一種Al?Mg?Si系鋁合金擠壓型材及其生產工藝的制作方法

本發明涉及一種有色金屬材料加工工程技術領域，且特別涉及一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材及其生產工藝。

背景技術：

al-mg-si系鋁合金屬于熱處理可強化的變形鋁合金，具有中等強度，優異的成型性能、焊接性能以及耐蝕性能，可在大型擠壓機擠壓形成斷面形狀復雜的大型寬扁薄壁空心型材，實現在線風冷或水霧冷淬火。日本的6n01鋁合金及常見的6063、6005a鋁合金均為al-mg-si系合金，它們被廣泛應用于軌道交通、航空航天、船舶、汽車制造等領域。

al-mg-si系鋁合金的彎曲性能是其一項重要的力學性能指標，用來表征材料經受彎曲負荷作用時的狀態，生產中常用彎曲實驗進行評價。在制造車體的過程中，al-mg-si系鋁合金板材和型材往往需要進行彎曲成型加工，但目前的al-mg-si系鋁合金材料的彎曲性能多不合格，容易在拉應力區域產生裂紋，導致制成的零部件失效。因此需要能提高al-mg-si系鋁合金材料的彎曲性能的方法，以獲得具有優良彎曲性能的al-mg-si系鋁合金，滿足后續彎曲成型要求。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材，其彎曲性能優良，滿足后續彎曲成型要求，提高產品成品率。

本發明的另一目的在于提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材的生產工藝，能夠明顯改善鋁合金材料的組織性能、合金塑性，獲得優良的彎曲性能，滿足后續彎曲成型要求，提高產品成品率。

本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。

本發明提出一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材，按重量百分數計，其主要由以下合金元素成分組成：

si：0.65％～0.85％，fe：0.2％～0.3％，mg：0.45％～0.65％，cu：0.15％～0.25％，mn：0.25％～0.45％，cr：0.15％～0.25％，ti：0.05％～0.07％，zn：≤0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成。

一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材的生產工藝，其包括以下步驟：

按照上述合金元素成分組成配置原料，并進行均勻化處理，得到鑄造坯料；將鑄造坯料以1.5～2mm/s的擠壓速度進行熱擠壓，熱擠壓的出口溫度為510℃以上，并在線進行淬火，得到擠壓材；對擠壓材進行時效處理。

進一步地，在本發明較佳實施例中，均勻化處理的方法為：以20～35℃/h的升溫速率，升溫至510～560℃，保溫12h以上。

進一步地，在本發明較佳實施例中，熱擠壓的方法為：將鑄造坯料加熱至460～500℃，鑄造坯料溫度梯度為10～20℃，并對鑄造坯料進行擠壓加工，擠壓筒溫度為420～460℃，擠壓模具溫度為460～500℃，擠壓速度為1.5～2mm/s。

進一步地，在本發明較佳實施例中，淬火的方式是噴水淬火冷卻。

進一步地，在本發明較佳實施例中，時效處理的方法是：保溫溫度為150～200℃，保溫時間為6～10h。

進一步地，在本發明較佳實施例中，鑄造坯料的制備方法為：將原料進行熔煉、精煉，得到液態鋁合金，取樣分析，按照上述合金元素成分組成控制液態鋁合金的成分，將液態鋁合金鑄造成鑄錠，對鑄錠進行均勻化處理。

進一步地，在本發明較佳實施例中，熔煉的溫度是740～760℃。

進一步地，在本發明較佳實施例中，精煉的方法是：

采用氬氣往熔煉形成的鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.12～0.18kg/t，爐內精煉時間≥10min；

扒渣靜置40～60min；

采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為4～6l/h，輸入壓力5～10bar，得到精煉溶液；

采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液。

進一步地，在本發明較佳實施例中，精煉的溫度是710～740℃。

本發明實施例的al-mg-si系鋁合金擠壓型材及其生產工藝的有益效果是：本發明實施例的al-mg-si系鋁合金擠壓型材的合金元素成分按重量百分數計包括：si：0.65％～0.85％，fe：0.2％～0.3％，mg：0.45％～0.65％，cu：0.15％～0.25％，mn：0.25％～0.45％，cr：0.15％～0.25％，ti：0.05％～0.07％，zn：≤0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成。該al-mg-si系鋁合金擠壓型材的生產工藝為：按照上述合金元素成分組成配置原料，并進行均勻化處理，得到鑄造坯料；將鑄造坯料以1.5～2mm/s的擠壓速度進行熱擠壓，熱擠壓的出口溫度為510℃以上，并在線進行淬火，得到擠壓材；對擠壓材進行時效處理，該工藝能夠明顯改善鋁合金材料的組織性能、合金塑性，使得到的型材獲得優良的彎曲性能，滿足后續彎曲成型要求，提高產品成品率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明實施例1中al-mg-si系鋁合金擠壓型材的金相組織示意圖；

