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CN115505797A - 一种6系铝合金棒材及其制备方法和应用 - Google Patents

一种6系铝合金棒材及其制备方法和应用 Download PDF

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CN115505797A
CN115505797A CN202211301617.8A CN202211301617A CN115505797A CN 115505797 A CN115505797 A CN 115505797A CN 202211301617 A CN202211301617 A CN 202211301617A CN 115505797 A CN115505797 A CN 115505797A
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CN
China
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ingot
temperature
aluminum
treatment
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Application number
CN202211301617.8A
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李彦飞
陈吉龙
喻燕
谭丕振
都文龙
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Original Assignee
Hunan Zhongchuang Kongtian New Material Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种6系铝合金棒材，成分为：Si：1.10～1.30wt％，Fe＜0.40wt％，Cu＜0.20wt％，Mn：0.60～1.0wt％，Mg：0.80～1.20wt％，Cr：0.10～0.20wt％，Zn＜0.10wt％，Ti＜0.10wt％，Zr＜0.10wt％，余量为Al。本发明均提供的均质工艺降低了铸锭加热温度，节约能耗，且提高了挤压速度，提高了生产效率。本发明提供的方法制备得到的棒材的抗拉强度≥420MPa，延伸强度≥390MPa，延伸率A≥12％，布氏硬度≥110HB。

Description

一种6系铝合金棒材及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于铝合金棒材技术领域，尤其涉及一种6系铝合金棒材及其制备方法和应用。
背景技术
汽车未来发展的趋势是轻量化、环保化、智能化，铝合金材质的广泛应用可以极大地提高汽车轻量化水平。铝合金控制臂是汽车悬架系统中的一个重要受力零件，其要求性能稳定、强度高。可热处理6xxx铝合金主要以Mg和Si为主要合金元素，并以Mg2Si为强化相的合金，属于中等强度的Al-Mg-Si系合金，具备良好的淬透性，被广泛应用于汽车、轨道交通、建筑及工业等领域。其中，6xxx系中6082合金是欧洲常用的汽车用铝合金。目前，国内生产的汽车用6082铝合金控制臂都是通过低压铸造成形，由于晶粒粗大，性能低，无法满足高强度受力要求。因此，汽车行业迫切需要通过工艺来使6082铝合金性能稳定，强度更高、综合性能更优(良好的塑性及耐腐蚀性能)，以满足市场对6082铝合金材料的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种6系铝合金棒材及其制备方法和应用，本发明提供的6系铝合金棒材具有较好的性能。
本发明提供了一种6系铝合金棒材，成分为：
Si：1.10～1.30wt％，
Fe＜0.40wt％，
Cu＜0.20wt％，
Mn：0.60～1.0wt％，
Mg：0.80～1.20wt％，
Cr：0.10～0.20wt％，
Zn＜0.10wt％，
Ti＜0.10wt％，
Zr＜0.10wt％，
余量为Al。
本发明提供了一种上述技术方案所述的6系铝合金棒材的制备方法，包括：
依次进行配料、熔炼、铸造、均质处理、挤压、固溶处理和时效处理。
优选的，所述熔炼过程中成分微调期间铝液温度保持在730～760℃范围内，当熔体温度为720～740℃时，采用高纯氩气喷精炼剂精炼，精炼时间20min，精炼次数≥1次，氩气压力为0.06～0.12MPa，精炼剂用量为0.8～1.0Kg/t Al。
