馬彪，劉金輝，譚日純

(廣東興發(fā)鋁業(yè)(河南)有限公司，河南 焦作 454000)

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6082鋁合金型材生產(chǎn)工藝研究

馬彪，劉金輝，譚日純

(廣東興發(fā)鋁業(yè)(河南)有限公司，河南 焦作 454000)

結(jié)合6082鋁合金型材的生產(chǎn)實(shí)踐，從合金成分設(shè)計(jì)、鋁棒均勻化、擠壓工藝和淬火方式等方面進(jìn)行了分析研究，從而優(yōu)化了6082鋁型材的熔鑄工藝和擠壓工藝，使產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度σb≥320MPa，延伸率δ≥10%，達(dá)到了較高的綜合性能要求。

6082鋁合金；鋁型材；工藝；顯微組織；力學(xué)性能

6082合金屬于Al-Mg-Si系熱處理可強(qiáng)化鋁合金，具有中等強(qiáng)度、良好的焊接性能和耐腐蝕性，主要用于交通運(yùn)輸和結(jié)構(gòu)工程工業(yè)，如橋梁、起重機(jī)、屋頂構(gòu)架和冷藏集裝箱等。 近年來，隨著國內(nèi)外冷藏集裝箱的迅速發(fā)展，減輕箱體自重，尋求代替鋼鐵部件的鋁合金材料，已成為鋁加工業(yè)和冷藏箱業(yè)的重要課題。6082鋁合金重量輕，是制造冷藏集裝箱部件的理想材料。本文對6082鋁合金應(yīng)用于擠壓生產(chǎn)進(jìn)行試驗(yàn)研究，以確定合理的熔鑄、擠壓工藝制度。

1 熔鑄工藝

1.1 成分控制

6082鋁合金型材的力學(xué)性能要求很高，其抗拉強(qiáng)度σb≥320MPa。Mg2Si含量從0.5%增加至1.0%時，合金的抗拉強(qiáng)度可提高一倍，繼續(xù)提高M(jìn)g2Si含量可使抗拉強(qiáng)度進(jìn)一步提高，但是合金的淬火敏感性和擠壓變形抗力也隨之增加，故Mg2Si含量宜控制在1.3%～1.5%。另過剩Si對合金的強(qiáng)度提高有很大幫助，但同時也會增加脆性，降低合金的擠壓塑性，一般過剩Si含量控制在0.2%～0.4%為宜。6082合金還需添加一定量的Mn元素，以提高合金的再結(jié)晶溫度，阻礙擠壓時發(fā)生再結(jié)晶或再結(jié)晶晶粒長大，細(xì)化晶粒。但Mn含量過高會增加合金的淬火敏感性，同時會形成粗大的含Mn第二相，降低其對再結(jié)晶過程的抑制作用，還會影響到合金鑄造性能，隨著Mn含量增加其粘度增大，流動性下降，因此Mn含量應(yīng)控制在0.4%～0.6%的范圍內(nèi)。6082鋁合金的實(shí)際成分控制范圍見表1。

表1 6082鋁合金化學(xué)成分(wt.%)

1.2 鑄造工藝

由于 6082合金的特點(diǎn)是含難熔金屬M(fèi)n，Mn的存在易引起晶內(nèi)偏析及固液區(qū)塑性降低，導(dǎo)致抗裂能力不足，故熔鑄工藝主要注意兩點(diǎn)：第一，選擇合適鑄造溫度，溫度過高會使液穴加深，溫度梯度加大，導(dǎo)致鑄造應(yīng)力增加，產(chǎn)生鑄造裂紋；溫度過低將降低金屬流動性，易產(chǎn)生冷隔、夾渣、不易于氣體逸出，因此熔煉溫度應(yīng)控制在730～750℃內(nèi)，且攪拌均勻保證金屬完全熔化、成分均勻；第二，控制鑄造速度，鑄造速度較高，會使液穴加深，延伸到結(jié)晶槽之外，易形成中心裂紋，同時鑄造凝殼層變薄，偏析瘤加大；鑄造速度較低，同液穴在結(jié)晶槽之內(nèi)，易產(chǎn)生表面裂紋及冷隔等缺陷；鑄造速度也要適當(dāng)降低，控制在80～100mm/min內(nèi)。

