CN106191574B - 一种6系铝合金及其预拉伸板材的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种6系铝合金，按照重量百分比由以下组分组成：Mg，Mn，Si，Cr，Zr，Cu，Fe≤0.32％，Zn≤0.25％，Ti≤0.1％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素；6系铝合金预拉伸板材的制备工艺：(1)制取如上所述6系铝合金，依次进行铸造、均热化处理、预热；(2)热轧，冷却；(3)固溶淬火，即得。本发明制备6系铝合金及其预拉伸板材的工艺，有效提高合金板材强度、改善合金内部结构组织及储能情况、细化晶粒，提高合金板材强度及塑性，减少折弯开裂；通过本发明方法一步一步相互作用和影响，能有效控制晶粒尺寸、消除拉伸后合金板面凹凸不平的橘皮纹现象，提高板材机械性能及表面质量。

Description

一种6系铝合金及其预拉伸板材的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种合金及其预拉伸板材的制备工艺，特别涉及一种6系铝合金及其预拉伸板材的制备工艺。
背景技术
6系铝合金是经热处理、预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点；电镀性优良、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形；材料致密无缺陷及易于抛光等优良特点。使得该合金广泛应用于机械零件、结构工程、现代建筑和交通运输等领域，因此在这些领域以铝代钢是大势所趋，需求量大。
传统工艺制备6系T651的工艺具有以下缺点：(1)合金制备工艺过程中不易于第二相含量的控制、不易于第二相充分均匀析出，导致性能偏低及晶粒尺寸异常长大；(2)合金板材变形不均匀，内部储能不均匀，从而直接影响到固溶淬火后晶粒组织尺寸大小、晶粒组织尺寸异常长大；(3)该合金板材拉伸后表面橘皮状纹路严重，影响合金板材外观。因此，现今亟需一种晶粒细化、消除拉伸后板面无凹凸不平的橘皮纹现象、提高合金板材质量的6系铝合金及其预拉伸板材的制备工艺。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明针对上述技术问题，发明一种6系铝合金及其预拉伸板材的制备工艺，旨在提供一种在确保合金性能合格、稳定的情况下，通过优化制备工艺、提高合金板材质量、消除拉伸后出现的橘皮纹路现象的6系铝合金预拉伸板材的制备工艺。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种6系铝合金，按照重量百分比由以下组分组成：Mg:0.9～1.3％，Mn:0.08～0.25％，Si:0.52～0.9％，Cr:0.18～0.32％，Zr：0.005～0.12％，Cu:0.05～0.35％，Fe≤0.32％，Zn≤0.25％，Ti≤0.1％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
一种如上所述6系铝合金预拉伸板材的制备工艺，包含以下操作步骤：
(1)制取6系铝合金，其按照重量百分比由以下组分组成；Mg:0.9～1.3％，Mn:0.08～0.25％，Si:0.52～0.9％，Cr:0.18～0.32％，Zr：0.005～0.12％，Cu:0.05～0.35％，Fe≤0.32％，Zn≤0.25％，Ti≤0.1％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素，然后依次进行铸造、均热化处理、预热；
(2)将步骤(1)中预热后所得6系铝合金进行热轧，轧至成品厚度，厚度为30～160mm，即得6系铝合金板材，然后进行冷却；
(3)将步骤(2)中冷却后所得6系铝合金板材进行固溶淬火，固溶淬火后所得6系铝合金板材进行后期处理，即得。
其中，步骤(1)中所述的铸造为铸成厚度400～700mm的扁锭。
其中，步骤(1)中所述均匀化热处理温度为460℃～570℃，升温速率为40～80℃/h，保温8～30h。
其中，步骤(1)中所述的预热为420℃～510℃预热2～25h。
其中，步骤(2)中热轧倒数第三道次压下率18～35％，轧制速度2～7m/s；倒数第二道次压下率20～36％，轧制速度1～6m/s；最后一道次压下率24～38％，轧制速度0.8～5m/s。
其中，步骤(3)中所述的固溶淬火为多级固溶淬火，即采用差温快速加热，物料升温速率为40～120℃/min，升温至300～380℃，达到指定温度后保温5～35min，然后保持物料升温速率为40～100℃/min，升温至500～550℃，达到指定温度后保温20～150min。
