一種提高6082鋁合金性能的熱處理工藝的製作方法
2023-10-23 12:44:17 1
本發明涉及鋁合金
技術領域：
，具體地說，是一種提高6082鋁合金性能的熱處理工藝。
背景技術：
：6082鋁合金屬於Al-Mg-Si系，可熱處理強化，Mg2Si相為強化相。該合金具有中等強度、耐腐蝕性高，無應力腐蝕破裂傾向，焊接性能好，成型性和工藝性能良好等優點。具有良好的綜合性能，該合金廣泛用於製造中等強度，塑性和抗腐蝕要求高的飛機零件，大型結構件以及常溫下工作的鍛件。近期，我司生產的6082-T6鋁合金型材衝壓件出現停放較長時間後硬度偏高(12.5HW-14HW)，性能不均，「停放效應」明顯的現象，客戶衝壓工序因此原因導致的廢品率升高，跟蹤客戶生產現場衝壓報廢得到的數據：每10件約有2-3件因上述原因報廢，報廢率較高。客戶使用本產品加工成汽車橫梁，加工設備是衝壓工具機。加工過程中，因為「自然時效」，產品硬度增加，抵抗變形能力增強，在衝壓完成後，有回彈傾向，回彈後輪廓度檢具超差，影響整車裝配時精度；為提高客戶衝壓合格率，開展了本發明研究。技術實現要素：本發明的目的在於研究擠壓型材淬火溫度(固溶溫度)、時效前停放效應等參數對6082鋁合金組織性能，硬度的變化規律，找出符合客戶衝壓條件的工藝參數。本發明提供一種提高6082鋁合金性能的熱處理工藝，將6082鋁合金依次經過如下步驟處理：S1，擠壓工藝，淬火；S2，回歸工藝；S3，時效工藝。其中，所述的步驟S1擠壓過程鑄錠設定加熱溫度：460℃-470℃；擠壓筒設定溫度：450℃；擠壓杆前進速度：1.5-2.0；擠壓過程擠壓杆前進速度，適當調節，滿足出口溫度範圍。優選的，所述的步驟S1淬火溫度(擠壓型材入淬火系統極限溫度)：510℃-530℃，停放時間為16h-48h。優選的，所述的步驟S1冷卻方式：水冷(噴水)。優選的，所述的步驟S2回歸工藝為：255℃/5min(回歸的溫度255℃，保溫5分鐘)；此工藝在於解決型材硬度大於12.5HW的情況，小於12.5HW的型材不必使用；所以客戶與我司需緊密對接，生產完成的產品立即轉入衝壓工序，若停放時間過長，需要對型材進行回歸後使用。優選的，所述的步驟S3時效工藝參數為180℃/6h(180℃，保溫6小時)。優選的，所述的6082鋁合金型號為PSG390型材。優選的，所述的6082鋁合金鑄錠的化學成分為：Si1.07～1.17％，Fe0.25％，Cu0.02-0.06％，Mg0.65～0.75％，Mn0.50～0.55％，Zn0.10％，Ti0.10％，Cr0.10-0.15％，餘量為Al。本發明優點在於：採用本發明的工藝處理後的鋁合金型材，衝壓情況良好，滿足其使用要求，並解決了因自然時效造成硬度升高的產品報廢的情況，大大提高的材料的利用率，廢品率顯著降低。附圖說明圖1：硬度隨時間變化規律。圖2：硬度(布氏)隨時間變化關係。A，試樣(1)；B，試樣(2)。圖3：放置72小時穩定後硬度(布氏)曲線。圖4：停放3h，不同固溶溫度性能值變化曲線。圖5：停放16h，不同固溶溫度性能值變化曲線。圖6：停放48h，不同固溶溫度性能值變化曲線。圖7：停放72h，不同固溶溫度性能值變化曲線。圖8：相同固溶溫度，不同停放時間屈服變化規律。圖9：相同固溶溫度，不同停放時間拉伸強度變化規律。圖10：相同固溶溫度，不同停放時間延伸率變化規律。圖11：300℃回歸工藝硬度變化趨勢。圖12：270℃回歸工藝硬度變化趨勢。圖13：255℃回歸工藝硬度變化趨勢。