CN110029295A - 一种6061铝合金热机械处理强化工艺 - Google Patents

一种6061铝合金热机械处理强化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于合金铸造技术领域，具体涉及一种6061铝合金热机械处理强化工艺，包括均匀化处理，对均匀化处理后的锻坯进行热挤压成形，在保温状态下转移到淬火炉中，进行风冷均匀淬火，将淬火后的坯锭进行330℃×2h时效处理，室温冷水淬火，进行160℃×6h再次时效处理，完成后空冷即得。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过在适温条件下对铸坯进行均匀化处理，能使铸锭中存在的偏析层在均匀化处理时均匀分布；通过合理设置热挤压成形条件，保证合金质量；然后在风冷箱中进行风冷均匀淬火，能对坯锭整体均匀降温，避免出现局部降温使坯锭因温度差出现变形；在多个条件下进行时效处理，使铝合金韧性得到了增强。

Description

一种6061铝合金热机械处理强化工艺
技术领域
本发明属于合金铸造技术领域，具体涉及一种6061铝合金热机械处理强化工艺。
背景技术
铝型材产品密度较低，但是铝型材强度相对较高，甚至超过钢结构，但铝型材可塑性非常强，具有较强的耐腐蚀性、质量较轻，我国工业基础建设步伐加快和建筑业的快速发展，铝型材行业目前发展较快的铝型材主要为6061、6063-T5和6005-T5，其中，6061具有一定的抗拉强度和承重力，具有耐腐蚀性，适用于工业结构框架和工业类、建筑行业、电子电器等行业结构性的管材、棒材、板材等，现有技术中通常通过成分控制或热处理工艺改进提高铝型材的力学性能，通过对处理工艺不断优化能得到综合性能较高的产品，比如现有文件《热处理对6061铝合金组织与性能的影响》（张德芬等著）中通过固溶处理和时效处理合理结合，使6061铝合金硬度保持较高水平的同时，提高合金的抗冲击性能，但由于生产要求的不断提高，因此，需要对其热处理工艺进一步优化，以进一步改善铝合金的韧性；另外，现有风冷装置通常为利用风扇对铸件进行冷却，但是容易造成铸件各部分受冷温度不一致，容易出现形变。
发明内容
本发明的目的是针对现有6061铝合金韧性有待进一步提高的问题，提供了一种6061铝合金热机械处理强化工艺。
所述6061铝合金中各元素的质量分数如表1中所示：
表1
在现有技术的基础上进一步限定铜、铬、硅的含量，在铜、铬含量相对较低、硅含量相对较高的情况下，通过调整热机械处理条件，能够在现有技术基础上进一步提高6061铝合金的韧性。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种6061铝合金热机械处理强化工艺，包括以下步骤：
（1）将6061铝合金铸坯在560-600℃下均匀化处理120-180分钟，得到均匀化处理后的锻坯；
（2）对均匀化处理后的锻坯进行热挤压成形，挤压温度为480℃，热挤压速度为60m/s，润滑剂为二硫化钼，完成后得到坯锭；
（3）将步骤（2）所得坯锭在保温状态下转移到淬火炉中，在压强为0.2-0.3MPa的混合气体氛围中进行风冷均匀淬火，当坯锭温度低于360℃后停止淬火，得到淬火后的坯锭；
（4）将淬火后的坯锭进行330℃×2h时效处理，室温冷水淬火，然后进行160℃×6h再次时效处理，完成后空冷即得。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（1）中6061铝合金铸坯进行预热处理，所述预热处理是指在温度为200℃的条件下保温60-100分钟，提前预热处理，能保证铝合金铸坯均匀化处理的效果。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（2）中热挤压成形的挤压比为36.6-37.2，在对应条件下，合适的挤压比能够避免产品出现裂纹或变形等显现发生。
