CN118241133A - 一种Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al‑Mg‑Si合金铸锭的均质化热处理方法，将Al‑Mg‑Si合金铸锭进行一次中温热轧预变形，然后再进行均质化处理。本发明的优点在于：得到的Al‑Mg‑Si合金铸锭的抗拉强度达到152MPa‑160MPa，断裂延伸率为29％‑32％，具有优异的延伸率；合金组织的晶粒尺寸明显减小，且大部分针状β‑AlFeSi相发生了相变，转变为弥散分布的α‑AlFeSi相，减小了硬脆β‑AlFeSi相的尺寸和体积分数，减少了硬脆β‑AlFeSi相的危害性。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金热处理技术领域，特别涉及一种Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法。
背景技术
以高导电6101铝合金为典型代表的低合金化Al-Mg-Si铝合金具有良好强度、可焊接性和优良导电性等特性，近些年被广泛用于高强度导电用材和母线导体，包括新能源汽车充电桩和导电板。因此，高导电Al-Mg-Si合金成为国际新能源汽车导电材料应用上的最新发展潮流。
高导电性Al-Mg-Si合金制备过程中，往往需要将铸造得到的铸锭依次进行均质化处理、轧制、固溶、时效等工序，从而得到力学性能稳定，导电性能优异的最终产品。其中均质化处理是影响产品性能的关键步骤。这是因为Al-Mg-Si合金铸锭铸造凝固过程中由于冷却速度大导致元素分布不均匀，形成低熔点的第二相，分布在晶界上，形成严重的成分偏析。Al-Mg-Si合金铸锭中含有大量粗大、脆硬的针状β-AlFeSi相，具有较强的热缩性，容易使铸锭产生裂纹，表现出较大的热脆性，还可能成为应力集中源，降低合金的强度及塑性。均质化处理的目的即尽可能将晶界上偏析的元素溶解到基体中，减少成分偏析。
然而，在Al-Mg-Si合金中Mn含量低于0.01％时，常规的Al-Mg-Si铝合金铸锭均质化热处理(560℃保温8h-10h)过程中，只有少量的初生硬脆β-AlFeSi相可以发生相变，转变成少量断续分布的颗粒状α-AlFeSi相，大量的针状β-AlFeSi相依然分布在晶界上，在后续轧制过程中作为硬质相容易导致开裂等情况，损害板材的综合性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，合金组织的晶粒尺寸明显减小，且大部分针状β-AlFeSi相均发生了相变，转变为弥散分布的α-AlFeSi相，减小了硬脆β-AlFeSi相的尺寸和体积分数。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，将Al-Mg-Si合金铸锭进行一次中温热轧预变形，然后再进行均质化处理。
进一步的，所述Al-Mg-Si合金铸锭中温热轧预变形的方法为：将Al-Mg-Si合金铸锭加热到300℃-400℃，保温25min-35min，然后进行轧制，轧制的变形量为28％-33％。
进一步的，所述Al-Mg-Si合金铸锭中温热轧预变形的方法为：将Al-Mg-Si合金铸锭加热到350℃，保温30min，然后进行轧制，轧制的变形量为33％。
进一步的，所述均质化处理的方法为：将预变形后的Al-Mg-Si合金铸锭置于540℃-560℃环境下保温6h-7h，然后空冷至室温。
进一步的，所述均质化处理的方法为：将预变形后的Al-Mg-Si合金铸锭置于560℃环境下保温6h，然后空冷至室温。
进一步的，所述均质化处理的方法为：先将均质炉温预热至350℃-400℃，再将预变形后Al-Mg-Si合金铸锭放入均质炉中，待炉温升至均质化处理温度稳定后再开始计时。
进一步的，所述Al-Mg-Si合金中Mn元素的质量分数低于0.01％。
进一步的，所述Al-Mg-Si合金成分按质量百分数计：Mg：0.38％-0.50％，Si：0.32％-0.48％，Fe≤0.11％，Cu≤0.01％，Mn＜0.01％，Zn≤0.02％，Cr≤0.001％，Ti≤0.01％，余量为Al和不可避免杂质。
本发明有益效果：
