CN110983216A - 一种减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金生产工艺领域，涉及一种减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，铝合金原料：Si：1.07～1.12％、Fe≤0.1％、Cu：0.01～0.04％、Mn：0.62～0.65％、Mg：0.88～0.93％、Cr：0.15～0.18％、Zn≤0.03％、Ti：0.02～0.05％、单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.1％，余量为Al，其中Mg/Si比为0.79～0.87，通过该配方制得的铝合金铸锭经过挤压、在线水雾淬火处理、拉伸矫直后进行固溶热处理，各个工艺参数严格控制，铝合金挤压棒材经545℃×1h固溶热处理后，截面无粗晶，表面无粗晶；棒材锻造后截面粗晶层厚度≤3mm，经170℃×8.5h后力学性能可达：屈服强度RP0.2≥320Mpa，抗拉强度Rm≥360Mpa，延伸率A≥10％。

Description

一种减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺
技术领域
本发明属于铝合金生产工艺领域，涉及一种减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺。
背景技术
6系合金是变形铝合金中最重要的压力加工合金，是以镁和硅为主要合金元素的铝合金，其主要强化相是镁和硅形成的金属间化合物Mg2Si，属于可热处理强化的铝合金。6系合金具有中等强度，良好的塑性，优良的焊接性和耐腐蚀性，以及无应力腐蚀开裂倾向。因此，6系合金是世界上应用最为广泛的铝合金。6082铝合金是6系合金中的主要合金成员，6082属Al-Mg-Si系热处理可强化铝合金，具有良好的可成型性、可焊接性和可机加工性，同时具有中等强度，主要用于机械结构方面，型材种类有棒材、板材、管材和型材等。
6082铝合金属于高强度铝合金，挤压棒材经锻造后常用于汽车控制臂、转向节等各种结构零件，来满足汽车领域轻量化及高性能需求。随着汽车制造技术的高速发展，市场对高性能铝合金锻件的需求越来越多，这就促使铝合金锻造方法向更大变形量更高固溶温度的方向发展。目前在铝挤压行业内，6082合金挤压棒材表面固溶前后均出现不同程度的粗晶，在客户后续锻造变形量及固溶温度不同的条件下，特别是高变形量高温固溶时，边角位置极易产生截面粗晶缺陷，影响产品力学性能。现生产的φ50mm棒材，经545℃×1h固溶热处理后，棒材截面无粗晶但表面粗晶严重，虽然符合客户对挤压棒材截面的标准要求，但客户在后续锻造时需要进行大变形量高固溶温度工艺，锻件粗晶层厚度最大可达5mm，力学性能比挤压棒材减少至少60Mpa以上，力学性能中屈服强度仅达到270Mpa，抗拉强度仅达到310Mpa，延伸率仅达到8％，严重影响锻后零部件的使用。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有6082铝合金挤压棒材表面固溶前后出现的粗晶，客户后续锻造处理时会牺牲力学性能，影响锻造后零部件使用的问题，提供一种减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，包括如下步骤：
A、按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：1.07～1.12％、Fe≤0.1％、Cu：0.01～0.04％、Mn：0.62～0.65％、Mg：0.88～0.93％、Cr：0.15～0.18％、Zn≤0.03％、Ti：0.02～0.05％、单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.1％，余量为Al，其中Mg/Si比为0.79～0.87，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，熔炼温度为700～750℃，将熔炼后的液态铝合金经静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度为530±10℃，保温时间为10～12h，使Mg2Si相充分的融入到固溶体内；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金棒材，其中挤压模具采用模具工作带缩短及入口倒角的设计方式，挤压前，挤压模具的加热温度为420～450℃，挤压铸锭的加热温度为400～440℃，挤压筒的加热温度为430～440℃，挤压比为8～10，挤压过程中的挤压速度为2.5～3m/min；
D、将步骤C挤压后的铝合金棒材在挤压模具出口处进行在线水雾弱淬淬火处理，使挤压棒材缓慢降温，释放内部应力，有效减少晶粒长大的驱动力；
E、将步骤D淬火后的铝合金棒材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量＜1.5％，将拉伸矫直后的铝合金棒材停放2h后定尺锯切；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金棒材进行固溶热处理，热处理制度为545±5℃×1h，得到表面和截面均无粗晶的铝合金棒材。
进一步，步骤A精炼过程中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤。
进一步，步骤A采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
进一步，步骤C中挤压机为卧式2000T挤压机。
进一步，步骤C中模具工作带由7mm减短至4mm，工作带入口倒角从R2增加到R5，导流板入口倒角从R4增加到R10。
进一步，步骤C挤压模具上装有液氮冷却装置，吸收挤压过程中产生的热量，保证挤压过程中挤压模具温度不变。