2 均勻化工藝

2.1 鑄態(tài)組織

圖1所示為合金鑄態(tài)金相顯微組織，由圖1可知合金的鑄態(tài)組織主要由樹枝狀α(Al)固溶體、骨骼狀非平衡共晶相β(AlMnFeSi)和晶界組成。樹枝狀晶晶內(nèi)偏析嚴(yán)重，成分不均勻，晶界處的骨骼狀非平衡共晶對合金的塑性有不利影響，鑄態(tài)合金必須進(jìn)行均勻化處理才有良好的擠壓性能。

2.2 均勻化

均勻化保溫后的冷卻速度對型材的最終力學(xué)性能有重要影響，如圖2所示，隨著冷卻速度提高，型材力學(xué)性能逐漸升高。當(dāng)冷卻速度低于100℃/h時，抗拉強(qiáng)度只有180MPa，遠(yuǎn)低于工業(yè)型材的要求；當(dāng)冷卻速度為200℃/h時，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到300MPa，基本滿足工業(yè)型材的要求，冷卻速度繼續(xù)提高，抗拉強(qiáng)度還有一定幅度的提高。

圖2 均勻化后冷卻速度對型材力學(xué)性能的影響Fig.2 Effect of cooling rate on mechanical properties of extrusion profiles after homogenization

6082合金通過均勻化處理，鑄造時快速凝固產(chǎn)生的晶內(nèi)偏析減少或消除，共晶態(tài)Mg2Si完全固溶到α(Al)中，快速冷卻后析出相Mg2Si以細(xì)小顆粒狀高度彌散分布于基體中，片狀非平衡共晶β(AlMnFeSi)轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀的α(AlMnFeSi)(圖3、b))。當(dāng)冷卻速度≤100℃/h時，隨著鑄棒溫度的降低，高溫均勻化時固溶于α(Al)基體中的Mg2Si有足夠的時間析出并粗化長大(圖3、a))；當(dāng)冷卻速度≥200℃/h時，由于冷卻速度快、時間短，Mg2Si沒有充足的時間析出長大，而是呈細(xì)小顆粒狀彌散分布于基體中，如圖3、b)所示。

a) 均勻化后慢速冷卻(≤100℃/h) b) 均勻化后快速冷卻(≥200℃/h)圖3 均勻化后冷卻速度對鑄棒顯微組織的影響(500 X)Fig.3 Effect of cooling rate on microstructure of cast rods after homogenization (500 X)

均勻化后，冷卻速度不僅對鑄錠的組織產(chǎn)生影響，也對擠壓在線熱處理后型材的組織產(chǎn)生重要影響。鑄棒經(jīng)過擠壓在線熱處理時，由于擠壓變形熱的作用，合金溫度可以上升至強(qiáng)化相的固溶溫度，但由于持續(xù)時間很短(一般只有幾十秒)，鑄棒緩慢冷卻產(chǎn)生的粗大析出相來不及充分固溶，型材冷卻后固溶體的過飽和度不足，甚至還有粗大析出相在基體中分布(圖4、a))，嚴(yán)重消弱了時效處理后型材的力學(xué)性能；而鑄棒快速冷卻產(chǎn)生的細(xì)小顆粒狀彌散分布的Mg2Si則可以快速充分固溶，型材冷卻后得到過飽和固溶體(圖4、b))，對強(qiáng)化合金起到主要作用。

a) 均勻化后慢速冷卻(≤100℃/h) b) 均勻化后快速冷卻(≥200℃/h)圖4 均勻化后冷卻速度對擠壓型材顯微組織的影響(500 X)Fig.4 Effect of cooling rate on microstructure of extrusion profiles after homogenization (500 X)

經(jīng)過這些變化，6082合金擠壓性能得到很大改善，晶內(nèi)偏析消失降低了擠壓時金屬流動的不均勻性，提高了擠壓型材的表面光潔度；組織中片狀粗大Al-Fe-Si相的轉(zhuǎn)變和細(xì)化減輕了型材表面裂紋傾向，改善了合金的可擠壓性，提高了擠壓速度。