圖2為本發明實施例中三點彎曲試驗的示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

下面對本發明實施例的al-mg-si系鋁合金擠壓型材及其生產工藝進行具體說明。

本發明實施例提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材，按重量百分數計，其主要由以下合金元素成分組成：

si：0.65％～0.85％，fe：0.2％～0.3％，mg：0.45％～0.65％，cu：0.15％～0.25％，mn：0.25％～0.45％，cr：0.15％～0.25％，ti：0.05％～0.07％，zn：≤0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成。

本發明實施例還提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材的生產工藝，該工藝通過設計al-mg-si系鋁合金擠壓型材的合金元素成分組成，熔煉鑄造，并進行熱擠壓變形加工以及熱處理，具體包括以下步驟：

s1均勻化處理工藝：按照合金元素成分組成配置原料，并進行均勻化處理，得到鑄造坯料，合金元素成分組成包括：si：0.65％～0.85％，fe：0.2％～0.3％，mg：0.45％～0.65％，cu：0.15％～0.25％，mn：0.25％～0.45％，cr：0.15％～0.25％，ti：0.05％～0.07％，zn：≤0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成。

上述鑄造坯料的具體制備方法為：將原料進行熔煉、精煉，得到液態鋁合金，取樣分析，按照上述合金元素成分組成控制液態鋁合金的成分，將液態鋁合金鑄造成鑄錠，對鑄錠進行均勻化處理。

其中，熔煉的溫度是740～760℃。

精煉的方法是：采用氬氣往熔煉形成的鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.12～0.18kg/t，爐內精煉時間≥10min；扒渣靜置40～60min；采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為4～6l/h，輸入壓力5～10bar，得到精煉溶液；采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液。精煉的溫度是710～740℃。

均勻化處理的方法為：以20～35℃/h的升溫速率，升溫至510～560℃，保溫12h以上。

s2熱擠壓工藝：將鑄造坯料進行熱擠壓，并在線進行淬火，得到擠壓材。

其中，熱擠壓的方法為：將鑄造坯料加熱至460～500℃，鑄造坯料溫度梯度為10～20℃，并對鑄造坯料進行擠壓加工，擠壓筒溫度為420～460℃，擠壓模具溫度為460～500℃，熱擠壓的出口溫度為510℃以上的溶體化溫度區域，擠壓速度為1.5～2mm/s。

淬火的方式是噴水淬火冷卻。

s3時效工藝：對擠壓材進行時效處理，獲得綜合性能優異的al-mg-si系鋁合金擠壓型材。

其中，時效處理的方法是：保溫溫度為150～200℃，保溫時間為6～10h。

通過實驗發現：合理的微觀組織是al-mg-si系鋁合金能夠取得優異綜合性能的關鍵因素之一。al-mg-si系鋁合金的強化相為mg2si，但初始的mg2si往往以粗大的漢字狀或骨骼狀形態存在，隨著mg、si含量的增加，形成的初生相mg2si就會越來越多，而mg2si相在應力集中敏感區域及界面容易形成裂紋，致使鋁合金的強度、韌性都較差。同時，由于鋁合金中含有粗大、難溶的含fe脆性相，也影響鋁合金的韌性。因此必須改變鋁合金第二相在基體中的分布形貌，使其中粗大的mg2si盡量溶解，最終形成細小彌散的強化相，并盡量減少初生含fe相的含量和減小其尺寸，才能提高al-mg-si系鋁合金的綜合性能。

本發明實施例通過優化al-mg-si系鋁合金擠壓型材的合金元素成分組成，具體是控制mg、si的加入量及mg/si，改善其韌性，降低雜質fe的含量，減少合金中難溶的含fe脆性相，提高合金室溫力學性能。本發明實施例還優化加工工藝，通過熱擠壓變形加工及熱處理，部分粗大第二相的含fe脆性相被擠壓破碎，大部分mg2si溶入基體，形成細小的強化相在基體中彌散分布，基體晶粒也明顯細化，顯著降低合金的粗晶組織，提高了塑性，增強延伸率。通過上述方法，調節al-mg-si系鋁合金的微觀組織性能，使al-mg-si系鋁合金擠壓型材的組織性能、合金塑性得到明顯改善，能夠獲得優良的彎曲性能，滿足后續彎曲成型要求，提高產品成品率；滿足零部件承受彎曲載荷的要求，提高使用過程中的安全性；提高企業效益。