其中，步骤(3)固溶淬火更详细的步骤为：
①将冷却后所得6系铝合金板材升温至200℃，升温速率大于90℃/min；
②再从200℃升温至300～380℃，升温速率为40～120℃/min，在300～380℃保温5～35min；
③最后从300～380℃升温至500～550℃，升温速率为40～100℃/min，在500～550℃固溶20～150min。
其中，步骤③通过两个阶段实现：
阶段1：将6系铝合金板材从300～380℃升温至T1后保温，升温速率为40～100℃/min，保温时间为t1；
阶段2：再将6系铝合金板材从T1温度升温至500～550℃后保温，升温速率为40～100℃/min，保温时间为20～150min；其中T1为420～460℃，t1为5～25min。
其中，步骤(3)中所述的后期处理为：步骤(4)拉伸和步骤(5)时效处理；其中，所述步骤(4)拉伸，拉伸量为0.8～3.0％；所述步骤(5)时效处理，处理温度为165～185℃，保温10～20h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明制备6系铝合金及其预拉伸板材的工艺，通过本发明优化合金成分，添加有益的微量元素，调整抑制晶粒组织异常长大的第二相组织，同时合理控制Mg、Si含量，从而达到有效提高合金板材强度的目的；同时本发明采用的热顶铸造，高温均匀化热处理，能减少成分偏析，充分析出抑制晶粒异常长大的第二相；再者本发明的热轧工艺，优化热轧轧制道次压下率，使板材充分均匀变形，有效的改善合金内部结构组织及储能情况、细化晶粒，提高合金板材强度及塑性，减少折弯开裂；同时本发明中的多级固溶淬火工艺，确保板材高温固溶过程中内部晶粒组织不发生异常长大；通过本发明方法一步一步相互作用和影响，能有效控制晶粒尺寸、消除拉伸后合金板面凹凸不平的橘皮纹现象，提高板材机械性能及表面质量。
附图说明
图1是本发明制备工艺流程图。
图2是本发明实施例1制备所得6系铝合金预拉伸板材表面质量与合金内晶体粒度示意图；其中，左图为表面质量，右图为合金内晶体粒度组织。
图3是对比实施例1制备所得产品表面质量与合金内晶体粒度示意图；其中，左图为表面质量，右图为合金内晶体粒度组织。
图4是对比实施例2制备所得的产品表面质量与合金内晶体粒度示意图；其中，左图为表面质量，右图为合金内晶体粒度组织。
图5是对比实施例3制备所得产品表面质量与合金内晶体粒度示意图；其中，左图为表面质量，右图为合金内晶体粒度组织。
具体实施方式
下面结合附图具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。min表示时间的分钟，h表示时间的小时。
实施例1
一种6系铝合金预拉伸板材的制备工艺，操作步骤如下：
(1)制取6系铝合金，按照重量百分比其组成为：Mg：1.22％，Mn：0.15％，Si：0.72％，Cr：0.27％，Zr：0.11％，Cu：0.26％，Fe：0.25％，Zn：0.19％，Ti：0.09％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素，然后经除气、过滤后依次进行铸造、均热化处理、预热，即铸成厚度550mm的扁锭；然后将扁锭在温度为515℃下进行均热化处理，升温速率为60℃/h，到达指定温度后保温19h，冷却至室温，将所得扁锭切除头尾和去皮后，得到厚度为525～535mm的扁锭，保持温度465℃预热13.5h；
(2)将步骤(1)预热后所得6系铝合金扁锭进行热轧，轧至70mm成品厚度的板坯，热轧倒数第三道次压下率26.5％，轧制速度4.5m/s；倒数第二道次压下率28％，轧制速度3.5m/s；最后一道次压下率31％，轧制速度2.9m/s，即得6系铝合金板材，然后进行冷却；
(3)将步骤(2)中冷却后所得6系铝合金板材进行固溶淬火，即采用差温快速加热，将6系铝合金板材升温至200℃，升温速率大于90℃/min；再从200℃升温至340℃，升温速率为65℃/min，在340℃保温20min；最后从340℃升温至525℃，升温速率为70℃/min，在525℃固溶80min(从340℃升温至T1后保温，升温速率为70℃/min，保温时间为t1；再将6系铝合金板材从T1温度升温至525℃后保温，升温速率为70℃/min，保温时间为80min；其中T1为440℃，t1为15min)，快速淬火至室温；
(4)拉伸：将步骤(3)固溶淬火后所得6系铝合金板材拉伸，拉伸量为1.9％；
