CN109207811A - 一种铝合金型材的制备方法及其应用 - Google Patents

一种铝合金型材的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铝合金型材的制备方法及其应用，该生产工艺包括步骤：（1）制备铝合金铸锭；（2）将铝合金铸锭进行加热；（3）挤压处理；（4）淬火处理；（5）时效处理，其中时效处理温度为175±5℃，时间为5.5±0.2h。本发明中所使用的铝合金铸锭性能优异，其可用于生产汽车用铝合金产品、电力工业用铝合金产品、轨道交通用铝合金产品、通讯设备用铝合金产品、机械零部件的加工用铝合金产品，力学性能佳，寿命长，并且产品停放6个月后再经175±5℃×5.5±0.2h时效，力学性能仍然合格，具有较好的储存时效，工艺简单，经济高效。

Description

一种铝合金型材的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，具体涉及一种铝合金型材的制备方法及其应用。
技术背景
铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的合金材料，如在纯铝中添加锰元素研制出的Al～Mn合金、在纯铝中添加铜元素研制出Al～Cu合金、在纯铝中同时添加铜和镁元素研制出Al～Cu～Mg系硬铝合金等。相比较其它材料，铝合金具有优良的综合性能，例如括密度小、耐腐蚀性优越、塑性和加工性能良好、导电导热性强、耐低温脆性抗辐射性等优点，其被广泛应用于航空、航天、机械制造、船舶、汽车等领域。
随着汽车轻量化的发展，市场对于汽车配件提出了重量更轻、性能更高的要求。目前国内在汽车结构件产品，如防撞梁、横梁制造方面多采用6061、6082、6A01系铝合金，但其力学性能仅能勉强达到国家标准GB/T 6892～2015规定要求(即6082T6壁厚≤5.00mm的产品的规定：抗拉强度Rm≥290Mpa，非比例延伸强度Rp0.2≥250Mpa，断后伸长率A50mm≥6％)，同时未对铝型材耐疲劳性及停放效应现象进行考虑，因此该部件在整体强度、服役寿命以及储存方面都具有较大限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝合金型材的制备方法及其应用，该制备方法中所使用的铝合金铸锭性能优异，其可用于生产汽车用铝合金产品、电力工业用铝合金产品、轨道交通用铝合金产品、通讯设备用铝合金产品、机械零部件的加工用铝合金产品，力学性能佳，寿命长，并且产品停放6个月后再经175±5℃×5.5±0.2h时效，力学性能仍然合格，具有较好的储存时效，工艺简单，经济高效。
本发明通过了以下技术方案实现：
实际上，本发明涉及一种铝合金型材的制备方法，其包括步骤：
(1)制备铝合金铸锭；
(2)将步骤(1)的铝合金铸锭进行加热；
(3)将加热后的铝合金进行挤压处理；
(4)将挤压后的铝合金进行在线淬火处理；
(5)将在线淬火处理后的铝合金进行拉伸、定尺锯切处理；
(6)将定尺锯切处理后的铝合金进行时效处理，时效处理温度为175±5℃，时间为5.5±0.2h；
其中，所述铝合金铸锭含有的化学成分及其质量百分比为：Si：1.00％～1.20％，Fe：≤0.25％，Cu：0.12％～0.15％，Mn：0.50％～0.55％，Mg：0.80％～0.95％，Cr：≤0.12％，Ni：≤0.01％，Zn：≤0.01％，Ti：≤0.01％，余量为Al及杂质。
上述技术方案通过调整主要的合金元素Si、Cu、Mn、Mg的含量，细化了合金的成分，使其重新组合，促进了铝合金组织的分布均匀化，进一步增加了强化相Mg2Si，使铝合金的力学性能得到明显的提升。
作为另一具体实施方式，所述铝合金铸锭含有的化学成分及其质量百分比为：Si：1.10％，Fe：≤0.25％，Cu：0.13％，Mn：0.52％，Mg：0.85％，Cr：≤0.12％，Ni：≤0.01％，Zn：≤0.01％，Ti：≤0.01％，余量为Al及杂质。
作为另一具体实施方式，所述铝合金铸锭含有的化学成分及其质量百分比为：Si：1.10％，Fe：≤0.25％，Cu：0.13％，Mn：0.53％，Mg：0.85％，Cr：≤0.12％，Ni：≤0.01％，Zn：≤0.01％，Ti：≤0.01％，余量为Al及杂质。
作为另一具体实施方式，所述铝合金铸锭含有的化学成分及其质量百分比为：Si：1.15％，Fe：≤0.25％，Cu：0.13％，Mn：0.53％，Mg：0.90％，Cr：≤0.12％，Ni：≤0.01％，Zn：≤0.01％，Ti：≤0.01％，余量为Al及杂质。
作为另一具体实施方式，所述步骤(2)中，所述加热的温度为480℃～500℃。
作为另一具体实施方式，所述步骤(3)中，所述挤压比λ为30～60，挤压的速度为4m/min～10m/min；作为进一步优选，所述挤压比λ为33.96，挤压的速度为3m/min～8m/min。
作为另一具体实施方式，所述步骤(3)中，所述挤压处理中的料温为530℃～550℃；进一步优选的，出料口温度为535℃～545℃。