(1)通过本发明方法得到的Al-Mg-Si合金铸锭的抗拉强度达到152MPa-160MPa，断裂延伸率为29％-32％，具有优异的延伸率。Al-Mg-Si合金铸锭通过中温热轧进行1次预变形后再进行铸锭均质化处理，得到的Al-Mg-Si合金组织的晶粒尺寸明显减小，且大部分针状β-AlFeSi相发生了相变，转变为弥散分布的α-AlFeSi相，减小了硬脆β-AlFeSi相的尺寸和体积分数，减少了硬脆β-AlFeSi相的危害性。颗粒状α-AlFeSi相可以承受较高的应力，具有优异的延伸率和热加工性能，为后续提升Al-Mg-Si合金板材的综合性能提供了有利条件，具有良好的应用前景。
(2)本发明提供的优化方法，与常规均质化处理工艺相比，缩短了热处理的时间，提高了热处理设备的利用率，降低了生产能耗，提高了生产效率，降低生产成本，具有良好的市场前景。
附图说明
图1为初始的Al-Mg-Si合金铸锭的SEM形貌图；
图2为实施例1制备得到的合金铸锭的SEM形貌图；
图3为实施例2制备得到的合金铸锭的SEM形貌图；
图4为实施例3制备得到的合金铸锭的SEM形貌图；
图5为对比例1制备得到的合金铸锭的SEM形貌图；
图6为对比例2制备得到的合金铸锭的SEM形貌图；
图7为初始的Al-Mg-Si合金铸锭的金相照片；
图8为实施例2制备得到的合金铸锭的金相照片；
图9为对比例1制备得到的合金铸锭的金相照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种Al-Mg-Si合金铸锭的均质化处理方法，包括如下步骤：
S1、中温热轧预变形：将Al-Mg-Si合金铸锭加热到300℃，保温35min，然后进行轧制，轧制的变形量为28％；其中Al-Mg-Si合金成分按质量百分数计包括：Mg＝0.40％，Si＝0.46％，Fe＝0.11％，Mn＝0.003％，Cu≤0.01％，Zn≤0.02％，Cr≤0.001％，Ti≤0.01％，余量为Al和不可避免杂质。Al-Mg-Si合金铸锭的铸造过程是通过取电解铝水，进行熔炼、半连续铸造制备而成。
S2、均质化处理：将均质化炉预热至350℃，再将预变形后Al-Mg-Si合金铸锭放入均质炉中，待炉温升至550℃时开始计时，保温7h取出，随后空冷至室温。
实施例2
一种Al-Mg-Si合金铸锭的均质化处理方法，包括如下步骤：
S1、中温热轧预变形：将Al-Mg-Si合金铸锭加热到350℃，保温30min，然后进行轧制，轧制的变形量为33％；其中Al-Mg-Si合金成分按质量百分数计包括：Mg＝0.40％，Si＝0.46％，Fe＝0.11％，Mn＝0.003％，Cu≤0.01％，Zn≤0.02％，Cr≤0.001％，Ti≤0.01％，余量为Al和不可避免杂质。Al-Mg-Si合金铸锭的铸造过程是通过取电解铝水，进行熔炼、半连续铸造制备而成。
S2、均质化处理：将均质化炉预热至350℃，再将预变形后Al-Mg-Si合金铸锭放入均质炉中，待炉温升至560℃时开始计时，保温6h取出，随后空冷至室温。
实施例3
一种Al-Mg-Si合金铸锭的均质化处理方法，包括如下步骤：
S1、中温热轧预变形：将Al-Mg-Si合金铸锭加热到400℃，保温25min，然后进行轧制，轧制的变形量为30％；其中Al-Mg-Si合金成分按质量百分数计包括：Mg＝0.40％，Si＝0.46％，Fe＝0.11％，Mn＝0.003％，Cu≤0.01％，Zn≤0.02％，Cr≤0.001％，Ti≤0.01％，余量为Al和不可避免杂质。Al-Mg-Si合金铸锭的铸造过程是通过取电解铝水，进行熔炼、半连续铸造制备而成。
S2、均质化处理：将均质化炉预热至400℃，再将预变形后Al-Mg-Si合金铸锭放入均质炉中，待炉温升至540℃时开始计时，保温7h取出，随后空冷至室温。
对比例1
一种常规的Al-Mg-Si铝合金铸锭均质化热处理方法，步骤为：
将均质化炉预热至350℃，再将预变形后Al-Mg-Si合金铸锭放入均质炉中，待炉温升至560℃时开始计时，保温8h取出，随后空冷至室温。其中Al-Mg-Si合金成分按质量百分数计包括：Mg＝0.40％，Si＝0.46％，Fe＝0.11％，Mn＝0.003％，Cu≤0.01％，Zn≤0.02％，Cr≤0.001％，Ti≤0.01％，余量为Al和不可避免杂质。Al-Mg-Si合金铸锭的铸造过程是通过取电解铝水，进行熔炼、半连续铸造制备而成。
对比例2
一种常规的Al-Mg-Si铝合金铸锭均质化热处理方法，步骤为：