(5)时效处理：将步骤(4)拉伸后所得6系铝合金板材保持温度为175℃，保温15h的时效处理，即得6系铝合金预拉伸板材，成品锯切后进行分析，性能如表1所示。
表1 70mm厚板材性能指标
状态 Rp0.2/MPa Rm/MPa A/％
6061/T651-国标 240 290 9
6系/T651-3 301 332 17.5
从表1看出，本发明实施例1技术方案所得产品，其性能远远超出国标；同时均热、热轧、固溶等工艺，其板材表面无橘皮状纹路现象，内部晶粒细小，晶粒约60μm，如图2。
实施例2
一种6系铝合金预拉伸板材的制备工艺，操作步骤如下：
(1)制取6系铝合金，按照重量百分比其组成为：Mg：0.9％，Mn：0.08％，Si：0.52％，Cr：0.18％，Zr：0.005％，Cu：0.05％，Fe：0.32％，Zn：0.25％，Ti：0.08％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素，然后经除气、过滤后依次进行铸造、均热化处理、预热，即铸成厚度400mm的扁锭；然后将扁锭在温度为460℃下进行均热化处理，升温速率为40℃/h，到达指定温度后保温30h冷却至室温，将所得扁锭切除头尾和去皮后，得到厚度为380～390mm的扁锭，保持温度420℃预热25h；
(2)将步骤(1)预热后所得6系铝合金扁锭进行热轧，轧至160mm成品厚度的板坯，热轧倒数第三道次压下率18％，轧制速度7m/s；倒数第二道次压下率20％，轧制速度6m/s；最后一道次压下率24％，轧制速度5m/s，即得6系铝合金板材，然后进行冷却；
(3)将步骤(2)中冷却后所得6系铝合金板材进行固溶淬火，即采用差温快速加热，将6系铝合金板材升温至200℃，升温速率大于90℃/min；再从200℃升温至300℃，升温速率为40℃/min，在300℃保温35min；最后从300℃升温至500℃，升温速率为40℃/min，在500℃固溶150min(从300℃升温至T1后保温，升温速率为40℃/min，保温时间为t1；再将6系铝合金板材从T1温度升温至500℃后保温，升温速率为40℃/min，保温时间为150min；其中T1为420℃，t1为25min)，快速淬火至室温；
(4)拉伸：将步骤(3)固溶淬火后所得6系铝合金板材拉伸，拉伸量为0.8％；
(5)时效处理：将步骤(4)拉伸后所得6系铝合金板材保持温度为165℃，保温20h的时效处理，即得6系铝合金预拉伸板材。
实施例3
一种6系铝合金预拉伸板材的制备工艺，操作步骤如下：
(1)制取6系铝合金，按照重量百分比其组成为：Mg：1.3％，Mn：0.25％，Si：0.9％，Cr：0.32％，Zr：0.06％，Cu：0.35％，Fe：0.25％，Zn：0.19％，Ti：0.1％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素，然后经除气、过滤后依次进行铸造、均热化处理、预热，即铸成厚度700mm的扁锭；然后将扁锭在温度为570℃下进行均热化处理，升温速率为80℃/h，到达指定温度后保温8h，冷却至室温，将所得扁锭切除头尾和去皮后，得到厚度为680～690mm的扁锭，保持温度510℃预热2h；
(2)将步骤(1)预热后所得6系铝合金扁锭进行热轧，轧至30mm成品厚度的板坯，热轧倒数第三道次压下率35％，轧制速度2m/s；倒数第二道次压下率36％，轧制速度1m/s；最后一道次压下38％，轧制速度0.8m/s，即得6系铝合金板材，然后进行冷却；
(3)将步骤(2)中冷却后所得6系铝合金板材进行固溶淬火，即采用差温快速加热，将6系铝合金板材升温至200℃，升温速率大于90℃/min；再从200℃升温至380℃，升温速率为120℃/min，在380℃保温5min；最后从380℃升温至550℃，升温速率为100℃/min，在550℃固溶20min(从380℃升温至T1后保温，升温速率为100℃/min，保温时间为t1；再将6系铝合金板材从T1温度升温至550℃后保温，升温速率为100℃/min，保温时间为20min；其中T1为460℃，t1为5min)，快速淬火至室温；
(4)拉伸：将步骤(3)固溶淬火后所得6系铝合金板材拉伸，拉伸量为3.0％；
(5)时效处理：将步骤(4)拉伸后所得6系铝合金板材保持温度为185℃，保温10h的时效处理，即得6系铝合金预拉伸板材。
对比实施例1
一种6系铝合金预拉伸板材的制备工艺，操作步骤如下：
