一种高强度大直径6061铝合金挤压棒材的制备方法与流程

1.本发明属于铝合金技术领域，尤其涉及一种高强度大直径6061铝合金挤压棒材的制备方法。


背景技术：

2.6061合金是一种典型的中等强度铝合金，属al-mg-si系铝合金，其良好的塑性、优良的可焊性和耐腐蚀性，特别是无应力腐蚀开裂倾向使其广泛应用于建筑材料和一般的结构材料。近年来，随着汽车轻量化的飞速发展，越来越多的6061合金开始应用在汽车零部件上，主要集中在车身构件、保险杠、空调器等，以及新能源汽车的电池包上。
3.6061挤压棒材主要应用于锻造和机加工的坯料。目前针对大直径6061铝合金挤压棒材的制备一般有两种方案：对材料强度要求不高，以gb3191-2019为验收标准时，该标准对直径大于150mm的棒材力学性能不要求，一般使用在线淬火，力学性能无法达到直径≤150mm棒材的标准(rm≥260mpa，rp
0.2
≥240mpa，a≥8％)。有特殊要求时或以欧标en755-2为验收标准时，该标准要求≤200mm的棒材力学性能达到rm≥260mpa，rp
0.2
≥240mpa，a≥8％，可以使用立式淬火炉离线淬火，才能勉强达到欧标要求，但立式淬火工序复杂，成本增加，交货周期长。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种高强度大直径6061铝合金挤压棒材的制备方法，本发明提供的方法制备的大直径6061铝合金具有较好的性能。
5.本发明提供了一种高强度大直径6061铝合金挤压棒材的制备方法，包括：
6.将合金原料依次进行熔炼、除气过滤、铸造、均匀化处理、挤压、淬火、拉伸和时效，得到6061铝合金挤压棒材。
7.优选的，所述熔炼的温度为720～750℃。
8.优选的，所述铸造的速度为60～187mm/min，所述铸造的温度为650～720℃，所述铸造过程中的气体流量为0.9～8l/min。
9.优选的，所述均匀化处理的温度为470～565℃，保温时间为6～8小时。
10.优选的，所述挤压的加热温度为500～560℃，挤压筒的温度为420～480℃，模具保温温度为480～520℃，模具保温时间为8～24h。
11.优选的，所述挤压过程中挤压杆的速度为3.5～10.0mm/s，挤压后得到的棒材直径为160～200mm。
12.优选的，所述淬火的温度为515～560℃，所述淬火过程中在2～10min内将挤压后的铝合金棒材冷却至60℃以下。
13.优选的，所述拉伸的拉伸率为0.3～1.5％。
14.优选的，所述时效的保温温度为170～180℃，保温时间为8～12小时。
15.优选的，所述高强度大直径6061铝合金挤压棒材的成分为：
16.0.63～0.75wt％的si；
17.0.2～0.3wt％的fe；
18.0.2～0.3wt％的cu；
19.0.08～0.15wt％的mn；
20.0.9～1.1wt％的mg
21.0.15～0.35wt％的cr；
22.≤0.05wt％的zn；
23.≤0.05wt％的ti；
24.杂质：≤0.1wt％；
25.余量为al。
26.现有的铝合金挤压棒材，特别是大直径的棒材，在挤压过程中棒材芯部与表面变形程度不同，导致棒材截面组织呈不均匀状态；另外大直径棒材在淬火时由于直径大，芯部和表面的冷却速率不同，导致淬火强度不同，对应中心到边部的性能不同，边部到中心一般越来越低；很多大直径棒材不能保证强度。本发明提供的方法从成分、熔铸工艺、挤压工艺配合制备出一种大直径高强度的6061铝合金挤压棒材。本发明使用在线淬火，通过调整成分、熔铸工艺和挤压工艺可以制备出力学性能远高于欧标的直径为180mm的6061铝合金挤压棒材。
具体实施方式
27.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明提供了一种高强度大直径6061铝合金挤压棒材的制备方法，包括：
29.将合金原料依次进行熔炼、除气过滤、铸造、均匀化处理、挤压、淬火、拉伸和时效，得到6061铝合金挤压棒材。
30.在本发明中优选将所述合金原料按照预获得的合金成分进行配比，放入恒温干燥炉中干燥，得到待熔炼的原料。
31.在本发明中，所述熔炼的温度优选为720～750℃，更优选为730～740℃，最优选为735℃；优选将合金原料在熔炼炉内720～750℃下进行熔炼，得到熔体。
