一种制备保持架的高致密度铝合金反挤压成型铝管的制备方法与流程

本发明涉及铝合金成型加工，具体来讲，涉及一种制备保持架的高致密度铝合金反挤压成型铝管的制备方法。

背景技术：

1、6082铝合金作为al-mg-si系可热处理强化合金，因其优异的力学性能和加工性能，被广泛用于制备轴承保持架等高性能结构件。目前，6082铝合金管材的成型方法主要包括普通正向挤压和铸造。然而，普通正向挤压法制备的铝管存在晶粒粗大（通常仅为2-3级）、组织致密性差、易产生气孔和夹杂等缺陷，且后续机加工余量大，材料利用率低。铸造法则致密度更低，气孔率高，其力学性能难以满足高性能轴承保持架的使用要求，无法承受复杂工况下的载荷。

2、反挤压工艺作为一种高效的塑性成型方法，可通过金属的定向流动实现坯料的致密化，但现有反挤压工艺针对6082铝合金的参数设计不合理，未结合其材料特性优化温度、压力等关键参数，导致成型后的铝管尺寸精度不足，晶粒度无法达到预期，且热处理工艺与反挤压工艺衔接不当，无法充分发挥6082铝合金的强化潜力，难以满足轴承保持架对坯料致密度、强度和尺寸精度的要求。

3、例如，专利公开号cn121674755a核心发明构思在于省去传统的均匀化退火工序，通过优化挤压（温度420-500℃、挤压比≤30）和锻造（450-560℃）参数，配合成分设计（如添加cr、mn形成弥散相），直接由铸态坯料制备出力学性能良好的锻件。其核心是省去均匀化，其变形过程（挤压+锻造）的总变形量巨大（锻造变形量约70%），旨在通过强烈的塑性变形来破碎铸态组织中的粗大第二相，从而绕过均匀化处理。而本领域公知，反挤压成型的变形量相对有限，且主要目的是获得精确尺寸的管材。因此，直接将cn121674755a中针对大变形量锻件的工艺参数移植到反挤压管材成型中，无法解决如何在有限变形量下获得高致密度、超细晶粒（目标6-7级）6082铝管的核心问题。

4、因此，亟需一种优化的6082铝合金反挤压成型方法，解决现有工艺存在的缺陷。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有6082铝合金管材成型技术，采用反挤压制备轴承保持架用铝管时，所存在的以下技术问题：

2、①现有技术依赖大变形量（如锻造变形量70%）来破碎粗大相、消除孔隙。而反挤压成型的变形量受限于管材壁厚和形状，无法简单复制该技术路径。因此，需要解决小变形条件下如何实现高致密度（≥99.8%）的难题。

3、②6082铝合金在热加工和固溶处理过程中极易发生晶粒长大，本技术需要解决如何抑制反挤压及后续热处理过程中的晶粒粗化，以获得超细晶粒。

4、③轴承保持架对铝管坯料的尺寸精度和内应力水平要求极高。现有技术未考虑反挤压后残余应力的大小和分布对后续淬火、时效以及机加工变形的影响。需要解决如何建立“反挤压参数-残余应力状态-t6热处理参数”之间的匹配关系，以有效消除内应力并保证最终产品的尺寸稳定性”的问题。

5、为了解决上述问题，本发明提供了一种高致密度铝合金反挤压成型铝管制备方法，所述高致密度铝合金反挤压成型铝管制备方法包括以下步骤：

6、s1：下料：选取一定规格的6082铝合金棒料；进一步的，选取6082铝合金棒料，根据所需铝管的规格，采用锯床切断，切断后对端面进行打磨，去除毛刺和氧化皮，保证端面平整，棒料直径比最终铝管外径大5-8mm，长度比最终铝管长度大10-15mm，预留后续加工余量。

7、s2：将6082铝合金棒料在460-480℃下进行加热处理；当棒料芯部温度达到设定温度后，保温30-60min，保温时间根据棒料厚度按1min/mm计算，确保棒料芯部与表面温度均匀，充分软化，提升塑性，为后续反挤压成型奠定基础。

8、s3：将加热处理后的6082铝合金棒料进行反挤压成型处理，反挤压成型处理温度为430-450℃，压力为800-1600吨；由于凹模的侧向约束，金属无法向侧面流动，被迫沿凸模上行方向（与压力机施力方向相反）流动，坯料内壁紧贴凸模外表面、外壁紧贴凹模型腔内壁，逐渐形成符合模具尺寸的铝管；挤压完成后，缓慢卸压，将铝管从模具中取出，避免因卸压过快导致铝管变形。

9、s4：将反挤压成型处理后的6082铝管依次进行固溶淬火处理和人工时效处理，得到高致密度铝合金反挤压成型铝管。加工流程图参考图1所示。

10、本技术通过s2步骤的460-480℃加热与s3步骤的反挤压成型形成协同作用。s2的加热温度处于6082铝合金热加工窗口的上限附近，该温度下材料发生充分的动态回复，既显著降低了变形抗力，又避免了晶粒异常长大。这为s3步骤中有限的挤压力能够高效转化为致密化驱动力创造了前提。在s3反挤压过程中，金属在封闭模腔内承受强烈的三向压应力，同时模具温度控制在430-450℃，对变形材料起到一定的冷却作用。由于s2已经将材料软化至临界状态，s3施加的高压几乎全部用于闭合和焊合铸态棒料内部的气孔、疏松等微观缺陷，而非消耗于克服基体强度。本技术通过步骤s2和s3的协同，实现致密度≥99.8%的技术效果，解决了小变形下难以消除孔隙的核心矛盾。

