6061合金以及製備工藝的製作方法

2023-05-11 19:16:01 1

6061合金以及製備工藝的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種6061合金，包括：Si 0.4wt％～0.8wt％；Fe 0.5wt％～0.7wt％；Cu 0.25wt％～0.4wt％；Mn 0.08wt％～0.15wt％；Mg 0.8wt％～1.2wt％；Cr 0.25wt％～0.35wt％；Zn 0wt％～0.25wt％；Ti 0wt％～0.15wt％；餘量的Al。本發明通過上述Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al的特定含量和組成的配比，使得本發明合金擠壓材的粗晶環控制在3mm以下，並且成本較低。
【專利說明】6061合金以及製備工藝

【技術領域】
[0001] 本發明涉及合金領域，更具體地說，涉及一種6061合金以及製備方法。

【背景技術】
[0002] 6061鋁合金屬於Al-Mg-Si系列合金，是經熱處理預拉伸工藝生產的高品質鋁合 金產品，其強度中等，並具有良好的機械加工性能、優良的焊接特點及電鍍性、良好的抗腐 蝕性、高韌性及加工後不變形、材料緻密無缺陷及易於拋光、上色膜容易、氧化效果極佳等 特點。廣泛應用於製造飛機、輪船、汽車以及家具上的高要求的複雜管、棒、型材。
[0003] 現有技術中，在生產該合金時其低倍組織會出現嚴重的、深度為5?IOmm的粗晶 環。粗晶環是擠壓製品周邊上形成的環狀粗大晶粒區域，是擠壓製品的一種組織缺陷。粗 晶環中的晶粒尺寸可超過原始晶粒尺寸的10?100倍，達到800?1500btm。它引起製品 力學性能降低，抗疲勞性能比中心區低，淬火後以及用帶有這種缺陷的坯料鍛造時，常在粗 晶區產生裂紋。具有這種缺陷的鋁型材在拉伸矯直時，表面變得粗糙，在陽極氧化後出現花 斑、表面不美觀。
[0004] 2012年我公司通過改進淬火工藝解決了直徑小於55mm棒材的粗晶環的問題，在 直徑大於55mm的棒材的粗晶環的問題還有待解決。目前還沒有針對上述問題的通用性方 法。


【發明內容】

[0005] 有鑑於此，本發明提供一種6061合金以及製備方法，使得製品的粗晶環控制在 3mm以下。
[0006] 本發明提供了一種6061合金，包括：
[0007] Si 0_4 wt%?0.8 wt%; Fe 0.5 wt%?0.7 wt%; Cu 0.25 wt%?0.4 wt%; Mn 0.08 wt%?0.15 wt%; Mg 0.8 wt%?1.2 wt%;
[0008] Cr 0.25 wt%?0.35 wt%; Zn 0 wt%?0.25 wt%; Ti 0wt%?0.15wt%; 餘量的Al。
[0009] 優選的，所述Fe的含量為0· 52wt%?0· 68wt%。
[0010] 優選的，所述Fe的含量為(λ54wt%?(λ66wt%。
[0011] 優選的，所述Mn的含量為0· 09wt%?0· 14wt%。
[0012] 優選的，所述Mn的含量為(λIOwt%?(λ13wt%。
[0013] 優選的，所述Cr的含量為(λ27wt%?(λ33wt%。
[0014] 優選的，所述Cr的含量為0. 28wt%?0. 32wt%。
[0015] 優選的，所述Cu的含量為0· 26wt%?0· 38wt%。
[0016] 優選的，所述6061合金的粗晶環為3mm以下。
[0017] 本發明提供了一種如上述權利要求所述的6061合金的製備方法，包括：
[0018] 將Si源、Fe源、Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源和Al源經過熔煉、鑄造、鑄 錠加熱、擠壓、淬火、人工時效得到6061合金。
[0019]與現有技術相比，本發明提供了一種6061合金，包括：Si0· 4wt%?0· 8wt%; Fe0· 5wt%?0· 7wt%;Cu0· 25wt%?0· 4wt%;Mn0· 08wt%?0· 15wt%;Mg0· 8wt%? I. 2wt%;Cr0· 25wt%?0· 35wt%;Zn0· 2wt%?5wt%;Ti0·lwt%?5wt% ;餘量的Al。 本發明中的6061合金以Mg、Si、Cu為主要合金元素，為強化相，起固溶效果。通過本發明 所述的Mg、Si的含量，使得該合金在淬火時效時抗拉強度提高、伸長率降低。合金中Cu的 含量使得合金的塑性增加、抑制擠壓效應，降低合金加工的各向異性。本發明通過上述Si、 Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al的特定含量和組成的配比，使得本發明合金製品的粗晶環控 制在3mm以下，並且成本較低。