32.在本发明中，优选对所述熔炼后的熔体进行除气处理，得到除气后的熔体，对除气后的熔体进行过滤，得到过滤后的熔体。
33.在本发明中，所述铸造过程中的铸造速度优选为60～187mm/min，更优选为80～160mm/min，更优选为100～140mm/min，最优选为120mm/min；铸造温度优选为650～720℃，更优选为670～700℃，最优选为680～690℃；气体流量优选为0.9～8l/min，更优选为1～7l/min，更优选为2～6l/min，更优选为3～5l/min，最优选为4l/min。
34.在本发明中，优选将除气过滤后的熔体以铸造速度60～187mm/min，铸造温度650～720℃，气体流量0.9～8l/min的工艺进行铸造，得到铝合金铸棒。
35.在本发明中，所述均匀化处理的温度优选为470～565℃，更优选为480～560℃，更
优选为500～540℃，最优选为520℃；保温时间优选为6～8小时，更优选为7小时。
36.在本发明中，优选将铸造得到的铝合金铸棒在470～565℃下进行均匀化热处理，保温6～8小时。
37.在本发明中，所述挤压优选采用75mn正向双动挤压机；所述挤压过程中的加热温度优选为500～560℃，更优选为510～550℃，更优选为520～540℃，最优选为530℃；挤压比优选为8～9，更优选为8.3～8.7，最优选为8.5；挤压筒温度优选为420～480℃，更优选为430～470℃，更优选为440～460℃，最优选为450℃；模具保温温度优选为480～520℃，更优选为490～510℃，最优选为500℃，保温时间优选为8～24h，更优选为10～20h，最优选为15h；挤压杆速度优选为3.5～10.0mm/s，更优选为5～8mm/s，最优选为6～7mm/s；所述挤压后的挤压棒材的直径优选为160～200mm，更优选为170～190mm，最优选为180mm。
38.在本发明中，优选使用75mn正向双动挤压机，将均匀处理后的铸锭进行加热挤压，加热温度500～560℃，挤压筒温度420～480℃，模具保温温度480～520℃，保温8～24h，上机以挤压杆速度3.5～10.0mm/s挤压，得到铝合金挤压棒材。
39.在本发明中，所述淬火优选为在线淬火，所述淬火的温度优选为515～560℃，更优选为520～550℃，更优选为530～540℃，最优选为535℃；所述淬火优选采用喷水冷却，优选将挤压后的铝合金棒材在2～10min内冷却至60℃以下，更优选为3～8min，更优选为4～6min，最优选为5min；所述喷水冷却的速率优选＞180℃/min。
40.在本发明中，优选在线淬火，将挤压后的铝合金棒材在温度515～560℃，使用喷水冷却，将铝合金棒材在2～10min内冷却至60℃以下。
41.在本发明中，所述拉伸优选采用400t拉伸机，所述拉伸的拉伸率优选为0.3～1.5％，更优选为0.5～1.2％，最优选为0.8～1.0％。
42.在本发明中，优选使用400t拉伸机，将淬火后的铝合金棒材拉伸0.3～1.5％。
43.在本发明中，所述时效优选在时效炉内进行，所述时效的保温温度优选为170～180℃，更优选为172～178℃，最优选为174～176℃；保温时间优选为8～12小时，更优选为9～11小时，最优选为10小时。
44.在本发明中，优选将拉伸后的铝合金棒材在时效炉内进行时效，保温温度170～180℃，保温时间8～12小时。
45.本发明在挤压环节也可以使用反向挤压机挤压，挤压杆速度为5.0～8.0mm/s，也可以制备得到铝合金挤压棒材；在挤压后的在线冷却环节也可以使用驻波式或水槽式冷却。
46.在本发明中，所述高强度大直径6061铝合金挤压棒材的成分优选为：
47.0.63～0.75wt％的si；
48.0.2～0.3wt％的fe；
49.0.2～0.3wt％的cu；
50.0.08～0.15wt％的mn；
51.0.9～1.1wt％的mg
52.0.15～0.35wt％的cr；
53.≤0.05wt％的zn；
54.≤0.05wt％的ti；
55.杂质：≤0.1wt％；
56.余量为al。