11、可选的，步骤s2中，加热处理的温度为465-475℃。

12、例如，步骤s2中，加热处理的温度可以是460℃、461℃、462℃、463℃、464℃、465℃、466℃、467℃、468℃、469℃、470℃、471℃、472℃、473℃、474℃、475℃、476℃、477℃、478℃、479℃或480℃中的任意点值或任意两点之间的范围值。

13、可选的，步骤s2中，加热速率为5-8℃/min。例如，步骤s2中，加热速率可以是5℃/min、5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min或8℃/min中的任意点值或任意两点之间的范围值。

14、可选的，步骤s3中，反挤压成型处理温度为435-445℃。例如，步骤s3中，反挤压成型处理温度可以是430℃、432℃、434℃、436℃、438℃、440℃、442℃、444℃、446℃、448℃或450℃中的任意点值或任意两点之间的范围值。

15、可选的，步骤s3中，反挤压成型处理压力为900-1300吨。例如，步骤s3中，反挤压成型处理压力可以是800吨、820吨、840吨、860吨、880吨、900吨、920吨、940吨、960吨、980吨、1000吨、1020吨、1040吨、1060吨、1080吨、1100吨、1120吨、1140吨、1160吨、1180吨、1200吨、1220吨、1240吨、1260吨、1280吨、1300吨、1320吨、1340吨、1360吨、1380吨、1400吨、1420吨、1440吨、1460吨、1480吨、1500吨、1520吨、1540吨、1560吨、1580吨或1600吨中的任意点值或任意两点之间的范围值。

16、可选的，步骤s3中，反挤压成型处理时，压下速率为5-10mm/s。例如，压下速率可以是5mm/s、5.5mm/s、6mm/s、6.5mm/s、7mm/s、7.5mm/s、8mm/s、8.5mm/s、9mm/s、9.5mm/s或10mm/s中的任意点值或任意两点之间的范围值。

17、可选的，步骤s3中，反挤压成型处理时，将加热处理后的6082铝合金棒料放入预先预热至150-200℃的封闭模具型腔中，模具采用4cr5mosiv1材质，经淬火回火处理，硬度达到hrc58-62。

18、可选的，模具型腔尺寸与最终铝管尺寸匹配，预留1-2mm的机加工余量。

19、可选的，步骤s4中，固溶淬火处理的温度为530-550℃，保温1-1.5h，然后用水淬冷却，冷却速率控制在20-30℃/s。例如，固溶淬火处理的温度可以是530℃、532℃、534℃、536℃、538℃、540℃、542℃、544℃、546℃、548℃或550℃中的任意点值或任意两点之间的范围值。

20、可选的，人工时效处理时，温度控制在170-180℃，保温8-10h。例如，人工时效处理时，温度可以是170℃、172℃、174℃、176℃、178℃或180℃中的任意点值或任意两点之间的范围值。

21、可选的，还包括步骤s4：将人工时效处理后的铝管固定在车床夹具上，采用金刚石车刀，车削铝管内外圆，去除表面的氧化皮、凹坑及其他缺陷，车削余量控制在0.8-1.2mm，车削转速为800-1000r/min，进给量为0.1-0.2mm/r，车削完成后，对铝管端面进行修整，保证铝管尺寸精度符合设计要求，最终得到高致密度、高精度的6082铝合金铝管坯料。

22、可选的，6082铝合金棒料中，按质量分数计，mg含量0.6-1.2%，si含量0.7-1.3%，fe含量≤0.5%，cu含量≤0.1%，mn含量0.4-1.0%，其余为al。

23、与现有技术相比，本发明至少取得以下有益效果中的一项：

24、（1）本发明通过优化反挤压工艺参数，结合6082铝合金的材料特性，控制加热温度、挤压压力和压下速率，使铝管组织致密，晶粒度可达到6-7级，晶粒细小且均匀，无气孔、夹杂等缺陷，致密度≥99.8%，显著优于现有普通挤压和铸造工艺制备的铝管。

25、（2）本发明反挤压成型后，铝管毛坯尺寸与产品尺寸接近，后续机加工余量仅为1-2mm，大幅减少了机加工工作量，提高了材料利用率，降低了生产成本。

26、（3）本发明反挤压后采用“固溶淬火+人工时效”的t6热处理工艺，且严格控制热处理参数和工艺衔接时间，使铝管的抗拉强度提升至290-330mpa，屈服强度达到240mpa以上，硬度达到hb90-100，同时有效消除内应力，避免后续机加工过程中出现变形。

27、（4）本发明工艺步骤简单，可实现批量生产，适配轴承保持架等高性能结构件的坯料制备需求，实用性强，应用前景广阔。