具體實施方式下面結合實施例對本發明提供的具體實施方式作詳細說明。實施例1一、實驗材料、工藝參數1、型號為PSG390型材，使用鑄錠的化學成分如下表1所列。固溶溫度(擠壓過程中淬火溫度)分別為500℃、510℃、520℃、530℃、540℃，時效制度為180℃/6h。其中，所述的鋁合金型材為型號為PSG390型材，所述的鑄錠的化學成分如下表1所示：表1合金SiFeCuMgMnZnTiCr60821.07～1.170.250.02-0.060.65～0.750.50～0.550.100.100.10-0.152、擠壓過程工藝參數設置鑄錠設定加熱溫度值：460℃-470℃；(擠壓過程鑄錠加熱溫度)擠壓筒設定溫度：450℃±10℃；(擠壓過程擠壓筒設定溫度)擠壓杆前進速度：1.6±0.2mm/s(擠壓過程擠壓杆前進速度，適當調節，滿足出口溫度範圍)；淬火溫度(即固溶溫度：型材入淬火系統溫度)：500-540℃；冷卻方式：水冷(噴水)；3、時效工藝：180℃/6h，(T6性能驗證：Rm≥300MPaRp0.2＝270MPaA5≥8％)4、實驗步驟：研究不同淬火溫度(固溶溫度)的初始硬度值、穩定後的硬度區間，時效後的性能指標，繪製曲線，分析淬火溫度(固溶溫度)、停放時間對硬度、性能變化的影響規律，制定符合客戶使用要求的工藝參數值：(1)為了做本次實驗，擠壓過程中淬火溫度(固溶溫度)控制在500-540℃，其他擠壓參數要求按上述工藝參數執行，實驗機臺為2200T擠壓機，生產過程中監控每整支擠壓型材的淬火溫度(固溶溫度)並標記；(2)擠壓過程中標註整支鑄錠擠壓過程中型材表面溫度(為滿足所需溫度區間，可適當調整擠壓速度)，標記溫度分別為500℃、510℃、520℃、530℃、540℃；(3)取樣後，按一定的時間間隔測量試樣布氏硬度及時效後的性能(180℃/6h)並填寫表格；(4)繪製並分析曲線，確定淬火溫度(固溶溫度)、停放時間對硬度、性能的影響規律，找到滿足硬度要求的合理的淬火溫度(固溶溫度)值或工藝參數。二、停放時間與硬度變化研究設置兩組實驗試樣進行對比，每個試樣測試三點硬度值後取平均值：1、停放時間與硬度變化趨勢從圖1「時間-硬度」曲線可以看出，在前8小時內硬度隨停放時間的延長，上升趨勢明顯；超過8小時後，硬度變化緩慢，較穩定，基本維持在一定的區間變化；48h小時後測量硬度基本穩定在10-12.5HW間，98％產品穩定在此區間，衝壓效果良好。2、不同淬火溫度(固溶溫度)，放置相同時間後進行硬度(布氏)測試；由表2、表3數據和圖2可知，初始淬火溫度(固溶溫度)不同，相應的初始硬度不同，初始固溶溫度越低，對應的硬度較低，隨著停放時間的延長，穩定後的硬度呈遞增趨勢變化；考慮到客戶時效前進行衝壓加工，淬火溫度(固溶溫度)低，有利於衝壓變形，在保證性能的情況下，固溶溫度可選擇在510℃-530℃較為合理。表2試樣(1)硬度(布氏)隨時間變化關係固溶溫度停放3h停放16h停放48h停放72h500℃63.967.269.972.4510℃67.268.975.078.0520℃70.073.078.080.1530℃71.173.876.679.7540℃71.874.677.079.5表3試樣(2)硬度(布氏)隨時間變化關係固溶溫度停放3h停放16h停放48h停放72h500℃63.967.269.972.4510℃67.268.973.576.6520℃70.173.475.778.9530℃73.776.076.878.9540℃74.575.378.278.43、放置72小時穩定後硬度(布氏)曲線，硬度基本穩定在70HB-80HB，見表4，變化規律見圖3。