CN112941378A - 一种慢速自然时效6系铝合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，按照如下重量份数比配制：Si 0.35～0.39％，Fe≤0.12％，Cu≤0.03％，Mn 0.02～0.04％，Mg0.49～0.53％，Zn≤0.03％，Ti≤0.02％，Sn 0.08‑0.10％，Ce 0.04‑0.06％，La0.02‑0.04％，单个杂质≤0.015％，杂质合计≤0.10％，余量为Al。本发明通过调整6系铝合金的成分，利用Sn元素来抑制自然时效过程中MgSi原子团簇的形成，进而避免自然时效时铝合金强度的升高，达到慢速自然时效的效果；这样可以将铝合金型材工艺流程简化至：挤压型材‑>锻压‑>时效‑>CNC加工，大大节约CNC加工成本，也节约了热处理额外成本，加快了成品的生产速度。

Description

一种慢速自然时效6系铝合金
技术领域
本发明涉及铝合金制备技术领域，尤其涉及一种慢速自然时效6系铝合金。
背景技术
随着铝合金深加工应用的增加，很多铝合金型材在成型加工时不再只是使用单纯的CNC加工铣削，而是配合锻压、配合少量CNC加工达到同样的效果，这样的工艺流程能够大大节约加工成本，减少加工用时，无论对产品价格还是交期都有很大好处。
配合锻压、配合少量CNC加工的铝合金型材加工工艺流程一般：挤压型材->退火->锻压->固溶处理->时效->CNC加工。之所以使用退火再结合二次固溶处理，主要是因为T4态挤压型材虽然在刚挤压完成时的硬度很低，但是在放置过程中会因为自然时效出现硬度增加，当快速加工时间无法满足时，将导致因为型材硬度过高而在锻压过程中出现开裂、局部填料不充分等问题，造成产品报废。而且在二次固溶处理过程中也容易因为高温产生材料变形，影响后续CNC加工。
现有技术中，降低铝合金型材自然时效硬度的方法主要有降低合金元素含量或者调整挤压工艺。但是如果只是单纯通过降低合金元素含量或者调整挤压工艺来降低自然时效过程中的硬度，这样在锻压后再时效时，因为固溶Mg、Si含量不足，就会导致时效后强度不足，达不到产品需求的最终性能。
因而，开发一种自然时效速度慢，能够在较长时间维持较低硬度，同时在锻压而且在时效后又能快速达到需求强度的铝合金材料具有十分重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种硬度低、自然时效速度慢且高温时效后强度大的6系铝合金。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
一种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，按照如下重量份数比配制：Si 0.35～0.39％，Fe≤0.12％，Cu≤0.03％，Mn 0.02～0.04％，Mg 0.49～0.53％，Zn≤0.03％，Ti≤0.02％，Sn 0.08-0.10％，Ce 0.04-0.06％，La 0.02-0.04％，单个杂质≤0.015％，杂质合计≤0.10％，余量为Al。
2、根据权利要求1所述的一种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，制备步骤如下：1)将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，搅拌均匀、精炼除气后静置沉淀杂质，然后先过滤铝液中剩余杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭；2)均质化处理，均质完成后将铸锭转移至冷却室冷却；3)将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理；4)将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先进行加热，加热完成后放入挤压机进行挤压成型；5)挤压出材后进行快速淬火冷却；6)挤压型材在放置一个月内进行锻压工序加工，加工后将挤压型材进行高温时效。
更为优选的是，在步骤1)中，搅拌使用电磁搅拌设备，精炼除气使用精炼剂，静置时间为30-60分钟。
更为优选的是，在步骤1)中，过滤使用40-60目的陶瓷过滤板。
更为优选的是，在步骤2)中，均质化处理的温度为540-560℃，均质化时长为4-6小时。
更为优选的是，在步骤4)中，铝合金铸锭的加热温度控制在450-520℃之间。
更为优选的是，在步骤5)中，快速淬火冷却的冷却速度保证大于等于200℃/分钟。
更为优选的是，在步骤6)中，高温时效为人工时效，时效温度为180-190℃，时效保温时间为4-6小时。
本发明的有益效果是：通过调整6系铝合金的成分，利用Sn元素来抑制自然时效过程中MgSi原子团簇的形成，进而避免自然时效时铝合金强度的升高，达到慢速自然时效的效果。特别地，在抑制MgSi原子团簇的形成时，Sn元素与Mg元素、Si元素的配比至关重要，若Sn元素含量过大，会导致高温时效后铝合金型材的硬度不够，而如果Sn元素含量过低，则慢速自然时效的效果不明显，导致自然实现时硬度上升跨度大。
经实验验证，利用本发明制得的铝合金，其硬度低于传统的6063系铝合金，且自然时效速度较慢(铝合金硬度变化跨度小)，而高温时效后，其硬度又能显著增加，高温时效后的硬度能达到甚至优于现有的6063系铝合金。并且，利用本发明制得的铝合金在放置30天后，自然时效的最大硬度也仅有41HV，与刚制得的6063铝合金差不多，有效避免硬度增加带来的锻压开裂、局部填料不充分等问题；产品放置30天后，其锻压良率仍在96％以上，远远优于现有的6063系铝合金。这样，本发明可以将铝合金型材工艺流程简化至：挤压型材->锻压->时效->CNC加工，大大节约CNC加工成本，也节约了热处理额外成本，加快了成品的生产速度。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
一种慢速自然时效6系铝合金，按照如下重量份数比配制：Si 0.35～0.39％，Fe≤0.12％，Cu≤0.03％，Mn 0.02～0.04％，Mg 0.49～0.53％，Zn≤0.03％，Ti≤0.02％，Sn0.08-0.10％，Ce 0.04-0.06％，La 0.02-0.04％，单个杂质≤0.015％，杂质合计≤0.10％，余量为Al。
与现有技术相比，本发明提供的铝合金采用特定含量的Sn、Mg、Si配比，在铝合金型材挤压成型后Sn元素与空位优先结合，使MgSi无空位结合无法形成原子团簇，抑制了自然时效进程；同时在时效高温阶段，Sn元素又能完全与空位脱离，使得MgSi能顺利结合空位开始形核启动时效进程，对最终时效后与强度不造成影响。
本发明中，Ce元素和La元素用来在熔炼过程中与氢结合形成氢化物，减少含氢量，保证净化除杂效果；根据渣气伴生原理，同样可以降低熔体内的杂质含量，减少锻压过程局部流速不均匀导致的局部变形问题。
上述铝合金的制备步骤如下：
1、将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，使用电磁搅拌设备搅拌均匀，使用精炼剂进行精炼除气后静置30～60分钟沉淀杂质，然后先通过在线除气***进行除气，再通过40～60目陶瓷过滤板过滤铝液中剩余杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。采用该熔炼工艺并结合合金成分调整，有效保证净化除杂效果，避免引起锻压时局部变形差异。
2、将铸造后的铝合金铸锭先置于均质炉内，使用540～560℃均质化处理4～6h，均质完成后将铸锭转移至冷却室，使用风机冷却。
3、将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理，目的是为了避免表面偏析层杂质在挤压过程中卷入造成型材内部影响锻压效果。
4、将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先使用燃气炉进行加热，铝棒加热温度控制在450℃-520℃，避免低温MgSi固溶不完全，加热完成后放入挤压机进行挤压成型。
5、挤压出材后根据型材厚度进行风冷或水冷的快速淬火冷却，冷却速度保证大于等于200℃/分钟，目的是防止Mg2Si在淬火过程中大量析出影响时效后性能。
6、挤压型材可在放置一个月内进行锻压工序加工，加工后将挤压型材进行人工时效，时效温度为180～190℃，时效保温时间为4～6小时。
实施例1-实施例3及对比例
实施例1-实施例3提供的慢速自然时效6系铝合金原料配比及对比例提供的铝合金原料配比如表1所示。
表1.实施例1-3的铝合金原料配比(质量百分比)
Figure BDA0002913861290000051
Figure BDA0002913861290000061
性能对比
实施例1-实施例3及对比例提供的铝合金性能对比如表2、表3所示。
表2.型材硬度对比
Figure BDA0002913861290000062
Figure BDA0002913861290000071
表3.型材锻压良率对比
Figure BDA0002913861290000072
从表2、表3可以看出，利用本发明制得的铝合金，其硬度相对较低，且自然时效速度较慢(铝合金硬度变化跨度小)，而高温时效后，其硬度又能显著增加，高温时效后的硬度能达到甚至优于现有的6063系铝合金。并且，利用本发明制得的铝合金在放置30天后，自然时效的最大硬度也仅有41HV，与刚制得的6063铝合金差不多，有效避免硬度增加带来的锻压开裂、局部填料不充分等问题；产品放置30天后，其锻压良率仍在96％以上，远远优于现有的6063系铝合金。这样可以将铝合金型材工艺流程简化至：挤压型材->锻压->时效->CNC加工，大大节约CNC加工成本，也节约了热处理额外成本，加快了成品的生产速度。
通过上述原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (8)