(1)制取6系铝合金，按照重量百分比其组成为：Mg：1.08％，Mn：0.12％，Si：0.68％，Cr：0.27％，Zr：0.08％，Cu：0.26％，Fe：0.26％，Zn：0.21％，Ti：0.09％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素，然后经除气、过滤后依次进行铸造、均热化处理、预热，即铸成厚度550mm的扁锭；然后将扁锭在温度为515℃下进行均热化处理，升温速率为60℃/h，到达指定温度后保温19h，冷却至室温，将所得扁锭切除头尾和去皮后，得到厚度为525～535mm的扁锭，保持温度465℃预热13.5h；
(2)将步骤(1)预热后所得6系铝合金扁锭进行热轧，轧至70mm成品厚度的板坯，热轧倒数第三道次压下率15～17％，轧制速度3～4m/s；倒数第二道次压下率17～20％，轧制速度2～3.5m/s；最后一道次压下率19～22％，轧制速度1.5～2.5m/s，即得6系铝合金板材，然后进行冷却；
(3)将步骤(2)中冷却后所得6系铝合金板材进行固溶淬火，即采用差温快速加热，将6系铝合金板材升温至200℃，升温速率大于90℃/min；再从200℃升温至340℃，升温速率为65℃/min，在340℃保温20min；最后从340℃升温至525℃，升温速率为70℃/min，在525℃固溶80min(从340℃升温至T1后保温，升温速率为70℃/min，保温时间为t1；再将6系铝合金板材从T1温度升温至525℃后保温，升温速率为70℃/min，保温时间为80min；其中T1为440℃，t1为15min)，快速淬火至室温；
(4)拉伸：将步骤(3)固溶淬火后所得6系铝合金板材拉伸，拉伸量为1.9％；
(5)时效处理：将步骤(4)拉伸后所得6系铝合金板材保持温度为175℃，保温15h的时效处理，即得产品，成品锯切后进行分析，性能如表2所示。
表2 70mm厚板材性能指标
状态 Rp0.2/MPa Rm/MPa A/％
6061/T651-国标 240 290 9
6系/T651-1 289 321 18
从表2看出，对比实施例1中对成分进行优化并结合对比实施例1工艺方法后，所得产品其性能远远超出国标；但是未按照本发明技术中的热轧工艺进行处理，因此，其板材表面出现较重橘皮状纹路，内部晶粒较大，晶粒度约230μm，其产品如图3所示。
对比实施例2
一种6系铝合金预拉伸板材的制备工艺，操作步骤如下：
(1)制取6系铝合金，按照重量百分比其组成为：Mg：0.87％，Mn：0.05％，Si：0.57％，Cr：0.12％，Zr：0.006％，Cu：0.26％，Fe：0.36％，Zn：0.20％，Ti：0.08％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素，然后经除气、过滤后依次进行铸造、均热化处理、预热，即铸成厚度550mm的扁锭；然后将扁锭在温度为515℃下进行均热化处理，升温速率为60℃/h，到达指定温度后保温19h，冷却至室温，将所得扁锭切除头尾和去皮后，得到厚度为525～535mm的扁锭，保持温度465℃预热13.5h；
(2)将步骤(1)预热后所得6系铝合金扁锭进行热轧，轧至70mm成品厚度的板坯，热轧倒数第三道次压下率25～27％，轧制速度3～3.5m/s；倒数第二道次压下率25～27％，轧制速度1.5～3m/s；最后一道次压下率27～30％，轧制速度1.5～2.5m/s，即得6系铝合金板材，然后进行冷却；
(3)将步骤(2)中冷却后所得6系铝合金板材进行固溶淬火，即采用差温快速加热，将6系铝合金板材升温至200℃，升温速率大于90℃/min；再从200℃升温至340℃，升温速率为65℃/min，在340℃保温20min；最后从340℃升温至525℃，升温速率为70℃/min，在525℃固溶80min(从340℃升温至T1后保温，升温速率为70℃/min，保温时间为t1；再将6系铝合金板材从T1温度升温至525℃后保温，升温速率为70℃/min，保温时间为80min；其中T1为440℃，t1为15min)，快速淬火至室温；
(4)拉伸：将步骤(3)固溶淬火后所得6系铝合金板材拉伸，拉伸量为1.9％；
(5)时效处理：将步骤(4)拉伸后所得6系铝合金板材保持温度为175℃，保温15h的时效处理，即得产品，成品锯切后进行分析，性能如表3所示。
表3 70mm厚板材性能指标
状态 Rp0.2/MPa Rm/MPa A/％
6061/T651-国标 240 290 9
6系/T651-1 261 312 15
从表2看出，对比实施例2中已对其他工艺参数优化，，但未根据本发明技术方案对成分进行优化，性能能满足标准，但是相对较低，且内部晶粒组织较大，晶粒度约370μm，表面还有较严重的橘皮纹路缺陷，其产品如图4所示。
对比实施例3