57.在本发明中，所述si的质量含量优选为0.65～0.72，更优选为0.68～0.70；所述fe的质量含量优选为0.22～0.28％，更优选为0.24～0.26％，最优选为0.25％；所述cu的质量含量优选为0.22～0.28％，更优选为0.24～0.26％，最优选为0.25％；所述mn的质量含量优选为0.10～0.13％，更优选为0.11～0.12％；所述mg的质量含量优选为0.95～1.05，更优选为1.0％；所述zn的质量含量优选为0.005％～0.01％；所述ti的质量含量优选为0.01～0.02％；所述杂质的单个质量含量优选≤0.05％。
58.本发明通过优化成分及熔铸工艺及挤压在线淬火的冷却工艺后，使强度大大提高，本发明制备的6061铝合金棒材抗拉强度可达到363mpa，屈服强度可达到288mpa，延伸率可达到18％；抗拉强度高于欧标100mpa。与离线淬火相比，本发明节省了后续的淬火、拉伸两道工序，降低了成本并缩短了交货周期，至少每吨节约成本1000～2000元，交货周期缩短1～2天。
59.实施例1
60.将各组分按重量百分比备料al 97.36wt％，si 0.68wt％，fe 0.16wt％，cu 0.27wt％，mn 0.13wt％，mg 0.96wt％，cr 0.21wt％，zn 0.01wt％，ti 0.02wt％。将备料放入恒温干燥箱中干燥，得到待熔炼的原料；将待熔炼的原料在熔炼炉内在熔炼温度735℃中进行熔炼，得到熔体溶液；对熔体溶液进行除气处理，得到除气后的溶液，并且对除气后的溶液进行过滤，得到过滤后的滤液；过滤后的滤液以铸造速度120mm/min，铸造温度680℃，气体流量4l/min的工艺进行铸造，得到铝合金铸锭。
61.将得到的铝合金铸锭在520℃下进行均匀化热处理，保温7小时；将均匀化热处理的铝合金铸锭使用75mn挤压机进行挤压，挤压比为8.3；加热温度513℃，挤压筒温度420～450℃，模具保温温度485℃，保温14h，上机以挤压杆速度3.5mm/s挤压，得到铝合金挤压棒材。
62.将得到的铝合金棒材使用在线淬火，淬火的温度为512℃，淬火方式为喷水冷却，冷却速率＞180℃/min，采用0.5％的拉伸率进行拉伸后进行时效，时效制度为175℃
×
10h，得到铝合金棒材。
63.实施例2
64.将各组分按重量百分比备料al 97.36wt％，si 0.68wt％，fe 0.16wt％，cu 0.27wt％，mn 0.13wt％，mg 0.96wt％，cr 0.21wt％，zn 0.01wt％，ti 0.02wt％。将备料放入恒温干燥箱中干燥，得到待熔炼的原料；将待熔炼的原料在熔炼炉内在熔炼温度735℃中进行熔炼，得到熔体溶液；对熔体溶液进行除气处理，得到除气后的溶液，并且对除气后的溶液进行过滤，得到过滤后的滤液；过滤后的滤液以铸造速度120mm/min，铸造温度680℃，气体流量4l/min的工艺进行铸造，得到铝合金铸锭。
65.将得到的铝合金铸锭在520℃下进行均匀化热处理，保温7小时；将均匀化热处理的铝合金铸锭使用75mn挤压机进行挤压，挤压比为8.3；加热温度513℃，挤压筒温度420～450℃，模具保温温度485℃，保温14h，上机以挤压杆速度4.5mm/s挤压，得到铝合金挤压棒材。
66.将得到的铝合金棒材使用在线淬火，淬火的温度为512℃，淬火方式为喷水冷却，
冷却速率＞180℃/min，采用0.5％的拉伸率进行拉伸后进行时效，时效制度为175℃
×
10h，得到铝合金棒材。
67.实施例3
68.将各组分按重量百分比备料al 97.36wt％，si 0.68wt％，fe 0.16wt％，cu 0.27wt％，mn 0.13wt％，mg 0.96wt％，cr 0.21wt％，zn 0.01wt％，ti 0.02wt。将备料放入恒温干燥箱中干燥，得到待熔炼的原料；将待熔炼的原料在熔炼炉内在熔炼温度735℃中进行熔炼，得到熔体溶液；对熔体溶液进行除气处理，得到除气后的溶液，并且对除气后的溶液进行过滤，得到过滤后的滤液；过滤后的滤液以铸造速度120mm/min，铸造温度680℃，气体流量4l/min的工艺进行铸造，得到铝合金铸锭。
69.将得到的铝合金铸锭在520℃下进行均匀化热处理，保温7小时；将均匀化热处理的铝合金铸锭使用75mn挤压机进行挤压，挤压比为8.3；加热温度513℃，挤压筒温度420～450℃，模具保温温度485℃，保温14h，上机以挤压杆速度4.5mm/s挤压，得到铝合金挤压棒材。