1.一种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，按照如下重量份数比配制：Si0.35～0.39％，Fe≤0.12％，Cu≤0.03％，Mn 0.02～0.04％，Mg 0.49～0.53％，Zn≤0.03％，Ti≤0.02％，Sn 0.08-0.10％，Ce 0.04-0.06％，La 0.02-0.04％，单个杂质≤0.015％，杂质合计≤0.10％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，制备步骤如下：
1)将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，搅拌均匀、精炼除气后静置沉淀杂质，然后先过滤铝液中剩余杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭；
2)均质化处理，均质完成后将铸锭转移至冷却室冷却；
3)将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理；
4)将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭先进行加热，加热完成后放入挤压机进行挤压成型；
5)挤压出材后进行快速淬火冷却；
6)挤压型材在放置一个月内进行锻压工序加工，加工后将挤压型材进行高温时效。
3.根据权利要求2所述的种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，在步骤1)中，搅拌使用电磁搅拌设备，精炼除气使用精炼剂，静置时间为30-60分钟。
4.根据权利要求2所述的种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，在步骤1)中，过滤使用40-60目的陶瓷过滤板。
5.根据权利要求2所述的种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，在步骤2)中，均质化处理的温度为540-560℃，均质化时长为4-6小时。
6.根据权利要求2所述的种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，在步骤4)中，铝合金铸锭的加热温度控制在450-520℃之间。
7.根据权利要求2所述的种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，在步骤5)中，快速淬火冷却的冷却速度保证大于等于200℃/分钟。
8.根据权利要求2所述的种慢速自然时效6系铝合金，其特征在于，在步骤6)中，高温时效为人工时效，时效温度为180-190℃，时效保温时间为4-6小时。
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Address after: 528137 one of 21 Qili Avenue South, Leping Town, Sanshui District, Foshan City, Guangdong Province (F1)

Patentee after: Guangdong Qili Aomei High-tech Materials Co.,Ltd.

Address before: 528137 one of 21 Qili Avenue South, Leping Town, Sanshui District, Foshan City, Guangdong Province (F1)

Patentee before: GUANGDONG AOMEI ALUMINUM Co.,Ltd.