以下結合實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述。

實施例1

實施例1提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材，其采用以下生產工藝制得：

按照合金元素成分組成配置原料：si：0.65％，fe：0.2％，mg：0.45％，cu：0.15％，mn：0.25％，cr：0.15％，ti：0.07％，zn：0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成。

對上述原料進行均勻化處理，具體是以30℃/h的升溫速率，升溫至530℃，保溫12h，得到鑄造坯料。

將鑄造坯料進行熱擠壓，具體是將鑄造坯料加熱至500℃，鑄造坯料溫度梯度為10℃，并對鑄造坯料進行擠壓加工，擠壓筒溫度為460℃，擠壓模具溫度為490℃，熱擠壓的出口溫度為510℃，擠壓速度為1.5mm/s，并在線進行噴水淬火冷卻，得到擠壓材。

對擠壓材進行時效處理，保溫溫度為175℃，保溫時間為8h，獲得al-mg-si系鋁合金擠壓型材。

圖1為本實施例中al-mg-si系鋁合金擠壓型材的金相組織示意圖，由圖中可以看出，該鋁合金擠壓型材組織60％以上為細小的再結晶晶粒組織，該合金中難溶的含fe相數量較少，且部分粗大的含fe相被擠壓破碎，大部分mg2si溶入基體，形成細小的強化相在基體中彌散分布，基體晶粒明顯細化。

實施例2

實施例2提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材，其采用以下生產工藝制得：

按照合金元素成分組成配置原料：si：0.75％，fe：0.25％，mg：0.55％，cu：0.2％，mn：0.35％，cr：0.2％，ti：0.07％，zn：0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成。

對上述原料進行均勻化處理，具體是以30℃/h的升溫速率，升溫至530℃，保溫12h，得到鑄造坯料。

將鑄造坯料進行熱擠壓，具體是將鑄造坯料加熱至500℃，鑄造坯料溫度梯度為10℃，并對鑄造坯料進行擠壓加工，擠壓筒溫度為460℃，擠壓模具溫度為480℃，熱擠壓的出口溫度為515℃，擠壓速度為1.8mm/s，并在線進行噴水淬火冷卻，得到擠壓材。

對擠壓材進行時效處理，保溫溫度為175℃，保溫時間為10h，獲得al-mg-si系鋁合金擠壓型材。

實施例3

實施例3提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材，其采用以下生產工藝制得：

按照合金元素成分組成配置原料：si：0.85％，fe：0.3％，mg：0.65％，cu：0.25％，mn：0.45％，cr：0.25％，ti：0.05％，zn：0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成。

對上述原料進行均勻化處理，具體是以30℃/h的升溫速率，升溫至530℃，保溫12h，得到鑄造坯料。

將鑄造坯料進行熱擠壓，具體是將鑄造坯料加熱至480℃，鑄造坯料溫度梯度為10℃，并對鑄造坯料進行擠壓加工，擠壓筒溫度為460℃，擠壓模具溫度為500℃，熱擠壓的出口溫度為510℃，擠壓速度為2mm/s，并在線進行噴水淬火冷卻，得到擠壓材。

對擠壓材進行時效處理，保溫溫度為175℃，保溫時間為8h，獲得al-mg-si系鋁合金擠壓型材。

實施例4

實施例4提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材，其采用以下生產工藝制得：

將原料進行熔煉、精煉，得到液態鋁合金，熔煉的溫度是740℃；精煉的方法是：采用氬氣往熔煉形成的鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.12kg/t，爐內精煉時間為10min；扒渣靜置60min；采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為4l/h，輸入壓力10bar，得到精煉溶液；采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液，精煉的溫度是710℃。

取樣分析，控制液態鋁合金的成分為：si：0.75％，fe：0.25％，mg：0.55％，cu：0.2％，mn：0.35％，cr：0.2％，ti：0.07％，zn：0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成，將液態鋁合金鑄造成鑄錠，對鑄錠進行均勻化處理，具體是以25℃/h的升溫速率，升溫至530℃，保溫14h，得到鑄造坯料。