70.将得到的铝合金棒材使用在线淬火，淬火的温度为512℃，淬火方式为喷水冷却，冷却速率＞180℃/min，采用0.5％的拉伸率进行拉伸后进行时效，时效制度为175℃
×
8h，得到铝合金棒材。
71.实施例4
72.将各组分按重量百分比备料al 97.36％si 0.68％fe 0.16％cu 0.27％mn 0.13％mg 0.96％cr 0.21％zn0.01 ti0.02。将备料放入恒温干燥箱中干燥，得到待熔炼的原料；将待熔炼的原料在熔炼炉内在熔炼温度735℃中进行熔炼，得到熔体溶液；对熔体溶液进行除气处理，得到除气后的溶液，并且对除气后的溶液进行过滤，得到过滤后的滤液；过滤后的滤液以铸造速度120mm/min，铸造温度680℃，气体流量4l/min的工艺进行铸造，得到铝合金铸锭。
73.将得到的铝合金铸锭在520℃下进行均匀化热处理，保温7小时；将均匀化热处理的铝合金铸锭使用75mn挤压机进行挤压，挤压比为8.3。加热温度513℃，挤压筒温度420～450℃，模具保温温度485℃，保温14h，上机以挤压杆速度3.5mm/s挤压，得到铝合金挤压棒材。
74.将得到的铝合金棒材使用在线淬火，淬火的温度为512℃，淬火方式为喷水冷却，冷却速率＞180℃/min，采用0.5％的拉伸率进行拉伸后进行时效，时效制度为175℃
×
12h，得到铝合金棒材。
75.实施例5
76.将各组分按重量百分比备料al 97.46wt％，si 0.68wt％，fe 0.16wt％，cu 0.17wt％，mn 0.13wt％，mg 0.96wt％，cr 0.21wt％，zn 0.01wt％，ti 0.02wt。将备料放入恒温干燥箱中干燥，得到待熔炼的原料；将待熔炼的原料在熔炼炉内在熔炼温度735℃中进行熔炼，得到熔体溶液；对熔体溶液进行除气处理，得到除气后的溶液，并且对除气后的溶液进行过滤，得到过滤后的滤液；过滤后的滤液以铸造速度120mm/min，铸造温度680℃，气体流量4l/min的工艺进行铸造，得到铝合金铸锭。
77.将得到的铝合金铸锭在520℃下进行均匀化热处理，保温7小时；将均匀化热处理的铝合金铸锭使用75mn挤压机进行挤压，挤压比为8.3；加热温度513℃，挤压筒温度420～
450℃，模具保温温度485℃，保温14h，上机以挤压杆速度4.5mm/s挤压，得到铝合金挤压棒材。
78.将得到的铝合金棒材使用在线淬火，淬火的温度为512℃，淬火方式为喷水冷却，冷却速率＞180℃/min，采用0.5％的拉伸率进行拉伸后进行时效，时效制度为175℃
×
10h，得到铝合金棒材。
79.性能检测
80.按国家标准gb/t16865-2013《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》，将实施例1～4制备得到的铝合金棒材加工成标准拉伸试样，在instron 5982万能拉伸试验机上进行25℃室温拉伸，拉伸速率为10mm/min。按照国家标准gbt 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》检测棒材的室温下抗拉强度、屈服强度和断后伸长率。
81.检测结果如下表所示：
[0082] 抗拉强度mpa屈服强度mpa断后伸长率％实施例128035215实施例230036812.5实施例328836318实施例429936516实施例524230514
[0083]
本发明通过优化成分及熔铸工艺及挤压在线淬火的冷却工艺后，使强度大大提高，本发明制备的6061铝合金棒材抗拉强度最高可达到368mpa，屈服强度可达到300mpa，延伸率可达到12.5％；抗拉强度高于欧标100mpa。与离线淬火相比，本发明节省了后续的淬火、拉伸两道工序，降低了成本并缩短了交货周期，至少每吨节约成本1000～2000元，交货周期缩短1～2天。
[0084]
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本技术的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本技术的限制。