面回流至冷却水循环系统。
实施例1
(1)6系铝合金化学成分的重量百分数为Si：0.92％，Fe：0.20％，Cu：0.07％，Mn：0.61％，Mg：0.82％，Cr：0.10％，Zn：0.12％，Ti：0.02％，余量为Al及不可避免的杂质，其中其他元素满足：单个≤0.05％，合计≤0.15％。
(2)对上述铝合金采用高温三级均匀化处理工艺，具体为装炉前炉气温度为252℃，升温时间为232min，在加热速率为10℃/min的条件下，第一阶段将圆铸棒加热到540℃，保温170min；第二阶段将圆铸棒加热到560℃，保温220min；第三阶段将圆铸棒加热到575℃，保温340min；随后将铸棒风冷120min后，水冷50min；铸棒铸造速度为41mm/min，铸棒直径为380mm，长度为650mm。
(3)对铸棒进行挤压加工，具体是将铸棒加热头端温度为502℃，中部温度为511℃，尾部温度为506℃，模具温度加热至482℃，挤压筒温度为450℃，且温度保持稳定；挤压筒直径为390mm，设定挤压速度为2.5mm/5，挤压比为24.35，得到的6系铝合金挤压型材尺寸为壁厚30.49mm，宽度为265.27mm。
(4)铝合金型材经挤压机热挤压后出口温度为528℃，经由牵引机拉住型材向水冷槽移动，铝合金挤压型材全部浸入水中进行高强度冷却，并以3m/min的速度穿过水冷槽，型材温度降到48℃，共用时195，冷却速率为25.26℃/5，冷却后铝合金型材由牵引机牵引至工作台；冷却前水冷槽中的水温为20℃，水冷槽通过侧面和顶面的进水孔的水泵调节水量为90％，完成冷却后的冷却水通过水冷槽底面的出水孔进入冷却水循环系统，降温后通过水泵重新回到水冷槽。
(5)对淬火后的铝合金型材进行矫直前预拉伸，拉伸量为1.1％。
(6)对步骤(5)得到的铝合金挤压型材进行时效处理，保温温度为175℃，保温时间为8h，得到一种经在线穿水冷却后的6系铝合金挤压型材。
(7)按照ASTME3061的要求对型材的化学成分进行直读光谱仪测定，检测结果为：Si：0.92％，Fe：0.20％，Cu：0.06％，Mn：0.60％，Mg：0.78％，Cr：0.10％，Zn：0.11％，Ti：0.02％，余量为Al及不可避免的杂质，其中其他元素满足：单个≤0.05％，合计≤0.15％。
(8)经过三坐标对型材进行测量尺寸，结果如表1所示。
(9)按照ASTMB557M-2010的要求，进行拉伸实验，根据GB/T231.1-2018的要求对型材硬度进行检测；检测结果如表2所示。
实施例2
(1)6系铝合金化学成分的重量百分数为Si：0.92％，Fe：0.20％，Cu：0.07％，Mn：0.61％，Mg：0.82％，Cr：0.10％，Zn：0.12％，Ti：0.02％，余量为Al及不可避免的杂质，其中其他元素满足：单个≤0.05％，合计≤0.15％。
(2)对上述铝合金采用高温三级均匀化处理工艺，具体为装炉前炉气温度为252℃，升温时间为232min，在加热速率为10℃/min的条件下，第一阶段将圆铸棒加热到540℃，保温170min；第二阶段将圆铸棒加热到560℃，保温220min；第三阶段将圆铸棒加热到575℃，保温340min；随后将铸棒风冷120min后，水冷50min。铸棒铸造速度为41mm/min，铸棒直径为380mm，长度为650mm。
(3)对铸棒进行挤压加工，具体是将铸棒加热头端温度为505℃，中部温度为512℃，尾部温度为506℃，模具温度加热至485℃，挤压筒温度为450℃，且温度保持稳定；挤压筒直径为390mm，设定挤压速度为2.6mm/5，挤压比为24.35，得到的6系铝合金挤压型材尺寸为壁厚30.56mm，宽度为264.28mm。
(4)铝合金型材经挤压机热挤压后出口温度为532℃，经由牵引机拉住型材向水冷槽移动，铝合金挤压型材全部浸入水中进行高强度冷却，并以3m/min的速度穿过水冷槽，型材温度降到46℃，共用时235，冷却速率为21.13℃/5，冷却后铝合金型材由牵引机牵引至工作台；冷却前水冷槽中的水温为20℃，水冷槽通过侧面和顶面的进水孔的水泵调节水量为90％，完成冷却后的冷却水通过水冷槽底面的出水孔进入冷却水循环系统，经过冷却通过水泵重新回到水冷槽。