作为对上述方案的进一步改进，所述混合气体按体积比包括氮气68-74%、氩气25-30%、二氧化碳1-2%；合理配比混合气体，在保证低价的同时保证传热速度，且相对容易回收，适于推广，而且能进一步增强坯锭的力学强度。
作为对上述方案的进一步改进，所述风冷均匀淬火为在风冷箱中进行，所述风冷箱中包括内箱体，所述内箱体底部上方设有多组八字形支架，八字形支架用于放置坯锭，所述内箱体的纵截面为中心轴对称图形，在内箱体纵截面上设置互相垂直的虚拟分割线，虚拟分割线对应的内箱体上设有喷气组，所述喷气组包括在内箱体上均匀分布的喷气组件，在内箱体上相邻喷气组之间设有均匀分布的出气口，所述出气口外端与复合气回收装置连通，所述喷气组件的后端连通鼓风机，喷气组件包括多个喷气头，喷气头均匀分布，保证相邻喷气组喷气覆盖面部分重叠；该结构合理设置八字形支架，能够保证能够放置带有弧面或平面的坯锭，且减少与坯锭的接触面积，保证风冷效果；喷气组件的合理设置，能使坯锭在风冷箱中受风均匀，在出气口的配合下，保证一定压力的持续处理，进而保证风冷的均匀性并达到一定的力学效果。
作为对上述方案的进一步改进，所述坯锭为柱型坯锭或方形坯锭。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过在适温条件下对铸坯进行均匀化处理，能够使β-Mg2Si相颗粒球状化，使铸锭中本来因挤压存在的偏析层在均匀化处理时均匀分布，避免包含富集区；然后对锻坯进行热挤压成形，通过合理设置热挤压成形条件，在避免金属形变量超过塑性变形极限的同时避免出现偏析废品或压裂纹废品；然后在风冷箱中进行风冷均匀淬火，能对坯锭整体均匀降温，避免出现局部降温使坯锭因温度差出现变形，进一步析出Mg2Si和游离Si，减少β相析出，进而进一步提高合金材料的均匀性和塑性；然后在330℃条件下人工时效时，原子活动能力强，在母相的若干原子层范围内快速均匀的形成聚集区，增强合金强度，然后转入160℃条件下再次固溶，由于固溶温度的快速转变，使在高速活动的原子向内部运动，使正在生长的晶体偏转或弯曲引起相邻晶块之间的有位相差，即产生位错，随着处理时间的增加，铝合金凝固过程中细化了合金的晶粒尺寸，使其韧性得到了增强。
附图说明
图1是本发明实施例1中风冷箱的侧视图。
图2是本发明实施例1中风冷箱的正视图。
图3是本发明实施例2中风冷箱的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
为了详细说明本发明的技术内容、所实现的目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：通过在一定的合金材料基础上，进一步优化热机械处理调节，使各条件互相配合，并设计风冷箱结构，保证风冷均匀性，进一步保证铝合金的加工质量，然后通过两个阶段的时效处理，使在高速活动的原子向内部运动，使正在生长的晶体偏转或弯曲引起相邻晶块之间的有位相差，即产生位错，随着处理时间的增加，铝合金凝固过程中细化了合金的晶粒尺寸，使其韧性得到了增强。
一种6061铝合金热机械处理强化工艺，包括以下步骤：
（1）将6061铝合金铸坯在560-600℃下均匀化处理120-180分钟，得到均匀化处理后的锻坯；
（2）对均匀化处理后的锻坯进行热挤压成形，挤压温度为480℃，热挤压速度为60m/s，润滑剂为二硫化钼，完成后得到坯锭；
（3）将步骤（2）所得坯锭在保温状态下转移到淬火炉中，在压强为0.2-0.3MPa的混合气体氛围中进行风冷均匀淬火，当坯锭温度低于360℃后停止淬火，得到淬火后的坯锭；
（4）将淬火后的坯锭进行330℃×2h时效处理，室温冷水淬火，然后进行160℃×6h再次时效处理，完成后空冷即得。