进一步，步骤D中铝合金棒材淬火后的温度为80～100℃。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，铝合金原料配方中Mg/Si比为0.79～0.87，有过剩Si的存在，有助于提高最终制备产品的力学性能；增加Mn、Cr元素含量，提高了再结晶温度，同时形成的MnAl6、(CrFe)Al7、(CrMn)Al12等化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起抑制作用。
2、本发明所公开的减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，使用530±10℃×10～12h中温长时水冷的均质制度，不仅使晶界上的Mg2Si相和过剩Si充分溶解到固溶体中，提高铝合金铸棒的可挤压性，更重要的是使一部分含有Mn、Cr的第二相能够细小弥散分布，提高再结晶温度，抑制再结晶形成，细化再结晶晶粒。
3、本发明所公开的减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，挤压模具中模具工作带由7mm减短至4mm，工作带入口倒角从R2增加到R5，导流板入口倒角从R4增加到R10，模具工作带的缩短及入口倒角的独特设计方式能够有效的减少铸锭与模具的摩擦。
4、本发明所公开的减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，挤压机选用卧式2000T挤压机，使挤压比降低至8，目的是减小整体挤压压力及挤压变形程度，进而可以减少挤压时模具工作带对棒材表面的摩擦；模具加热温度420～450℃，挤压筒加热温度430～440℃，铸锭加热温度400～440℃，严格控制三者的温度区间，目的是降低流动金属在挤压筒及模具内的摩擦力；挤压制品速度限定在2.5～3m/min的范围内。低于2.5m/min时，棒材在高温条件下暴露于空气时间较长，晶粒在高温驱动力下即发生形核并长大即形成表面粗晶。如高于3m/min时，增大了模具工作带与流动金属的摩擦力，使棒材表面含Mn或Cr的弥散质点过早的析出，失去了定扎细化作用，在后续高温固溶条件下，表面晶粒失去约束并快速长大形成粗晶；采用水雾的弱淬冷却方式，使挤压棒材缓慢降温，释放内部应力，有效减少晶粒长大的驱动力，使表面形成细小晶粒形貌。
5、本发明所公开的减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，在保证形位公差及尺寸合格的前提下，拉伸量控制在1.5％以下，拉伸量如果大于1.5％，容易形成冷加工的表面组织使合金硬化，拉伸的能量转移到棒材表面及内部，在高温固溶时成为晶粒长大的驱动力，形成表面粗晶。
6、本发明所公开的减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，严格控制成分含量，采用中温长时并水雾冷却的均质制度，短工作带加入口倒角模具设计方式、精确的挤压工艺设定及拉伸量的限定，这五大方面同时满足设定工艺要求，方可保证6082铝合金挤压棒材在高温固溶热处理后，截面及表面均无粗晶缺陷。这一整套工艺设计不仅解决了目前铝挤压行业内6082棒材普遍存在的表面粗晶问题，更重要的是满足了高变形量高温固溶锻造汽车结构件的性能要求，提高了我国生产高端汽车零部件的技术水平。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，包括如下步骤：
A、计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，6082铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 1.1 0.1 0.02 0.63 0.88 0.15 0.03 0.02 0.05 余量
其中Mg/Si比为0.80，有过剩Si为存在，有助于提高产品力学性能；增加Mn、Cr元素含量，提高了再结晶温度，同时形成的MnAl6、(CrFe)Al7、(CrMn)Al12等化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起抑制作用；将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，熔炼温度为700～750℃，将熔炼后的液态铝合金经静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度为530℃，保温时间为12h，不仅使晶界上的Mg2Si相和过剩Si充分溶解到固溶体中，提高可挤压性，更重要的是使一部分含有Mn、Cr的第二相能够细小弥散分布，提高再结晶温度，抑制再结晶形成，细化再结晶晶粒；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金棒材，其中挤压模具采用模具工作带缩短及入口倒角的设计方式，模具工作带由7mm减短至4mm，工作带入口倒角从R2增加到R5，导流板入口倒角从R4增加到R10，模具工作带的缩短及入口倒角的独特设计方式能够有效的减少铸锭与模具的摩擦；模具的加热温度为420～450℃，挤压铸锭的加热温度为400～440℃，挤压筒的加热温度为430～440℃，挤压比为8～10，挤压过程中的挤压速度为2.5～3m/min；低于2.5m/min时，棒材在高温条件下暴露于空气时间较长，晶粒在高温驱动力下即发生形核并长大即形成表面粗晶。如高于3m/min时，增大了模具工作带与流动金属的摩擦力，使棒材表面含Mn或Cr的弥散质点过早的析出，失去了定扎细化作用，在后续高温固溶条件下，表面晶粒失去约束并快速长大形成粗晶；
D、将步骤C挤压后的铝合金棒材采用水雾的弱淬冷却方式，使挤压棒材缓慢降温，释放内部应力，有效减少晶粒长大的驱动力，使表面形成细小晶粒形貌；