表4放置72小時穩定後硬度(布氏)數據固溶溫度停放72h500℃75.2510℃75.4520℃77.4530℃78.9540℃79.8三、不同固溶溫度不同停放時間對6082合金性能的影響不同淬火溫度(固溶溫度)及不同停放時間6082型材PSG390試樣時效(180℃/6h)後拉伸性能的變化規律見性能對比圖表；淬火後停放時間分別為3h、16h、48h、72h之後進行人工時效，檢測力學性能，繪製時效前停放時間與力學性能關係曲線。1、停放時間相同，固溶溫度從500℃上升到540℃時，時效後合金的強度升高，上升到540℃-550℃時，強度最大，伸長率下降；溫度繼續上升時，按照理論推理強度開始下降。隨著固溶溫度的升高，殘留結晶相的數量逐漸減少，時效後獲得的β″沉澱強化相的尺寸更小、密度更高，晶界無沉澱析出區更窄，強度和伸長率更高；但溫度過高時，再結晶嚴重，晶粒粗大，擠壓效應消失，強度下降，見表5-8和圖4-7。綜合考慮強度和拉伸率，540-550℃是較佳的固溶溫度。表5停放3h時間，不同淬火溫度(固溶溫度)性能變化變化情況表6停放16h時間，不同淬火溫度(固溶溫度)性能變化變化情況表7停放48h時間，不同淬火溫度(固溶溫度)性能變化變化情況表8停放72h時間，不同淬火溫度(固溶溫度)性能變化變化情況2、固溶溫度相同，隨著停放時間增加，停放時間前期隨著時間增加其強度性能下降；停放時間在8h～14h範圍內隨著時間增加其強度性能下降明顯，在10h-20h時達到最低點後趨於穩定；停放時間超過30h後，隨著時間增加其強度性能稍有增加，見表9-11和圖8-10。表9相同淬火溫度(固溶溫度)，不同停放時間拉伸強度變化規律表10相同淬火溫度(固溶溫度)，不同停放時間屈服變化規律表11相同淬火溫度(固溶溫度)，不同停放時間延伸率變化規律停放效應與室溫停留時產生的GP區重新溶解有關。停放時間較長，合金中將形成大量矽的偏聚團，因而固溶體中溶質元素的濃度大大降低，人工時效時那些小於臨界尺寸的GP區將重新溶入固溶體，因而影響了材料的性能；但如果繼續延長停放時間，則那些小於臨界尺寸的GP區有可能長大到穩定的晶核尺寸，因此，使合金的強度有所回升，因此室溫停放的影響又重新減小，但停放時間過長，對材料的屈服強度有不利影響。在本次實驗中，高溫區域的性能變化較為明顯。五、回歸熱處理的應用在實際生產中，淬火後的停放時間是根據生產情況而定的，並沒有嚴格的規定，有很大的隨意性，於是造成了產品因為停放時間過長而造成強度上升，硬度加大，塑性降低，衝壓時出現斷裂的現象，造成產品報廢，為解決因停放時間長，硬度高的問題，我們通過探究本成分6082合金的回歸工藝，解決上述問題的發生，降低因自然時效造成的產品批量報廢。1、回歸現象特點經過自然時效強化的鋁合金，快速加熱至200℃-300℃，然後快速冷卻至室溫，該合金重新軟化，恢復至新淬火狀態，如將其在室溫下停放，仍能進行正常的自然時效。這種現象稱為回歸現象。回歸現象實際上是經過自然時效後的鋁合金生成的GP區或亞穩定相，在快速短時間加熱時發生溶解，變成原有的淬火狀態。因而合金性能也恢復到新淬火狀態下的性能。回歸現象具有下面幾個特點：(1)凡自然時效強化的鋁合金都具有回歸現象。(2)回歸處理可以多次重複進行。但是每次回歸處理後，它的性能不能完全恢復到原有狀態，總有一點差距。