【具體實施方式】
[0020]本發明提供了一種6061合金，包括：
[0021] Si 0.4 wt%?0_8 wt%; Fe 0.5 wt%?0.7 wt%; Cu 0.25 wt%?0.4 wt%;
[0022] Mn 0.08 wt%?0.15 wt%; Mg 0.8 wt%?1.2 wt%; Cr 0.25 wt%?0.35 wt%; Zn 0 wt%?0.25 wt%; Ti 0 wt%?0.15 wt%; 餘量的Al。
[0023] 本發明的6061合金包括Si0· 4wt%?0· 8wt%，優選為0· 38wt%?0· 78wt%。本 發明的6061合金包括Mg0.8wt%?Uwt%;優選為0.82wt%?l.lwt%。通過本發明所 述的Mg、Si的含量，使得該合金在淬火時效狀態（T6)的抗拉強度提高、伸長率降低。
[0024] 本發明的 6016 合金包括Cu0· 25wt% ?0· 4wt%，優選為 0· 26wt% ?0· 38wt%。 本發明中的6061合金以Mg、Si、Cu為主要合金元素，為強化相，起固溶效果。合金中Cu的 含量使得合金的塑性增加、增加了熱處理強化效果、抑制擠壓效應，降低合金加工的各向異 性。
[0025] 本發明的6016合金包括Fe0· 5wt%?0· 7wt%;優選為0· 52wt%?0· 68wt%，更 優選為〇· 54wt%?0· 66wt%，最優選為0· 56wt%?0· 64wt%。本發明通過研究發現,Fe的 含量超過本發明所述範圍時，會生成不溶的AlMnFeSi相，降低製品的強度、塑性和耐腐蝕 性能。
[0026] 本發明的 6016 合金包括Mn0· 08wt%?0· 15wt%;優選為 0· 09wt%?0· 14wt%， 更優選為〇·l〇wt%?0· 13wt%，最優選為0·llwt%?0· 12wt%。本發明合金中添加特定 含量的錳可以提高力學強度、改善耐腐蝕性、衝擊韌性和彎曲性能。另外本發明合金中錳和 銅的同時加入，可以提高伸長率，並改善製品的晶粒度。
[0027] 本發明的 6016 合金包括Cr0· 25wt% ?0· 35wt%;優選為 0· 27wt% ?0· 33wt%， 更優選為〇· 28wt%?0· 32wt%，最優選為0· 29wt%?0· 31wt%。本發明合金中添加特定 含量的Cr可以抑制Mg2Si相在晶界的析出，延緩自然時效過程，提高人工時效的強度。並 且，本發明中添加Cr可以與Mn、Fe-起細化晶粒、使得再結晶後的晶粒呈細長狀，提高合金 的耐腐蝕性，並減少6061合金的粗晶環深度、獲得細晶組織。
[0028] 本發明合金中還可以包括Zn,含量為Owt%?0. 25wt%，優選為0.Olwt%? 0· 23wt%，更優選為 0· 02wt% ?0· 20wt%。
[0029] 本發明合金中還可以包括Ti,含量為Owt%?0· 15wt%，優選為0·Olwt%? 0· 13wt%，更優選為 0·Olwt% ?0·IOwt%。
[0030] 本發明的合金中添加了Zn和Ti可以減少鑄錠的柱狀晶組織，改善合金的鍛造性 能，並細化製品的晶粒。
[0031] 本發明通過上述Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti和Al的特定含量和組成的配比，使 得本發明合金以及製品的粗晶環控制在3mm以下，並且成本較低。
[0032] 本發明提供了一種6061合金的製備方法，包括：
[0033] 將Si源、Fe源、Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源和Al源經過熔煉、鑄造、鑄 錠加熱、擠壓、淬火、人工時效得到6061合金。
[0034] 本發明所述Si源、Fe源、Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源和Al源可以為純 化合物、也可以是中間合金，本發明人對此不進行限定。只要滿足上述組分含量即可。
[0035] 本發明對所述熔煉工藝為本領域技術人員熟知的熔煉工藝，優選在熔煉爐中進 行，所述熔煉溫度優選為740?760°C。熔煉要攪拌均勻，保證金屬完全熔化、溫度準確、成 分均勻。本發明所述加料順序優選為^1，1-(：1141441，1141-〇41^ ;攪拌扒渣後在 740?750°C加入純Mg,最後加入晶粒細化劑Al-Ti-B絲。
[0036] 本發明所述鑄造為本領域技術人員熟知的鑄造工藝，優選在鑄造機中進行，所述 鑄造溫度優選為730?740°C，鑄造速度優選為100?110mm/min，所述鑄造水壓優選為 0. 06 ?0. 12MPa。
