一種超細晶6061鋁合金及其製備方法與流程
2024-02-18 23:44:15 2
本發明屬於鋁合金加工技術領域，具體涉及一種超細晶鋁合金及其製備方法，獲得超細晶結構的鋁合金。
技術背景
鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，因其具有比重小、導熱性好、易於成型、價格低廉等優點，已廣泛應用於航空航天、交通運輸、輕工建材、電力和電子工業、機械製造業以及石油化工等行業，其用量僅次於鋼。
鋁合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。形變鋁合金能承受壓力加工，可加工成各種形態、規格的鋁合金材。主要用於製造航空器材、建築用門窗等；形變鋁合金又分為不可熱處理強化型鋁合金和可熱處理強化型鋁合金。不可熱處理強化型不能通過熱處理來提高機械性能，只能通過冷加工變形來實現強化，它主要包括高純鋁、工業高純鋁、工業純鋁以及防鏽鋁等。可熱處理強化型鋁合金可以通過淬火和時效等熱處理手段來提高機械性能，它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。
6061 鋁合金（主要成分在GB/T 3190-2008標準範圍內），是一種含有鎂和矽元素的合金材料，具有好的機械性質，可以進行熱處理及焊接是目前應用最廣的鋁合金。6061鋁合金熱擠壓製品在熱擠壓後的組織中形成粗大晶粒或淬火後，會在制品斷面周邊形成粗大的再結晶區，稱為粗晶組織，它是鋁合金擠壓製品中常見的缺陷，導致後續加工過程中製品表面起皺、氧化後表面花斑、色差等問題，更為嚴重的是會造成鋁合金材料的力學性能劇烈下降，在使用過程中過早失效，從而嚴重地限制了6061鋁合金在高品質、高性能要求領域的應用。隨著航空航天工業、汽車工業、電子工業等的迅速發展，對6061鋁合金擠壓製品的質量要求越來越高，既要求製品無粗晶環，又要求製品有較高的力學性能，如何保證6061鋁合金在熱擠壓和熱處理過程中組織細化是長期困擾國內外工程技術人員的技術難題。目前，對鋁合金擠壓製品粗晶組織的形成機理還沒有形成一致共識，至今在生產現場還沒有消除粗晶環的有效方法。
技術實現要素：
本發明的另一目的在於提供一種超細晶6061鋁合金的製備方法，達到抑制晶粒的尺寸生長，形成均勻的超細晶6061鋁合金。
為實現上述目的本發明所採用的技術方案如下：
一種超細晶6061鋁合金的製備方法，其順次包括以下步驟
1）熔鑄：將6061鋁合金加入到熔煉爐中，設置熔煉爐的溫度，待爐料的溫度上升至設定值並開始熔融時，將粉末狀的Mn和Cr加入到熔煉爐中，攪拌均勻至物料完全熔化，其中按照重量百分比計Mn元素的添加量為0.11%-0.13%，Cr元素的添加量為0.2%-0.22%，餘量為6061鋁合金；上述熔化後的熔液注入模具中鑄造形成反向擠壓所需的圓錠坯；
2）熱擠壓成型：錠坯經熱擠壓在模具中形成所需形狀的坯材；
3）熱處理： 擠壓成型的坯材進行T6熱處理；
4）拉伸矯直；
5）鋸切；
6）檢測合格後獲得成品。
本發明中添加了Mn元素和Cr元素，少量Mn元素和Cr元素的存在，可以有效形成均勻細小的彌散體，在加熱過程中釘扎亞晶晶界，阻止晶界遷移，從而達到抑制晶粒尺寸生長的目的。同時添加Cr元素還可以抵消銅對抗蝕性的不良影響。
本發明中所採用的模具為平模。
由於6061鋁合金在熱擠壓過程中產生粗晶的原因是熱擠壓過程中模具工作帶部位對鋁合金外層金屬高溫和強烈的摩擦，導致型材內、外層金屬流動變形時存在較大應變速率差，從而使合金表面應變能聚集升高，外層組織發生粗化；熱處理過程中，溫升達到了6061合金再結晶激活溫度，表面聚集的應變能得到釋放，發生再結晶粗化現象，產生了外層粗晶。因此為了減少或降低內外層金屬流動的差異，本發明採用的反向擠壓可以實現金屬的均勻流動，進一步防止發生結晶粗化現象；所述反向擠壓步驟中錠坯溫度為460-490℃，擠壓筒溫度為，420-450℃，平模溫度為400-500℃。