由上述描述可知，在适温条件下对铸坯进行均匀化处理，能够使β-Mg2Si相颗粒球状化，使铸锭中本来因挤压存在的偏析层在均匀化处理时均匀分布，避免包含富集区；然后对锻坯进行热挤压成形，通过合理设置热挤压成形条件，在避免金属形变量超过塑性变形极限的同时避免出现偏析废品或压裂纹废品；然后在风冷箱中进行风冷均匀淬火，能对坯锭整体均匀降温，避免出现局部降温使坯锭因温度差出现变形，进一步析出Mg2Si和游离Si，减少β相析出，进而进一步提高合金材料的均匀性和塑性；然后在330℃条件下人工时效时，原子活动能力强，在母相的若干原子层范围内快速均匀的形成聚集区，增强合金强度，然后转入160℃条件下再次固溶，由于固溶温度的快速转变，使在高速活动的原子向内部运动，使正在生长的晶体偏转或弯曲引起相邻晶块之间的有位相差，即产生位错，随着处理时间的增加，铝合金凝固过程中细化了合金的晶粒尺寸，使其韧性得到了增强。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（1）中6061铝合金铸坯进行预热处理，所述预热处理是指在温度为200℃的条件下保温60-100分钟，提前预热处理，能保证铝合金铸坯均匀化处理的效果。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（2）中热挤压成形的挤压比为36.6-37.2，在对应条件下，合适的挤压比能够避免产品出现裂纹或变形等显现发生。
作为对上述方案的进一步改进，所述混合气体按体积比包括氮气68-74%、氩气25-30%、二氧化碳1-2%；合理配比混合气体，在保证低价的同时保证传热速度，且相对容易回收，适于推广，而且能进一步增强坯锭的力学强度；氮气价格相对较低且容易回收，与适量氩气和二氧化碳混合能提高传热速度，进而保证力学强度。
如图1-3中所示，所述风冷均匀淬火为在风冷箱中进行，所述风冷箱中包括内箱体1，所述内箱体1底部上方设有多组八字形支架2，八字形支架2用于放置坯锭，所述内箱体1的纵截面为中心轴对称图形，在内箱体1纵截面上设置互相垂直的虚拟分割线，虚拟分割线对应的内箱体上设有喷气组，所述喷气组包括在内箱体上均匀分布的喷气组件3，在内箱体上相邻喷气组之间设有均匀分布的出气口4，所述出气口4外端与复合气回收装置连通，所述喷气组件3的后端连通鼓风机，喷气组件3包括多个喷气头4，喷气头4均匀分布，保证相邻喷气组喷气覆盖面部分重叠；该结构合理设置八字形支架2，能够保证能够放置带有弧面或平面的坯锭，且减少与坯锭的接触面积，保证风冷效果；喷气组件的合理设置，能使坯锭在风冷箱中受风均匀，在出气口的配合下，保证一定压力的持续处理，进而保证风冷的均匀性并达到一定的力学效果。
实施例1
一种6061铝合金热机械处理强化工艺，包括以下步骤：
（1）将6061铝合金铸坯进行预热处理，所述预热处理是指在温度为200℃的条件下保温60分钟；然后在600℃下均匀化处理120分钟，得到均匀化处理后的锻坯；
（2）对均匀化处理后的锻坯进行热挤压成形，挤压温度为480℃，热挤压成形的挤压比为37.2，热挤压速度为60m/s，润滑剂为二硫化钼，完成后得到坯锭；
（3）将步骤（2）所得坯锭在保温状态下转移到淬火炉中，在压强为0.2MPa的混合气体氛围中进行风冷均匀淬火，当坯锭温度低于360℃后停止淬火，得到淬火后的坯锭；所述混合气体按体积比包括氮气68%、氩气30%、二氧化碳2%；其中，所述风冷均匀淬火为在风冷箱中进行，所述风冷箱如图1-2中所示，其余部件均为本领域常见部件，在图中未单独标出；
（4）将淬火后的坯锭进行330℃×2h时效处理，室温冷水淬火，然后进行160℃×6h再次时效处理，完成后空冷即得。
实施例2
一种6061铝合金热机械处理强化工艺，包括以下步骤：
（1）将6061铝合金铸坯进行预热处理，所述预热处理是指在温度为200℃的条件下保温100分钟；然后在560℃下均匀化处理180分钟，得到均匀化处理后的锻坯；
（2）对均匀化处理后的锻坯进行热挤压成形，挤压温度为480℃，热挤压成形的挤压比为36.6，热挤压速度为60m/s，润滑剂为二硫化钼，完成后得到坯锭；
（3）将步骤（2）所得坯锭在保温状态下转移到淬火炉中，在压强为0.3MPa的混合气体氛围中进行风冷均匀淬火，当坯锭温度低于360℃后停止淬火，得到淬火后的坯锭；所述混合气体按体积比包括氮气74%、氩气25%、二氧化碳1%；其中，所述风冷均匀淬火为在风冷箱中进行，所述风冷箱如图2-3中所示，其余部件均为本领域常见部件，在图中未单独标出；