[0037] 鑄造後優選在感應加熱爐鑄錠，鑄錠加熱溫度優選為520?540°C。
[0038] 鑄錠後進行擠壓和淬火。本發明中，合金產品直徑大於55mm的採用空氣淬火爐進 行淬火，產品直徑小於等於55mm的採用在線水淬的方式。
[0039] 具體的，採用空氣淬火爐進行淬火以及相應步驟具體為：
[0040]將製備的6061合金鑄錠在擠壓機中進行擠壓，擠壓的溫度優選為520°C?540°C， 所述擠壓筒溫度優選為460?480°C;所述擠壓速度優選為> 2.Om/min。將擠壓後的坯 料進行淬火爐淬火處理，具體為：直徑> 55mm的棒材，立式空氣淬火爐淬火，淬火溫度： 530±3°C。所述保溫時間為本領域技術人員工藝流程中熟知的時間。
[0041] 採用在線水淬步驟具體為：
[0042] 將製備的6061合金鑄錠在擠壓機中進行擠壓、直徑< 55mm的棒材在線水淬：擠壓 的溫度優選為520°C?540°C，擠壓筒溫優選為460?480°C;擠壓速度優選為彡2.Om/min。 將擠壓後的坯料進行在線水淬處理，
[0043] 擠壓、淬火後為拉伸矯直、時效得到6061合金。所述拉伸矯直為本領域技術人 員熟知的拉伸矯直，所述拉伸矯直優選在拉伸矯直機中拉伸矯直，控制拉伸率：1. 5%? 3.0%。所述時效為本領域技術人員熟知的人工時效，所述時效制度優選為175±5°C保溫8 小時。
[0044] 得到6061合金後，進行屈服強度、拉伸強度、延伸率和粗晶環測定。
[0045] 取樣方法為：
[0046] (1)隨機選取每個實施例製備得到的樣品從製品前端切取試樣測定屈服強度、拉 伸強度等力學性能，編號為T1、T2。。。。。。
[0047] (2)隨機選取每個實施例製備得到的樣品從製品尾端切取低倍試樣測定粗晶環， 編號為W1、W2。。。。。。
[0048] 本發明提供了 一種 6061 合金，包括：Si0· 4wt% ?0· 8wt%;Fe0· 5wt% ? 0· 7wt%;Cu0· 25wt% ?0· 4wt%;Mn0· 08wt% ?0· 15wt%;Mg0· 8wt% ?I. 2wt%;Cr 0.25?^%?CUSwt^^ZnCUwt%?5wt%;TiO.lwt%?5wt%;餘量的Al。本發明中的 6061合金以Mg、Si、Cu為主要合金元素，為強化相，起固溶效果。通過本發明所述的Mg、Si 的含量，使得該合金在淬火時效時抗拉強度提高、伸長率降低。合金中Cu的含量使得合金 的塑性增加、抑制擠壓效應，降低合金加工的各向異性。本發明通過上述Si、Fe、Cu、Mn、Mg、 Cr、Zn、Ti和Al的特定含量和組成的配比，使得本發明合金以及製品的粗晶環控制在3mm 以下,並且成本較低。
[0049] 為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的6061合金及其製備方 法進行詳細說明，本發明的保護範圍不受以下實施例的限制。
[0050] 實施例1?2
[0051] 分別採用工業純鋁、純Mg;A1-Fe;Al-Si、Al-Cu、Al-Mn、Al-Cr、Al-Ti-B、Al-Zn中 間合金為原料在鋁合金熔煉爐中進行熔煉，熔煉溫度為750°C。攪拌均勻，保證金屬完全熔 化、溫度準確、成分均勻。加料順序為：Al、Al-Cu、Al-Fe、Al-Mn、Al-Cr、Al-Si、Al-Zn;攪拌 扒渣後在740-750°C加入純Mg,最後加入晶粒細化劑Al-Ti-B絲，而後在鑄造機中鑄造，鑄 造溫度為730-740°C，鑄造速度100-110mm/min，鑄造水壓0.lOMPa。鑄造後在感應加熱爐 鑄錠，鑄錠加熱溫度：520?540°C。6016合金鑄錠中Si的含量為0. 65wt%;Fe的含量為 0· 65wt%;Cu的含量為(λ26wt%;Mn的含量為(λ12wt% ;Mg的含量為(λ95wt%;Cr的含量 為(λ25wt%;Zn的含量為(λ04wt%;Ti的含量為(λOlwt% ;餘量的Al。
[0052] 將製備的6061合金鑄錠在擠壓機中進行擠壓，擠壓的溫度為530°C，擠壓筒溫： 460?480°C;擠壓速度為3.Om/min。將擠壓後的坯料進行淬火爐淬火處理，具體為：立 式空氣淬火爐淬火，淬火溫度：530±3°C，淬火後在拉伸矯直機中拉伸矯直，控制拉伸率： 2.0%。而後在175±5°C時效8小時，得到成品。按照本發明所述的取樣以及試樣測定方法 進行測定力學性能以及粗晶環深度。測定結果如表1所示，表1為本發明實施例1?2制 備的6061合金的性能數據表。
[0053] 表1本發明實施例1?2製備的6061合金的性能數據表。
[0054]