E、将步骤D淬火后的铝合金棒材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量＜1.5％，将拉伸矫直后的铝合金棒材停放2h后定尺锯切；拉伸量如果大于1.5％，容易形成冷加工的表面组织使合金硬化，拉伸的能量转移到棒材表面及内部，在高温固溶时成为晶粒长大的驱动力，形成表面粗晶；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金棒材进行固溶热处理，热处理制度为545℃×1h，得到表面和截面均无粗晶的铝合金棒材。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中6082铝合金原料各元素质量百分数配比为：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 1.1 0.1 0.02 0.63 0.90 0.15 0.03 0.02 0.05 余量
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤A中6082铝合金原料各元素质量百分数配比为：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 1.1 0.1 0.02 0.63 0.75 0.15 0.03 0.02 0.05 余量
对比例2
对比例2与对比例1的区别在于，步骤B铝合金铸锭均匀化处理的温度为450℃，保温时间为20h。
对比例3
对比例3与对比例1的区别在于，步骤C中挤压模具采用单孔挤压模具，模具的加热温度为480～500℃，挤压铸锭的加热温度为510～530℃，挤压筒的筒身温度为420～440℃，挤压比为48.8，挤压过程中的挤压速度为4.5～6m/min。
对比例4
对比例4与对比例1的区别在于，步骤E中淬火后的铝合金棒材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量＜2.5％。
根据《GB-T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法》对实施例1～2和对比例1～4制得的铝合金棒材以及锻造后对应铝合金棒材测量粗晶层厚度并进行拉伸试验，进行屈服强度、抗拉强度和延伸率的测试，测试结果见表一。
表一：
Figure BDA0002339604950000061
通过表一可以看到，本发明6082铝合金挤压棒材经545℃×1h固溶热处理后，截面无粗晶，表面无粗晶；棒材锻造后截面粗晶层厚度≤3mm，经170℃×8.5h后，力学性能可达：屈服强度RP0.2≥320Mpa，抗拉强度Rm≥360Mpa，延伸率A≥10％。铝合金棒材锻造前后力学性能仅损失20～30Mpa；本发明解决了目前铝挤压行业内6082棒材普遍存在的表面粗晶问题，满足了客户所需求的高温固溶锻造零部件的使用性能，提高了我国生产高端汽车零部件的技术水平。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：1.07～1.12％、Fe≤0.1％、Cu：0.01～0.04％、Mn：0.62～0.65％、Mg：0.88～0.93％、Cr：0.15～0.18％、Zn≤0.03％、Ti：0.02～0.05％、单个杂质≤0.03％，杂质合计≤0.1％，余量为Al，其中Mg/Si比为0.79～0.87，将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，熔炼温度为700～750℃，将熔炼后的液态铝合金经静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
B、将步骤A制得的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化处理的温度为530±10℃，保温时间为10～12h，使Mg2Si相充分的融入到固溶体内；
C、将步骤B均匀化处理后的铝合金铸锭置于挤压机中进行挤压，得到所需要的铝合金棒材，其中挤压模具采用模具工作带缩短及入口倒角的设计方式，挤压前，挤压模具的加热温度为420～450℃，挤压铸锭的加热温度为400～440℃，挤压筒的加热温度为430～440℃，挤压比为8～10，挤压过程中的挤压速度为2.5～3m/min；
D、将步骤C挤压后的铝合金棒材在挤压模具出口处进行在线水雾弱淬淬火处理，使挤压棒材缓慢降温，释放内部应力，有效减少晶粒长大的驱动力；
E、将步骤D淬火后的铝合金棒材经牵引矫直机进行拉伸矫直，拉伸量＜1.5％，将拉伸矫直后的铝合金棒材停放2h后定尺锯切；
F、将步骤E拉伸矫直后的铝合金棒材进行固溶热处理，热处理制度为545±5℃×1h，得到表面和截面均无粗晶的铝合金棒材。
2.如权利要求1所述减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，其特征在于，步骤A精炼过程中加入A1-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤。
3.如权利要求1所述减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，其特征在于，步骤A采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
4.如权利要求1所述减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，其特征在于，步骤C中挤压机为卧式2000T挤压机。
5.如权利要求1所述减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，其特征在于，步骤C中模具工作带由7mm减短至4mm，工作带入口倒角从R2增加到R5，导流板入口倒角从R4增加到R10。
6.如权利要求1所述减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，其特征在于，步骤C挤压模具上装有液氮冷却装置，吸收挤压过程中产生的热量，保证挤压过程中挤压模具温度不变。
7.如权利要求1所述减少车用挤压锻造棒表面粗晶产生的工艺，其特征在于，步骤D中铝合金棒材淬火后的温度为80～100℃。
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