(5)对铝合金型材进行矫直前预拉伸，拉伸量为1.0％。
(6)对拉伸矫直后的铝合金挤压型材进行时效处理，保温温度为175℃，保温时间为8h，得到一种经在线穿水冷却后的6系铝合金挤压型材。
(7)按照ASTME3061的要求对型材的化学成分进行直读光谱仪测定，检测结果为：Si：0.91％，Fe：0.19％，Cu：0.06％，Mn：0.58％，Mg：0.77％，Cr：0.10％，Zn：0.12％，Ti：0.02％，余量为Al及不可避免的杂质，其中其他元素满足：单个≤0.05％，合计≤0.15％。
(8)经过三坐标对型材进行测量尺寸，结果如表1所示。
(9)按照ASTM B557M-2010的要求，进行拉伸实验，根据GB/T 231.1-2018的要求对型材硬度进行检测；检测结果如表2所示。
对比例1
(a)采用实施例1的合金成分及均匀化工艺生成铸棒，对铸棒进行挤压加工，对铸棒进行挤压加工，具体是将铸棒加热头端温度为505℃，中部温度为511℃，尾部温度为506℃，模具温度加热至481℃，挤压筒温度为450℃，且温度保持稳定；挤压筒直径为390mm，设定挤压速度为2.5mm/5，挤压比为24.35，得到的6系铝合金挤压型材尺寸为壁厚30.56mm，宽度为264.79mm，出口温度为535℃。
(b)该6系铝合金挤压型材淬火工艺为在线喷水冷却，冷却时间365，冷却至51℃，冷却速度为13.44℃/5。
(c)对铝合金型材进行矫直前预拉伸，拉伸量为1.1％。
(d)对拉伸矫直后的铝合金挤压型材进行时效处理，保温温度为175℃，保温时间为8h，得到一种经在线穿水冷却后的6系铝合金挤压型材。
(e)按照ASTME3061的要求对型材的化学成分进行直读光谱仪测定，检测结果为：Si：0.92％，Fe：0.20％，Cu：0.06％，Mn：0.60％，Mg：0.78％，Cr：0.10％，Zn：0.11％，Ti：0.02％，余量为Al及不可避免的杂质，其中其他元素满足：单个≤0.05％，合计≤0.15％。
(f)得到的铝合金挤压型材，其尺寸检测采用实施例1的检测方式，结果如表1；力学性能和拉伸强度检测结果如表2。
对比例2
(a)采用实施例2的合金成分及均匀化工艺生成铸棒，对铸棒进行挤压加工，具体为将铸棒加热头端温度为505℃，中部温度为512℃，尾部温度为506℃，模具温度加热至485℃，挤压筒温度为450℃，且温度保持稳定；挤压筒直径为390mm，设定挤压速度为2.6mm/5，挤压比为24.35，得到的6系铝合金挤压型材尺寸为壁厚30.51mm，宽度为264.61mm，出口温度为532℃。
(b)该6系铝合金挤压型材淬火工艺为在线风冷，冷却时间985，冷却至56℃，冷却速度为4.86℃/5。
(c)对铝合金型材进行矫直前预拉伸，拉伸量为1.3％。
(d)对拉伸矫直后的铝合金挤压型材进行时效处理，保温温度为175℃，保温时间为8h，得到一种风冷淬火后的6系铝合金挤压型材。
(e)按照ASTME3061的要求对型材的化学成分进行直读光谱仪测定，检测结果为：Si：0.91％，Fe：0.19％，Cu：0.06％，Mn：0.58％，Mg：0.77％，Cr：0.10％，Zn：0.12％，Ti：0.02％，余量为Al及不可避免的杂质，其中其他元素满足：单个≤0.05％，合计≤0.15％。
(f)得到的铝合金挤压型材，其尺寸检测采用实施例2的检测方式，结果如表1；力学性能和拉伸强度检测结果如表2。
表1实施例1、2和对比例1、2的铝合金挤压型材尺寸检测结果
尺寸检测 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2
平面间隙(mm3 0.52 0.43 0.59 0.81
扭拧(mm/m3 0.57 0.57 1.02 1.16