【權利要求】
1. 一種6061合金，包括：
餘量的Al。
2. 根據權利要求1所述的6061合金，其特徵在於，所述Fe的含量為0.52wt %? 0. 68wt %。
3. 根據權利要求2所述的6061合金，其特徵在於，所述Fe的含量為0.54wt %? 0. 66wt %。
4. 根據權利要求1所述的6061合金，其特徵在於，所述Mn的含量為0.09wt %? 0? 14wt % 〇
5. 根據權利要求4所述的6061合金，其特徵在於，所述Mn的含量為0. IOwt %? 0. 13wt %。
6. 根據權利要求1所述的6061合金，其特徵在於，所述Cr的含量為0.27wt %? 0. 33wt %。
7. 根據權利要求6所述的6061合金，其特徵在於，所述Cr的含量為0. 28wt %? 0. 32wt %。
8. 根據權利要求1所述的6061合金，其特徵在於，所述Cu的含量為0.26wt %? 0. 38wt %。
9. 根據權利要求1所述的6061合金，其特徵在於，所述6061合金的粗晶環為3mm以 下。
10. -種如權利要求1所述的6061合金的製備方法，包括： 將Si源、Fe源、Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源和Al源經過熔煉、鑄造、鑄錠加 熱、擠壓、淬火、人工時效得到6061合金。
【文檔編號】C22C21/08GK104357719SQ201410747890
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】曾九生, 張成斌 申請人:西南鋁業（集團）有限責任公司