作为另一具体实施方式，所述淬火后的产品温度≤50℃；通过控制淬火温度，其能够提升本方案铝合金制品固溶热处理的效果，在该温度范围下固溶热处理效果充分，其能够进一步强化铝合金制品中相Mg2Si的析出，进一步增加了铝合金的抗拉强度和硬度及促进产品的韧性。
同时，本发明还提供一种上述制备方法所得的铝合金型材在汽车结构件中的应用。
如其中一种具体应用，为经以下过程制备得到的铝合金产品：
(1)制备铝合金铸锭，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：
Si：1.10％～1.15％，Fe：≤0.25％，Cu：0.13％～0.14％，Mn：0.52％～0.53％，Mg：0.85％～0.90％，Cr：≤0.12％，Ni：≤0.01％，Zn：≤0.01％，Ti：≤0.01％，余量为Al及杂质；
(2)将步骤(1)的铝合金铸锭，于温度480℃～500℃的条件下进行加热，并将模具加热至460℃～480℃，盛锭筒加热至420℃～460℃；
(3)将步骤(2)加热后的铝合金铸锭加入加热后的盛锭筒中进行挤压处理，其中挤压比λ为33.96，挤压的速度为3～8m/min，出料口温度为535℃～555℃；
(4)将挤压后的铝合金进行淬火处理，其中淬火的方式采用水冷淬火，控制淬火后产品温度≤50℃；
(5)将在线淬火处理后的铝合金进行拉伸、定尺锯切处理；
(6)将定尺锯切处理后的铝合金进行时效处理，时效处理温度为175℃±5℃，时间为5.5±0.2h，制得铝合金产品。
将上述所得铝合金汽车防撞梁进行SGS测试，产品抗拉强度Rm为367～383Mpa，非比例延伸强度Rp0.2为327～348Mpa，断后伸长率A50mm为16.5～19.0％
同时，本发明还提供一种上述制备方法所得的铝合金型材在电力工业用铝、轨道交通用铝、通讯设备用铝、机械零部件的加工中的应用。
与现有技术相比，本发明方案具有有益效果：
(1)本发明提供一种铝合金型材的制备方法，通过该工艺生产的产品具有优异的力学性能，经SGS测试，产品抗拉强度Rm≥360Mpa，非比例延伸强度Rp0.2≥320Mpa，断后伸长率A50mm≥16％，其远远超过国家标准GB/T6892～2015的规定要求；
(2)本发明生产工艺具有较佳的储存时效，产品停放6个月后再经175±5℃×5.5±0.2h时效，力学性能仍然合格，不仅延长了产品的寿命，还为产品的后期使用提供了保障；
(3)本发明生产工艺简单，成本经济，易于实现大规模工业化生产；
(4)本发明生产的铝合金型材应用广泛，可用于制造汽车用铝合金产品、电力工业用铝合金产品、轨道交通用铝合金产品、通讯设备用铝合金产品、机械零部件的加工等，所得产品性能优异，其能够完全满足市场上的实际需求，提升了国内专用铝型材在国际上的竞争力。
具体实施方式
下面通过具体实施例和对比例对本发明做进一步的详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要注意的是，本技术方案中的“包括”意指其除所述成分外，还可以包括其他成分，所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
本技术方案中的余量为Al，指本发明铝合金锭的成分中除去Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Ni、Zn、Ti和其他元素之外的余量为Al，Al与Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Ni、Zn、Ti和其他元素成分的重量百分含量之和为100％。
本技术方案中的时效处理指金属或合金工件从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置，使其性能随时间而变化的热处理工艺，其中时效处理温度为175±5℃，例如170℃、172℃、174℃、175℃、176℃、178℃或180℃；时间为5.5±0.2h,例如5.3h、5.4h、5.5h、5.6h、5.7h。
其中，上述加热是指将铝合金铸锭进行加热。
其中，上述挤压处理指在模具的作用下利用挤压装置将铝合金锭进行拉伸起到改善材料力学性能的作用，也可起到压制成型的作用，挤压装置可以是盛锭筒挤压机或其类似设备。
其中，上述在线淬火处理是通过淬火箱采用同时通过水冷方式进行在线淬火。
实施例1
一种铝合金型材的制备方法，其包括步骤：
(1)制备铝合金铸锭，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：
Si：1.00％％，Fe：0.25％，Cu：0.15％，Mn：0.50％，Mg：0.80％，Cr：0.12％，Ni：0.01％，Zn：0.01％，Ti：0.01％，余量为Al及杂质；
(2)将步骤(1)的铝合金铸锭，于温度480℃的条件下采用多棒热剪炉进行加热，并将模具加热至460℃，盛锭筒加热至420℃；
(3)将步骤(2)加热后的铝合金铸锭加入加热后的盛锭筒中进行挤压处理，其中挤压比λ为30，挤压的速度为4m/min，出料口温度为530℃；
(4)将挤压后的铝合金在线淬火处理，控制淬火后产品温度≤50℃；
(5)将淬火处理后的铝合金产品进行拉伸、定尺锯切处理；