将均质化炉预热至350℃，再将预变形后Al-Mg-Si合金铸锭放入均质炉中，待炉温升至560℃时开始计时，保温8h取出，随后空冷至室温。其中Al-Mg-Si合金成分按质量百分数计包括：Mg＝0.40％，Si＝0.46％，Fe＝0.11％，Mn＝0.003％，Cu≤0.01％，Zn≤0.02％，Cr≤0.001％，Ti≤0.01％，余量为Al和不可避免杂质。Al-Mg-Si合金铸锭的铸造过程是通过取电解铝水，进行熔炼、半连续铸造制备而成。
试验一
为了观测本发明制备得到的合金组织的差异，将初始的Al-Mg-Si合金铸锭、实施例1-3以及对比例1和对比例2制备得到的铸锭均拍摄了SEM形貌图，依次如图1-6所示。并针对初始的Al-Mg-Si合金铸锭、实施例2和对比例1拍摄了金相照片，依次如图7-9所示。
结合图1-6可以看出，实施例1-3制备得到的合金组织中的针状β-AlFeSi相基本上转变为更加细小、弥散分布的颗粒状的α-AlFeSi相。结合图7-9可看出，实施例2与初始的Al-Mg-Si合金铸锭及对比例1相比，晶粒尺寸明显减小。
试验二
为了验证本发明制备得到的合金组织的力学性能，分别将实施例1-3以及对比例1和对比例2制备得到的铸锭进行了力学检测试验，分别检测抗拉强度和断裂延伸率，检测结果如下表所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 抗拉强度(MPa) | 150-153 | 156-160 | 156-158 | 150-154 | 148-150 |
| 断裂延伸率(％) | 28.6-29.8 | 30.5-31.9 | 29.5-30.1 | 23.6-26.2 | 22.4-24.8 |
从表中可以看出，实施例1-3制备得到的合金铸锭抗拉强度为152MPa-160MPa，断裂延伸率为29％-32％，相较于对比例1和对比例2，延伸率提升明显，且抗拉强度也略有提升。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，其特征在于：将Al-Mg-Si合金铸锭进行一次中温热轧预变形，然后再进行均质化处理。
2.根据权利要求1所述的Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，其特征在于：所述Al-Mg-Si合金铸锭中温热轧预变形的方法为：将Al-Mg-Si合金铸锭加热到300℃-400℃，保温25min-35min，然后进行轧制，轧制的变形量为28％-33％。
3.根据权利要求2所述的Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，其特征在于：所述Al-Mg-Si合金铸锭中温热轧预变形的方法为：将Al-Mg-Si合金铸锭加热到350℃，保温30min，然后进行轧制，轧制的变形量为33％。
4.根据权利要求1所述的Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，其特征在于：所述均质化处理的方法为：将预变形后的Al-Mg-Si合金铸锭置于540℃-560℃环境下保温6h-7h，然后空冷至室温。
5.根据权利要求4所述的Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，其特征在于：所述均质化处理的方法为：将预变形后的Al-Mg-Si合金铸锭置于560℃环境下保温6h，然后空冷至室温。
6.根据权利要求4所述的Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，其特征在于：所述均质化处理的方法为：先将均质炉温预热至350℃-400℃，再将预变形后Al-Mg-Si合金铸锭放入均质炉中，待炉温升至均质化处理温度稳定后再开始计时。
7.根据权利要求1所述的Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，其特征在于：所述Al-Mg-Si合金中Mn元素的质量分数低于0.01％。
8.根据权利要求7所述的Al-Mg-Si合金铸锭的均质化热处理方法，其特征在于：所述Al-Mg-Si合金成分按质量百分数计包括：Mg：0.38％-0.50％，Si：0.32％-0.48％，Fe≤
0.11％，Cu≤0.01％，Mn＜0.01％，Zn≤0.02％，Cr≤0.001％，Ti≤0.01％，余量为Al和不可避免杂质。
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