（4）将淬火后的坯锭进行330℃×2h时效处理，室温冷水淬火，然后进行160℃×6h再次时效处理，完成后空冷即得。
设置对照组1，将实施例1步骤（1）中均匀化处理条件调整为535℃×4h，其余内容不变；设置对照组2，将实施例1步骤（2）中挤压温度调整为500℃，其余内容不变；设置对照组3，将实施例1中步骤（3）中风冷箱替换为现有的利用风扇冷却，其余内容不变；设置对照组4，将实施例1中混合气体中二氧化碳替换为等体积的氮气，其余内容不变；设置对照组5，将实施例1中混合气体替换为纯氮气，其余内容不变；设置对照组6，将实施例1中混合气体替换为纯氩气，其余内容不变；设置对照组7，将实施例1中时效处理条件替换为330℃×8h，然后在室温冷水淬火，其余内容不变；设置对照组8，将实施例1中时效处理条件替换为160℃×8h，然后在室温冷水淬火，其余内容不变；
并设置空白组，即未处理的符合上述说明的铝合金材料。
用线切割法将6061铝合金板材切割成60mm×20mm×6mm的试样，然后按照本发明中方法进行处理，处理完成后对各组的硬度进行检测，硬度测试采用HV0.1S-1000数显式显微硬度计，载荷砝码为100g，保压时间为10s；并对其冲击韧度以及相关力学强度及伸长率进行检测，其中每组数据测量三次，并求平均值，得到以下结果：
表2
通过表1中数据可以看出，本发明中各步骤中条件的限定会对6061铝合金的性能产生相应的影响，混合气体为纯氮气或均匀化处理条件的改变对铝合金综合强度产生较大影响，其中混合气体的改变以及时效处理条件的改变对铝合金韧性有较大影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种6061铝合金热机械处理强化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将6061铝合金铸坯在560-600℃下均匀化处理120-180分钟，得到均匀化处理后的锻坯；
（2）对均匀化处理后的锻坯进行热挤压成形，挤压温度为480℃，热挤压速度为60m/s，润滑剂为二硫化钼，完成后得到坯锭；
（3）将步骤（2）所得坯锭在保温状态下转移到淬火炉中，在压强为0.2-0.3MPa的混合气体氛围中进行风冷均匀淬火，当坯锭温度低于360℃后停止淬火，得到淬火后的坯锭；
（4）将淬火后的坯锭进行330℃×2h时效处理，室温冷水淬火，然后进行160℃×6h再次时效处理，完成后空冷即得。
2.如权利要求1所述一种6061铝合金热机械处理强化工艺，其特征在于，所述步骤（1）中6061铝合金铸坯进行预热处理，所述预热处理是指在温度为200℃的条件下保温60-100分钟。
3.如权利要求1所述一种6061铝合金热机械处理强化工艺，其特征在于，所述步骤（2）中热挤压成形的挤压比为36.6-37.2。
4.如权利要求1所述一种6061铝合金热机械处理强化工艺，其特征在于，所述混合气体按体积比包括氮气68-74%、氩气25-30%、二氧化碳1-2%。
5.如权利要求1所述一种6061铝合金热机械处理强化工艺，其特征在于，所述风冷均匀淬火为在风冷箱中进行，所述风冷箱中包括内箱体，所述内箱体底部上方设有多组八字形支架，八字形支架用于放置坯锭，所述内箱体的纵截面为中心轴对称图形，在内箱体纵截面上设置互相垂直的虚拟分割线，虚拟分割线对应的内箱体上设有喷气组，所述喷气组包括在内箱体上均匀分布的喷气组件，在内箱体上相邻喷气组之间设有均匀分布的出气口，所述出气口外端与复合气回收装置连通，所述喷气组件的后端连通鼓风机，喷气组件包括多个喷气头，喷气头均匀分布，保证相邻喷气组喷气覆盖面部分重叠。
6.如权利要求5所述一种6061铝合金热机械处理强化工艺，其特征在于，所述坯锭为柱型坯锭或方形坯锭。
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