(5)将淬火处理后的铝合金进行拉伸、定尺锯切处理；
(6)将定尺锯切处理后的铝合金进行时效处理，时效处理温度为175℃，时间为5.5h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
实施例2
一种铝合金型材的制备方法，其包括步骤：
(1)制备铝合金铸锭，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：
Si：1.20％，Fe：0.15％，Cu：0.12％，Mn：0.55％，Mg：0.95％，Cr：0.08％，Ni：0.005％，Zn：0.006％，Ti：0.006％，余量为Al及杂质；
(2)将步骤(1)的铝合金铸锭，于温度500℃的条件下采用多棒热剪炉进行加热，并将模具加热至480℃，盛锭筒加热至460℃；
(3)将步骤(2)加热后的铝合金铸锭加入加热后的盛锭筒中进行挤压处理，其中挤压比λ为60，挤压的速度为10m/min，出料口温度为550℃；
(4)将挤压后的铝合金进行在线淬火处理，控制淬火后产品温度≤50℃；
(5)将淬火处理后的铝合金进行拉伸、定尺锯切处理；
(6)将定尺锯切处理后的铝合金进行时效处理，时效处理温度为170℃，时间为5.7h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
实施例3
一种铝合金型材的制备方法，其包括步骤：
(1)制备铝合金铸锭，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：
Si：1.10％，Fe：0.22％，Cu：0.13％，Mn：0.52％，Mg：0.85％，Cr：0.05％，Ni：0.008％，Zn：0.005％，Ti：0.008％，余量为Al及杂质；
(2)将步骤(1)的铝合金铸锭，于温度485℃的条件下采用多棒热剪炉进行加热，并将模具加热至465℃，盛锭筒加热至430℃；
(3)将步骤(2)加热后的铝合金铸锭加入加热后的盛锭筒中进行挤压处理，其中挤压比λ为33.96，挤压的速度为3m/min，出料口温度为535℃；
(4)将挤压后的铝合金进行在线淬火处理，控制淬火后产品温度≤50℃；
(5)将淬火处理后的铝合金进行拉伸、定尺锯切处理；
(6)将定尺锯切处理后的铝合金进行时效处理，时效处理温度为180℃，时间为5.3h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
实施例4
一种铝合金型材的制备方法，其包括步骤：
(1)制备铝合金铸锭，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：
Si：1.05％，Fe：0.18％，Cu：0.14％，Mn：0.54％，Mg：0.90％，Cr：0.07％，Ni：0.005％，Zn：0.006％，Ti：0.008％，余量为Al及杂质；
(2)将步骤(1)的铝合金铸锭，于温度490℃的条件下采用多棒热剪炉进行加热，并将模具加热至470℃，盛锭筒加热至440℃；
(3)将步骤(2)加热后的铝合金铸锭加入加热后的盛锭筒中进行挤压处理，其中挤压比λ为26，挤压的速度为8m/min，出料口温度为545℃；
(4)将挤压后的铝合金进行在线淬火处理，控制淬火后产品温度≤50℃；
(5)将淬火处理后的铝合金进行拉伸、定尺锯切处理；
(6)将定尺锯切处理后的铝合金进行时效处理，时效处理温度为174℃，时间为5.4h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
实施例5
一种铝合金型材的制备方法，其包括步骤：
(1)制备铝合金铸锭，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：
Si：1.15％，Fe：0.16％，Cu：0.13％，Mn：0.53％，Mg：0.88％，Cr：0.09％，Ni：0.009％，Zn：0.007％，Ti：0.007％，余量为Al及杂质；
(2)将步骤(1)的铝合金铸锭，于温度495℃的条件下采用多棒热剪炉进行加热，并将模具加热至475℃，盛锭筒加热至450℃；
(3)将步骤(2)加热后的铝合金铸锭加入加热后的盛锭筒中进行挤压处理，其中挤压比λ为33.96，挤压的速度为7m/min，出料口温度为540℃；
(4)将挤压后的铝合金进行在线淬火处理，控制淬火后产品温度≤50℃；
(5)将淬火处理后的铝合金进行拉伸、定尺锯切处理；
(6)将定尺锯切处理后的铝合金进行时效处理，时效处理温度为177℃，时间为5.6h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
对比例1
一种铝合金型材的制备方法，其包括步骤：
(1)制备铝合金铸锭，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：
Si：1.00％％，Fe：0.25％，Cu：0.15％，Mn：0.50％，Mg：0.80％，Cr：0.12％，Ni：0.01％，Zn：0.01％，Ti：0.01％，余量为Al及杂质；