制取6系合金，Al-Mg-Si合金按照重量百分比由以下组分组成：Mg：0.86％，Mn：0.07％，Si：0.59％，Cr：0.09％，Zr：0.008％，Cu：0.25％，Fe：0.39％，Zn：0.24％，Ti：0.08％，成分熔炼6061铝合金，经除气、过滤后，进行半连续铸造，铸出厚度为520mm的扁锭。将扁锭在480±10℃均热，升温速率60℃/h，保温15h。将扁锭切头尾和去皮后厚度为500mm的扁锭。将扁锭450℃预热5h，先热轧成板坯，厚度35mm，冷却。将板材在530℃固溶50min，做单级固溶，冷却后拉伸2.0％，时效172℃保温12h。成品锯切后对板材进行分析，性能如表4所示。
表4 35mm厚板材性能指标
状态 Rp0.2/MPa Rm/MPa A/％
6061/T651-国标 240 290 9
常规6061/T651-1 262 307 13.5
从表4看出，没有对成分、均热、热轧等进行优化，其性能刚好满足国标；其板材表面出现严重橘皮纹，内部晶粒粗大，晶粒约500μm，如图5。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种6系铝合金预拉伸板材，其特征在于，按照重量百分比由以下组分组成：Mg:0.9～1.3％，Mn:0.08～0.25％，Si:0.52～0.9％，Cr:0.18～0.32％，Zr:0.005～0.12％，Cu:0.05～0.35％，Fe≤0.32％，Zn≤0.25％，Ti≤0.1％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素；
其中，所述6系铝合金预拉伸板材的制备工艺，包含以下操作步骤：
(1)制取6系铝合金，其按照重量百分比由以下组分组成：Mg:0.9～1.3％，Mn:0.08～0.25％，Si:0.52～0.9％，Cr:0.18～0.32％，Zr:0.005～0.12％，Cu:0.05～0.35％，Fe≤0.32％，Zn≤0.25％，Ti≤0.1％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素，然后依次进行铸造、均热化处理、预热；
(2)将步骤(1)中预热后所得6系铝合金进行热轧，轧至成品厚度，然后进行冷却；所述热轧倒数第三道次压下率18～35％，轧制速度2～7m/s；倒数第二道次压下率20～36％，轧制速度1～6m/s；最后一道次压下率24～38％，轧制速度0.8～5m/s；
(3)将步骤(2)中冷却后所得6系铝合金进行固溶淬火；
(4)将步骤(3)中固溶淬火后所得材料进行拉伸；
(5)将步骤(4)拉伸后所得材料进行时效处理，即得。
2.根据权利要求1所述6系铝合金预拉伸板材，其特征在于：步骤(1)中所述的铸造为铸成厚度400～700mm的扁锭。
3.根据权利要求1所述6系铝合金预拉伸板材，其特征在于：步骤(1)中所述均匀化热处理温度为460℃～570℃，升温速率为40～80℃/h，保温8～30h。
4.根据权利要求1所述6系铝合金预拉伸板材，其特征在于：步骤(1)中所述的预热为420℃～510℃预热2～25h。
5.根据权利要求1所述6系铝合金预拉伸板材，其特征在于：步骤(3)中所述的固溶淬火为物料升温速率为40～120℃/min，升温至300～380℃，达到指定温度后保温5～35min，然后保持物料升温速率为40～100℃/min，升温至500～550℃，达到指定温度后保温20～150min。
6.根据权利要求1所述6系铝合金预拉伸板材，其特征在于，步骤(3)固溶淬火更详细的步骤为：
①将冷却后所得6系铝合金升温至200℃，升温速率大于90℃/min；
②再从200℃升温至300～380℃，升温速率为40～120℃/min，在300～380℃保温5～35min；
③最后从300～380℃升温至500～550℃，升温速率为40～100℃/min，在500～550℃固溶20～150min。
7.根据权利要求6所述6系铝合金预拉伸板材，其特征在于，步骤③通过两个阶段实现：
阶段1：将6系铝合金板材从300～380℃升温至T1后保温，升温速率为40～100℃/min，保温时间为t1；
阶段2：再将6系铝合金从T1温度升温至500～550℃后保温，升温速率为40～100℃/min，保温时间为20～150min；其中T1为420～460℃，t1为5～25min。
8.根据权利要求1所述6系铝合金预拉伸板材，其特征在于：所述步骤(4)拉伸，拉伸量为0.8～3.0％；所述步骤(5)时效处理，处理温度为165～185℃，保温10～20h。
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