优选的，所述铸造的温度为480～540℃，速度为40～60mm/min，水流量为230～260m3/h。
优选的，所述均质处理的温度为540～580℃，保温时间为6～10h。
优选的，所述挤压过程中将挤压模具加热至480～520℃，将挤压筒加热至400～430℃，将均质处理后的铝合金铸锭加热至450～480℃。
优选的，所述挤压的速度为8～12m/min。
优选的，所述固溶处理的温度为535～555℃，保温的时间为1～3h，所述固溶处理过程中出炉后在15s内进行淬火处理。
优选的，所述时效处理的温度为165～185℃，保温的时间为8～12h。
本发明提供了一种汽车控制臂用材料，包括：上述技术方案所述的6系铝合金棒材；或上述技术方案所述的方法制备得到的6系铝合金棒材。
现有技术中的汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材抗拉强度低，屈服强度低，难以满足未来汽车控制臂高强度受力要求；其达到材料相近强度所需添加的Cu含量高，成本增加；本发明严格控制Cu＜0.20wt％，降低成本；且其双级均质工艺未能实现挤压时降低铸锭加热温度的效果，未能提高挤压速度，反而增加操作难度，本发明均提供的均质工艺降低了铸锭加热温度，节约能耗，且提高了挤压速度，提高生产效率。本发明提供的方法制备得到的棒材的抗拉强度≥420MPa，延伸强度≥390MPa，延伸率A≥12％，布氏硬度≥110HB。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
本发明提供了一种6系铝合金棒材，成分为：
Si：1.10～1.30wt％，
Fe＜0.40wt％，
Cu＜0.20wt％，
Mn：0.60～1.0wt％，
Mg：0.80～1.20wt％，
Cr：0.10～0.20wt％，
Zn＜0.10wt％，
Ti＜0.10wt％，
Zr＜0.10wt％，
余量为Al。
在本发明中，所述Si的质量含量优选为1.15～1.25％，更优选为1.2％；所述Fe的质量含量优选为0.20～0.25％；所述Cu的质量含量优选为0.002～0.006％，更优选为0.003～0.005％，最优选为0.004％；所述Mn的质量含量优选为0.7～0.9％，更优选为0.8％；所述Mg的质量含量优选为0.9～1.1％，更优选为1.0％；所述Cr的质量含量优选为0.15％；所述Zn的质量含量优选为0.014～0.016％；所述Ti的质量含量优选为0.02～0.04％；所述Zr的质量含量优选为0.0006～0.001％。
本发明提供了一种上述技术方案所述的6系铝合金棒材的制备方法，包括：
依次进行配料、熔炼、铸造、均质处理、挤压、固溶处理和时效处理。
在本发明中，所述配料的成分与上述技术方案所述6系铝合金棒材的成分一致，在此不再赘述；所述配料的原料优选包括：铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金、铁锭、锰锭、镁锭、铬锭、钛锭和纯铝锭。
在本发明中，所述熔炼优选为称取铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金、铁锭、锰锭、镁锭、铬锭、钛锭和纯铝锭放入熔炼炉内，得到熔炼好的铝合金熔液。在本发明中，所述熔炼过程中成分微调期间优选铝液温度保持在730～760℃范围内，优选当熔体温度为720～740℃时，采用高纯氩气喷粉(精炼剂)精炼，精炼时间优选为15～25min，更优选为20min；精炼次数优选≥1次，氩气压力优选为0.06～0.12MPa，更优选为0.07～0.11MPa，最优选为0.08～0.10MPa；精炼剂用量优选为0.8～1.0Kg/t Al，更优选为0.9Kg/t Al。
在本发明中，所述铸造优选为将熔炼好的铝合金熔液经过陶瓷过滤器过滤后，检测氢含量，流入结晶器进行铸造；所述铸造的温度优选为480～540℃，更优选为490～530℃，更优选为500～520℃，最优选为510℃；所述铸造的速度优选为40～60mm/min，更优选为45～55mm/min，最优选为50mm/min；所述铸造的水流量优选为230～260m3/h，更优选为240～250m3/h，最优选为245m3/h；所述铸造后得到铝合金圆铸锭。
在本发明中，均质指的是利用在高温下进行长时间加热，使合金内部的化学成分充分扩散。
在本发明中，所述均质处理优选为将铝合金圆铸锭放置在均火炉中加热保温冷却至室温，得到均质铝合金铸锭；所述均质处理的温度优选为540～580℃，更优选为550～570℃，最优选为560℃；所述均质处理的保温时间优选为6～10h，更优选为7～9h，最优选为8h；所述冷却的方法优选为采用水雾喷淋冷却。