表2实施例1、2和对比例1、2的铝合金挤压型材力学性能
通过对比可发现，对6系铝合金挤压型材进行在线穿水冷却，得到的铝型材的力学性能及尺寸精度要高于在线喷水冷却及在线风冷工艺后的铝合金挤压型材，减少了挤压型材冷却过程中容易出现的弯曲、开裂现象，提升了挤压型材的力学强度，在线穿水冷却的冷却速度较高，在保证获得优良性能铝合金挤压型材的同时，也极大的节省了时间成本；本发明实施例的6系铝合金挤压型材在线冷却工艺，产品的性能指标达到抗拉强度≥310Mpa，规定塑性延伸强度≥260Mpa，断后伸长率≥10.0％，硬度≥100MHB，能够提高材料冷却速率的同时保证材料的极限强度。
尽管通过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。

Claims (9)

1.一种在线冷却工艺，其特征在于，对铝合金型材进行在线穿水冷却，穿水冷却时铝合金型材全部浸入水中，铝合金型材的牵引速度为3m/min，控制冷却前水冷槽内的水温为10-35℃，水冷槽进水孔水温为20℃，进水压力为0.5Mpa，冷却速度为20-50℃/5；水冷槽设有贯穿通孔，挤压型材能够在牵引机的牵引下通过贯穿通孔穿过水冷槽，水冷槽的另外两个侧面和顶面还设有出水孔，水冷槽底面设有与冷却水循环系统入口连接的出水孔，冷却水对型材冷却后，从水冷槽底面的出水孔进入冷却水循环系统。
2.如权利要求1所述的在线冷却工艺，其特征在于，水冷槽的进水孔与水泵连接，通过水泵控制水冷槽的供水量为75％-100％。
3.如权利要求1所述的在线冷却工艺，其特征在于，铝合金型材为壁厚差≥10mm，平面间隙≤0.6mm的6系铝合金挤压型材。
4.一种6系铝合金挤压型材的生产工艺，其特征在于，步骤包括：
(1)预热：将6系铝合金铸棒及所需模具在加热炉中进行预热，使铸棒温度达到480-520℃；
(2)挤压：将铸棒送至挤压机，完成热挤压之后由牵引机进行牵引至移动工作台；
(3)淬火：对挤压型材进行在线冷却，在线冷却工艺如权利要求1-3任一所述，控制挤压型材出口温度不超过80℃；
(4)时效处理：对铝合金挤压型材进行时效处理，时效处理温度为17515℃/8h。
5.如权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，以重量百分比计，6系铝合金铸棒的化学成分为Si：0.9％-1.0％，Fe：≤0.25％，Cu：≤0.08％，Mn：0.55％-0.65％，Mg：0.8％-1.0％，Cr：≤0.10％，Zn≤0.15％，Ti：0.02％-0.05％，余量为Al及其他元素，其中其他元素满足单个≤0.05％，合计≤0.15％。
6.如权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，步骤(1)采用高温三级均匀化工艺制度，第一阶段54015℃×170min，第二阶段56015℃×220min，第三阶段57515℃×340min，装炉前炉气温度>250℃，升温速率为10℃/min。
7.如权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，步骤(2)中铸锭头端温度在480-520℃，铸棒头尾的温度差不超过30℃；模具加热时间为8-24h，模具上机温度为470-500℃；挤压筒的直径为390mm，挤压速度为2.510.3mm/5，挤压比为24.35，挤压筒温度为440-460℃。
8.如权利要求7所述的生产工艺，其特征在于，步骤(2)挤压得到的6系铝合金挤压型材的壁厚差≥10mm，平面间隙≤0.6mm。
9.一种通过权利要求4所述的生产工艺生产的6系铝合金挤压型材，其特征在于，6系铝合金挤压型材的抗拉强度≥310Mpa，规定塑性延伸强度≥260Mpa，延伸率≥10.0％，硬度≥100MHB。
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