將鑄造坯料進行熱擠壓，具體是將鑄造坯料加熱至480℃，鑄造坯料溫度梯度為15℃，并對鑄造坯料進行擠壓加工，擠壓筒溫度為460℃，擠壓模具溫度為500℃，熱擠壓的出口溫度為510℃，擠壓速度為2mm/s，并在線進行噴水淬火冷卻，得到擠壓材。

對擠壓材進行時效處理，保溫溫度為165℃，保溫時間為10h，獲得al-mg-si系鋁合金擠壓型材。

實施例5

實施例5提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材，其采用以下生產工藝制得：

將原料進行熔煉、精煉，得到液態鋁合金，熔煉的溫度是750℃；精煉的方法是：采用氬氣往熔煉形成的鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.15kg/t，爐內精煉時間為15min；扒渣靜置50min；采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為5l/h，輸入壓力8bar，得到精煉溶液；采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液，精煉的溫度是720℃。

取樣分析，控制液態鋁合金的成分為：si：0.85％，fe：0.3％，mg：0.65％，cu：0.25％，mn：0.45％，cr：0.25％，ti：0.05％，zn：0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成，將液態鋁合金鑄造成鑄錠，對鑄錠進行均勻化處理，具體是以30℃/h的升溫速率，升溫至530℃，保溫12h，得到鑄造坯料。

將鑄造坯料進行熱擠壓，具體是將鑄造坯料加熱至500℃，鑄造坯料溫度梯度為10℃，并對鑄造坯料進行擠壓加工，擠壓筒溫度為460℃，擠壓模具溫度為480℃，熱擠壓的出口溫度為515℃，擠壓速度為1.8mm/s，并在線進行噴水淬火冷卻，得到擠壓材。

對擠壓材進行時效處理，保溫溫度為175℃，保溫時間為10h，獲得al-mg-si系鋁合金擠壓型材。

實施例6

實施例6提供一種al-mg-si系鋁合金擠壓型材，其采用以下生產工藝制得：

將原料進行熔煉、精煉，得到液態鋁合金，熔煉的溫度是760℃；精煉的方法是：采用氬氣往熔煉形成的鋁液中吹噴精煉劑進行爐內精煉，精煉劑用量為0.18kg/t，爐內精煉時間為10min；扒渣靜置40min；采用在線除氣方式進行爐外精煉，爐外精煉時氬氣流量為4l/h，輸入壓力10bar，得到精煉溶液；采用雙級陶瓷過濾片過濾精煉熔液，精煉的溫度是740℃。

取樣分析，控制液態鋁合金的成分為：si：0.65％，fe：0.2％，mg：0.45％，cu：0.15％，mn：0.25％，cr：0.15％，ti：0.07％，zn：0.1％，余量由al和不可避免的雜質構成，將液態鋁合金鑄造成鑄錠，對鑄錠進行均勻化處理，具體是以30℃/h的升溫速率，升溫至530℃，保溫12h，得到鑄造坯料。

將鑄造坯料進行熱擠壓，具體是將鑄造坯料加熱至500℃，鑄造坯料溫度梯度為10℃，并對鑄造坯料進行擠壓加工，擠壓筒溫度為460℃，擠壓模具溫度為490℃，熱擠壓的出口溫度為510℃，擠壓速度為1.5mm/s，并在線進行噴水淬火冷卻，得到擠壓材。

對擠壓材進行時效處理，保溫溫度為175℃，保溫時間為8h，獲得al-mg-si系鋁合金擠壓型材。

產品彎曲性能測試：

按tbt3260.1-2011附錄c執行三點彎曲試驗，具體是將標本放在有一定距離的兩個支撐點上，在兩個支撐點中點上方向標本施加向下的載荷，標本的3個接觸點形成相等的兩個力矩時即發生三點彎曲，分別對實施例1-6中的al-mg-si系鋁合金擠壓型材進行彎曲性能檢測，彎曲角度為180°，三點彎曲試驗示意圖如圖2所示。

觀察實施例1-6中的al-mg-si系鋁合金擠壓型材彎曲后的試樣，發現試樣表面無可見裂紋，判定試樣彎曲性能合格，滿足相關標準要求。

綜上所述，本發明實施例的al-mg-si系鋁合金擠壓型材的生產工藝，能夠明顯改善鋁合金材料的組織性能、合金塑性；使制得的al-mg-si系鋁合金擠壓型材獲得優良的彎曲性能，滿足后續彎曲成型要求，提高產品成品率。

以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。