在本发明中，所述挤压过程中优选将挤压模具加热至480～520℃，更优选为490～510℃，最优选为500℃；优选将挤压筒加热至400～430℃，更优选为410～420℃，最优选为415℃；优选将均质处理后的铝合金铸锭加热至450～480℃，更优选为460～470℃，最优选为465℃；所述挤压优选在挤压机中进行；所述挤压的速度优选为8～12m/min，更优选为9～11m/min，最优选为10m/min；所述挤压后得到成品棒材。
在本发明中，固溶热处理指的是将合金加热到一定温度，使合金在非平衡结晶过程中产生的粗大第二相能够全部或者最大限度的溶入到基体中，而后使合金迅速的冷却至室温，获得过饱和度较高的固溶体。
在本发明中，所述固溶处理优选包括：
将成品棒材在马弗炉内加热并保温，出炉后进行淬火处理。
在本发明中，所述固溶处理的温度优选为535～555℃，更优选为545℃；所述保温的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h，最优选为2h。在本发明中，优选出炉后在15s内进行淬火处理，所述淬火处理的方法优选为浸入式淬火，淬火剂是自来水，棒材在水池中停留时间优选为5～15min，更优选为8～12min，最优选为10min；淬火后水温优选≤71℃。
在本发明中，所述时效处理优选在时效炉内加热并保温；所述时效处理的温度优选为165～185℃，更优选为175℃；所述保温的时间优选为8～12h，更优选为9～11h，最优选为10h。
在本发明中，所述6系铝合金棒材的制备方法优选包括：
一、称量：
按照汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材中各元素的质量百分数Si为1.10～1.30wt％，Fe＜0.40wt％，Cu＜0.20wt％，Mn为0.60～1.0wt％，Mg为0.80～1.20wt％，Cr为0.10～0.20wt％，Zn＜0.10wt％，Ti＜0.10wt％，Zr＜0.10wt％，余量为Al；称取铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铁锭，锰锭，镁锭，铬锭，钛锭和纯铝锭。
二、熔炼：
将步骤一称取的铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铁锭，锰锭，镁锭，铬锭，钛锭和纯铝锭放入熔炼炉内，得到熔炼好的铝合金熔液。
三、铸造：
将熔炼好的铝合金熔液经过陶瓷过滤器过滤后，检测氢含量，流入结晶器进行铸造，铸造温度为480～540℃，铸造速度为40～60mm/min，水流量为230～260m3/h，得到铝合金圆铸锭。
四、均质处理
将铝合金圆铸锭放置在均火炉中加热至540℃～580℃，并在金属温度为540℃～580℃的条件下，保温6～10h，采用水雾喷淋冷却至室温得到均质铝合金铸锭。
五、挤压成品棒材
将挤压工模具加热至480℃～520℃，挤压筒加热至400℃～430℃，将均质处理后的铝合金铸锭加热至450℃～480℃，然后利用挤压机进行挤压，挤压速度为8～12m/min，得到成品棒材。
六、固溶和时效热处理
将成品棒材在马弗炉中加热至温度为535℃～555℃，并在温度为535℃～555℃的条件下，保温1h～3h，出炉后在15s内进行淬火处理，最后将淬火后的成品棒材在时效炉中加热至温度为165℃～185℃，并在温度为165℃～185℃的条件下，保温8h～12h进行时效处理，即得到一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材。
本发明提供了一种汽车控制臂用材料，包括：上述技术方案所述的6系铝合金棒材；或上述技术方案所述的方法制备得到的6系铝合金棒材。
本发明严格控制合金中Cu含量，通过均质工艺，挤压工艺，固溶时效热处理工艺达到要求的机械性能，从而极大减低原料成本，又到达了预期的性能。本发明仅采用单级均质处理，减低了挤压时铸锭的加热温度，提高了挤压速度，提高生产效率。
实施例1
一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材，各元素的质量百分数如下：Si为1.20％，Fe为0.22％，Cu为0.0040％，Mn为0.74％，Mg为1.09％，Cr为0.138％，Zn为0.0145％，Ti为0.023％，Zr为0.0007％，余量为Al。
上述一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材的制备方法是按以下步骤完成的一、称量：