(3)回歸處理的溫度越高，回歸過程越快，所需加熱時間越短。(4)經回歸處理後的合金，其耐蝕性能有所下降。(6)在回歸熱處理時要嚴格控制溫度和時間，以免對合金的組織和性能產生不良影響。2、實驗過程：分別對固溶處理後自然時效5天的試樣進行300℃、270℃、255℃，不同保溫時間的回歸熱處理，並測定試樣回歸前的硬度值(標記：HV1)，回歸後1h內的硬度值(標記：HV2)，求出硬度變化量ΔHV(＝HV2-HV1)，結果見下表12。表12PSG390(6082/T4)300℃回歸工藝試驗(1)由上表12可看出，高溫回歸，材料明顯出現過時效現象，性能顯著降低，已經不能滿足客戶要求。表13PSG390(6082/T4)270℃回歸工藝試驗(2)由上表13可知，保溫時間在2min時出現拐點，是比較合理的回歸點，但實際生產中，短時間很難控制，不適合實際生產，而超過十分鐘，材料性能開始下降，出現過時效的情況。表14PSG390(6082/T4)255℃回歸工藝試驗(3)由上表14可知，保溫時間在5min時出現拐點，是比較合理的回歸點，實際生產中，容易控制，而超過7min，材料硬度開始上升，出現硬度提升的情況。綜上所述，本發明上述成分的6082合金，合理的回歸溫度時255℃/5min，回歸後硬度換算成韋氏硬度約12-13HW，通過與客戶的溝通，衝壓情況良好，滿足其使用要求，並解決了因自然時效造成硬度升高的產品報廢的情況，大大提高的材料的利用率。六、總結1、硬度隨停放時間的延長逐漸上升，在前8小時內上升迅速，超過8小時後上升緩慢，在16h-48h內硬度基本趨於穩定；從多次測量數據來看，最終10W-12.5W之間，客戶衝壓合格達98％以上；2、淬火溫度(固溶溫度)(500～550℃)：(1)停放時間相同，隨著淬火溫度(固溶溫度)的升高，合金的強度先升高後下降，在540-550℃左右時達最高值；溫度繼續上升時，按照理論推理強度開始下降。淬火溫度(固溶溫度)影響合金初始硬度值，淬火溫度(固溶溫度)低，初始硬度低，在符合T6性能要求的條件下，為滿足客戶要求，降低因淬火溫度過低造成性能不合格的風險，可選擇淬火溫度(固溶溫度)範圍為510℃-530℃；(2)淬火溫度(固溶溫度)相同，隨著停放時間的延長，強度先下降後趨於穩定狀態，延伸率先升高後趨於穩定狀態，彼此間相互對應，中高溫區域表現明顯，低溫區域表現並不理想；3、實際生產過程中可根據客戶使用要求收窄工藝範圍，控制停放時間及縮短加工周期，多次跟蹤客戶衝壓情況，廢品率降低至每100件中2-3件因上述原因造成的產品報廢；優化後的擠壓過程工藝參數：鑄錠溫度：460℃-470℃；(擠壓過程鑄錠加熱溫度)擠壓筒設定溫度：450℃±10℃；(擠壓過程擠壓筒設定溫度)擠壓杆前進速度：1.5-2.0(擠壓杆設定速度，擠壓過程中適當調節，滿足出口溫度範圍)；淬火溫度：510-530℃；(擠壓型材入淬火系統極限溫度)冷卻方式：水冷(噴水)；回歸工藝為：255℃/5min(此工藝在於解決型材硬度大於12.5HW的情況，小於12.5HW的型材不必使用；所以要求客戶與我司解密對接，生產完成的產品立即轉入衝壓工序)。以上已對本發明創造的較佳實施例進行了具體說明，但本發明創造並不限於所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明創造精神的前提下還可做出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的範圍內。當前第1頁1 2 3