(2)将步骤(1)的铝合金铸锭，于温度480℃的条件下采用多棒热剪炉进行加热，并将模具加热至460℃，盛锭筒加热至420℃；
(3)将步骤(2)加热后的铝合金铸锭加入加热后的盛锭筒中进行挤压处理，其中挤压比λ为30，出料口温度为535℃；
(4)将挤压后的铝合金进行在线淬火处理，控制淬火后产品温度≤50℃；
(5)将淬火处理后的铝合金进行拉伸、定尺锯切处理；
(6)将定尺锯切处理后的铝合金进行时效处理，时效处理温度为145℃，时间为10h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
对比例2：
与具体对比例1不同的是，本对比例的时效处理温度为145℃，时间为10h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
对比例3
与具体对比例1不同的是，本对比例的时效处理温度为175℃，时间为8h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
对比例4
与具体对比例1不同的是，本对比例的时效处理温度为175℃，时间为8h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
对比例5
与具体对比例1不同的是，本对比例的时效处理温度为195℃，时间为6h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
对比例6
与具体对比例1不同的是，本对比例的时效处理温度为195℃，时间为6h，制得的产品进行取样、力学性能测试。
对以上实施例和对比例所得成品取样进行SGS测试后，相关试验结果见下表1：
综上所述，通过本发明技术方案工艺生产的产品具有优异的力学性能，经SGS测试，产品抗拉强度Rm≥360Mpa，非比例延伸强度Rp0.2≥320Mpa，断后伸长率A50mm≥16％，其远远超过国家标准GB/T 6892～2015的规定要求，其能够完全满足市场上的实际需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金型材的制备方法，其特征在于，其包括步骤：
（1）制备铝合金铸锭；
（2）将步骤（1）的铝合金铸锭进行加热；
（3）将加热后的铝合金进行挤压处理；
（4）将挤压后的铝合金进行淬火处理；
（5）将在线淬火处理后的铝合金进行拉伸、定尺锯切处理；
（6）将定尺锯切处理后的铝合金进行时效处理，时效处理温度为 175±5℃，时间为5.5±0.2h；
其中，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：Si：1.00%~1.20%，Fe：≤0.25%，Cu：0.12%~0.15%，Mn：0.50%~0.55%，Mg：0.80%~0.95%，Cr：≤0.12%， Ni：≤0.01%，Zn：≤0.01%，Ti：≤0.01%，余量为 Al及杂质。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：Si：1.10%，Fe：≤0.25%，Cu：0.13%，Mn：0.52%，Mg：0.85%，Cr：≤0.12%，Ni：≤0.01%，Zn：≤0.01%，Ti：≤0.01%，余量为 Al及杂质。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：Si：1.10%，Fe：≤0.25%，Cu：0.13%，Mn：0.53%，Mg：0.85%，Cr：≤0.12%，Ni：≤0.01%，Zn：≤0.01%，Ti：≤0.01%，余量为 Al及杂质。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金铸锭含有的成分及其质量百分比为：Si：1.15%，Fe：≤0.25%，Cu：0.13%，Mn：0.53%，Mg：0.90%，Cr：≤0.12%，Ni：≤0.01%，Zn：≤0.01%，Ti：≤0.01%，余量为 Al及杂质。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述加热的温度为480℃~500℃。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述挤压处理的挤压比λ为30~60，挤压的速度为4m/min~10m/min。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述挤压处理的料温为530℃~550℃。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述淬火采用水冷淬火，淬火后的产品温度≤50℃。
9.一种如权利要求1~8任一所述制备方法所得的铝合金型材在汽车结构件中的应用。
10.一种如权利要求1~8任一所述制备方法所得的铝合金型材在电力工业用铝、轨道交通用铝、通讯设备用铝、机械零部件的加工中的应用。
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