按照汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材成分进行配料；称取铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铁锭，锰锭，镁锭，铬锭，钛锭和纯铝锭。
二、熔炼：
将步骤一称取的铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铁锭，锰锭，镁锭，铬锭，钛锭和纯铝锭放入熔炼炉内，得到熔炼好的铝合金熔液。
三、铸造：
将熔炼好的铝合金熔液经过陶瓷过滤器过滤后，检测氢含量，流入结晶器进行铸造，铸造温度为490℃，铸造速度为55.8mm/min，水流量为248.5m3/h，得到铝合金圆铸锭。
四、均质处理
将铝合金圆铸锭放置在均火炉中加热至560℃，并在金属温度为560℃的条件下，保温10h，采用水雾喷淋冷却至室温得到均质铝合金铸锭。
五、挤压成品棒材
将挤压工模具加热至500℃，挤压筒加热至420℃，将均质处理后的铝合金铸锭加热至460℃，然后利用挤压机进行挤压，挤压速度为10m/min，得到成品棒材。
六、固溶和时效热处理
将成品棒材在马弗炉中加热至温度为545℃，并在温度为545℃的条件下，保温2h，出炉后在15s内进行淬火处理，最后将淬火后的成品棒材在时效炉中加热至温度为175℃，并在温度为175℃的条件下，保温8h进行时效处理，得到一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材。
实施例2
一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材中各元素的质量百分数如下：Si为1.25％，Fe为0.23％，Cu为0.0041％，Mn为0.73％，Mg为1.07％，Cr为0.139％，Zn为0.0144％，Ti为0.021％，Zr为0.0007％，余量为Al。
上述一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材的制备方法是按以下步骤完成的一、称量：
按照汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材成分进行配料；称取铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铁锭，锰锭，镁锭，铬锭，钛锭和纯铝锭。
二、熔炼：
将步骤一称取的铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铁锭，锰锭，镁锭，铬锭，钛锭和纯铝锭放入熔炼炉内，得到熔炼好的铝合金熔液。
三、铸造：
将熔炼好的铝合金熔液经过陶瓷过滤器过滤后，检测氢含量，流入结晶器进行铸造，铸造温度为490℃，铸造速度为55.8mm/min，水流量为248.5m3/h，得到铝合金圆铸锭。
四、均质处理
将铝合金圆铸锭放置在均火炉中加热至560℃，并在金属温度为560℃的条件下，保温10h，采用水雾喷淋冷却至室温得到均质铝合金铸锭。
五、挤压成品棒材
将挤压工模具加热至500℃，挤压筒加热至420℃，将均质处理后的铝合金铸锭加热至470℃，然后利用挤压机进行挤压，挤压速度为10m/min，得到成品棒材。
六、固溶和时效热处理
将成品棒材在马弗炉中加热至温度为545℃，并在温度为545℃的条件下，保温1h，出炉后在15s内进行淬火处理，最后将淬火后的成品棒材在时效炉中加热至温度为175℃，并在温度为175℃的条件下，保温12h进行时效处理，得到一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材。
实施例3
一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材中各元素的质量百分数如下：Si为1.23％，Fe为0.22％，Cu为0.0040％，Mn为0.74％，Mg为1.07％，Cr为0.138％，Zn为0.0143％，Ti为0.023％，Zr为0.0007％，余量为Al。
上述一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材的制备方法是按以下步骤完成的一、称量：
按照汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材成分进行配料；称取铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铁锭，锰锭，镁锭，铬锭，钛锭和纯铝锭。
二、熔炼：