本發明中，所述T6熱處理中，固溶溫度為525-540℃，保溫1-3小時，冷卻轉移時間小於等於10秒，時效工藝在淬火後6小時內進行，時效溫度為170-180℃，時間為6-10小時。
本發明中，所述拉伸矯直步驟中，拉伸量為1-5%。
一種超細晶6061鋁合金，其包括6061鋁合金和在6061鋁合金中添加Mn元素和Cr元素，其中按照重量百分比計Mn元素的添加量為0.11%-0.13%，Cr元素的添加量為0.2%-0.22%，餘量為6061鋁合金；所述超細晶6061鋁合金的晶粒平均尺寸為500nm-30μm。
相比現有技術，本發明的有益效果在於：本發明通過添加Mn元素和Cr元素調整6061鋁合金成分的比例，在加熱過程中達到抑制晶粒生長，從而阻止了粗晶的形成，獲得的無粗晶環的超細6061鋁合金平均晶粒尺寸在30μm以下，本發明的製備方法易於操作，效果明顯。
具體實施方式
下面結合具體的實施方式對本發明作進一步詳細說明。
具體實施方式
實施例1
一種超細晶6061鋁合金，其是順次通過以下步驟製備而成
1）熔鑄：將6061鋁合金加入到熔煉爐中，設置熔煉爐的溫度，待爐料的溫度上升至設定值並開始熔融時，將粉末狀的Mn和Cr加入到熔煉爐中，攪拌均勻至物料完全熔化，其中按照重量百分比計Mn元素的添加量為0.11%，Cr元素的添加量為0.2%，餘量為6061鋁合金；上述熔化後的熔液注入模具中鑄造形成反向擠壓所需的圓錠坯；
2）熱擠壓成型：錠坯經熱擠壓在模具中形成所需形狀的坯材；所述反向擠壓步驟中錠坯溫度為460℃，擠壓筒溫度為，420℃，平模溫度為400℃；
3）熱處理： 擠壓成型的坯材進行T6熱處理，所述T6熱處理中，固溶溫度為540℃，保溫1小時，冷卻轉移時間為9秒，時效工藝在淬火後6小時內進行，時效溫度為170℃，時間為10小時；
4）拉伸矯直，拉伸量為1%；
5）鋸切；
6）檢測合格後獲得成品。
實施例2
一種超細晶6061鋁合金，其是順次通過以下步驟製備而成
1）熔鑄：將6061鋁合金加入到熔煉爐中，設置熔煉爐的溫度，待爐料的溫度上升至設定值並開始熔融時，將粉末狀的Mn和Cr加入到熔煉爐中，攪拌均勻至物料完全熔化，其中按照重量百分比計Mn元素的添加量為0.11%，Cr元素的添加量為0.2%，餘量為6061鋁合金；上述熔化後的熔液注入模具中鑄造形成反向擠壓所需的圓錠坯；
2）熱擠壓成型：錠坯經熱擠壓在模具中形成所需形狀的坯材；所述反向擠壓步驟中錠坯溫度為490℃，擠壓筒溫度為， 450℃，平模溫度為500℃；
3）熱處理： 擠壓成型的坯材進行T6熱處理，所述T6熱處理中，固溶溫度為525℃，保溫3小時，冷卻轉移時間9秒，時效工藝在淬火後6小時內進行，時效溫度為170℃，時間為8小時；
4）拉伸矯直，拉伸量為5%；
5）鋸切；
6）檢測合格後獲得成品。
實施例3
一種超細晶6061鋁合金，其是順次通過以下步驟製備而成
1）熔鑄：將6061鋁合金加入到熔煉爐中，設置熔煉爐的溫度，待爐料的溫度上升至設定值並開始熔融時，將粉末狀的Mn和Cr加入到熔煉爐中，攪拌均勻至物料完全熔化，其中按照重量百分比計Mn元素的添加量為0.11%，Cr元素的添加量為0.2%，餘量為6061鋁合金；上述熔化後的熔液注入模具中鑄造形成反向擠壓所需的圓錠坯；
2）熱擠壓成型：錠坯經熱擠壓與在模具中形成所需形狀的坯材；所述反向擠壓步驟中錠坯溫度為480℃，擠壓筒溫度為，420℃，平模溫度為450℃；
3）熱處理： 擠壓成型的坯材進行T6熱處理，所述T6熱處理中，固溶溫度為530℃，保溫2小時，冷卻轉移時間9秒，時效工藝在淬火後6小時內進行，時效溫度為180℃，時間為6小時；
4）拉伸矯直，拉伸量為3%；
5）鋸切；
6）檢測合格後獲得成品。
性能檢測
對上述實施例1-3的成品進行檢測，檢測按照本領域常規方法進行，檢測結果見表1。
表1：性能檢測結果
上述實施方式僅為本發明的優選實施方式，不能以此來限定本發明保護的範圍，本領域的技術人員在本發明的基礎上所做的任何非實質性的變化及替換均屬於本發明所要求保護的範圍。