将步骤一称取的铝硅中间合金、铝铬中间合金、铝锌中间合金、铝铜中间合金，铁锭，锰锭，镁锭，铬锭，钛锭和纯铝锭放入熔炼炉内，得到熔炼好的铝合金熔液。
三、铸造：
将熔炼好的铝合金熔液经过陶瓷过滤器过滤后，检测氢含量，流入结晶器进行铸造，铸造温度为490℃，铸造速度为55.8mm/min，水流量为248.5m3/h，得到铝合金圆铸锭。
四、均质处理
将铝合金圆铸锭放置在均火炉中加热至560℃，并在金属温度为560℃的条件下，保温10h，采用水雾喷淋冷却至室温得到均质铝合金铸锭。
五、挤压成品棒材
将挤压工模具加热至500℃，挤压筒加热至420℃，将均质处理后的铝合金铸锭加热至460℃，然后利用挤压机进行挤压，挤压速度为9m/min，得到成品棒材。
六、固溶和时效热处理
将成品棒材在马弗炉中加热至温度为545℃，并在温度为545℃的条件下，保温2h，出炉后在15s内进行淬火处理，最后将淬火后的成品棒材在时效炉中加热至温度为175℃，并在温度为175℃的条件下，保温12h进行时效处理，得到一种汽车控制臂用6xxx系铝合金棒材。
性能检测
按照GB/T 228-2010和GB/T 231.0-2009标准测试，本发明实施例1制备的6系铝合金棒材的抗拉强度为424MPa，屈服强度为396MPa，延伸率为14.0％，布氏硬度为113HB；
本发明实施例2制备的6系铝合金棒材的抗拉强度为420MPa，屈服强度为397MPa，延伸率为15.5％，布氏硬度为115HB；
本发明实施例3制备的6系铝合金棒材的抗拉强度为419MPa，屈服强度为390MPa，延伸率为14.5％，布氏硬度为114HB；
本发明的关键在于合金成分严格控制；均质工艺参数，铝合金圆铸锭加热至540℃～580℃，保温6～10h，水雾喷淋冷却方式；挤压工艺参数：铸锭加热温度450℃～480℃，挤压速度8～12m/min；热处理工艺：固溶535℃～555℃x1h～3h，时效165℃～185℃x8h～12h。
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申请的目标、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申请的限制。

Claims (10)

1.一种6系铝合金棒材，成分为：
Si：1.10～1.30wt％，
Fe＜0.40wt％，
Cu＜0.20wt％，
Mn：0.60～1.0wt％，
Mg：0.80～1.20wt％，
Cr：0.10～0.20wt％，
Zn＜0.10wt％，
Ti＜0.10wt％，
Zr＜0.10wt％，
余量为Al。
2.一种权利要求1所述的6系铝合金棒材的制备方法，包括：
依次进行配料、熔炼、铸造、均质处理、挤压、固溶处理和时效处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述熔炼过程中成分微调期间铝液温度保持在730～760℃范围内，当熔体温度为720～740℃时，采用氩气喷精炼剂精炼，精炼时间15～25min，精炼次数≥1次，氩气压力为0.06～0.12MPa，精炼剂的用量为0.8～1.0Kg/t Al。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铸造的温度为480～540℃，速度为40～60mm/min，水流量为230～260m3/h。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述均质处理的温度为540～580℃，保温时间为6～10h。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述挤压过程中将挤压模具加热至480～520℃，将挤压筒加热至400～430℃，将均质处理后的铝合金铸锭加热至450～480℃。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述挤压的速度为8～12m/min。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为535～555℃，保温的时间为1～3h，所述固溶处理过程中出炉后在15s内进行淬火处理。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述时效处理的温度为165～185℃，保温的时间为8～12h。
10.一种汽车控制臂用材料，包括：权利要求1所述的6系铝合金棒材；或权利要求2所述的方法制备得到的6系铝合金棒材。
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