為保證擠壓型材有足夠高的力學(xué)性能，合理的均勻化工藝為：2.5h升溫至580℃，保溫1h，然后降溫至570℃，保溫8h，均勻化后冷卻速度≥200℃/h。

3 擠壓工藝

3.1 鋁棒溫度

6082合金變形抗力大，強(qiáng)化相Mg2Si的含量較高，鋁棒溫度要求盡量高一些，但是溫度過高則型材側(cè)邊出現(xiàn)裂紋的傾向增加，不利于提高擠壓速度，生產(chǎn)效率較低。所以鋁棒溫度一般控制在470～500℃為宜。

3.2 擠壓速度

6082合金中Si含量較高，除與Mg元素以1∶1.73的比例形成強(qiáng)化相Mg2Si以外，還含有大概0.3%的過剩Si，導(dǎo)致合金的脆性明顯增加。擠壓速度提高以后，很容易在型材的側(cè)邊出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，所以擠壓速度一般選擇在10～15m/min，寬展擠壓取下限。

3.3 淬火工藝

6082合金強(qiáng)化相Mg2Si的含量較高(一般在1.3%～1.5%)，要使其完全固溶，須保證型材出口溫度(淬火溫度)在固溶度曲線以上，否則由于固溶不充分，降低冷卻后的過飽和度，進(jìn)而影響時效后的力學(xué)性能。圖5反應(yīng)了出口溫度對力學(xué)性能的影響，可以看出，隨著出口溫度的升高，合金的力學(xué)性能逐漸提高，當(dāng)出口溫度達(dá)到550℃時，抗拉強(qiáng)度達(dá)到峰值345MPa，而當(dāng)出口溫度低于500℃時，抗拉強(qiáng)度只有275MPa。為得到較高的力學(xué)性能，型材出口溫度應(yīng)大于530℃。

圖5 型材出口溫度對力學(xué)性能的影響Fig.5 Effect of profile temperature at the exit on mechanical properties

由于合金中含有Mn元素，促進(jìn)晶內(nèi)金屬間化合物形成，對淬火性能有不利影響，導(dǎo)致6082合金淬火敏感性增加，要求淬火冷卻強(qiáng)度大且冷卻速度快。本試驗(yàn)中所提到的6082鋁合金工業(yè)型材，由于對表面質(zhì)量有特殊的要求，不能使用水淬進(jìn)行冷卻，而是采用強(qiáng)風(fēng)淬進(jìn)行冷卻，這就在一定程度上限制了冷卻速度。淬火冷卻速度越高，強(qiáng)化相Mg2Si越來不及析出，固溶體的過飽和度也就越高，對時效后型材的力學(xué)性能越有利。圖6反應(yīng)了冷卻速度對力學(xué)性能的影響，可以看出，隨著冷卻速度的升高，合金的力學(xué)性能逐漸提高，當(dāng)冷卻速度達(dá)到300℃/min時，抗拉強(qiáng)度達(dá)到峰值343MPa，而當(dāng)冷卻速度低于200℃/min時，抗拉強(qiáng)度只有266MPa。為得到較高的力學(xué)性能，型材冷卻速度應(yīng)大于300℃/min。

圖6 淬火冷卻速度對力學(xué)性能的影響Fig.6 Effect of quench cooling rate on mechanical properties

4 時效工藝

合金經(jīng)過擠壓在線熱處理后，只是得到溶質(zhì)為Mg2Si的過飽和固溶體，此時的力學(xué)性能遠(yuǎn)不達(dá)標(biāo)，必須進(jìn)行時效處理，使過飽和固溶體分解，在基體中沉淀析出細(xì)小彌散分布的強(qiáng)化相，以顯著提高合金的力學(xué)性能。

合理的時效工藝既要保證產(chǎn)品性能，又要考慮生產(chǎn)效率及生產(chǎn)成本，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)證明,時效溫度175～185℃，保溫時間6～7h，為6082型材最佳時效工藝，時效后抗拉強(qiáng)度σb≥320MPa，延伸率δ≥10%。

5 結(jié)論

根據(jù)6082合金鋁型材的特點(diǎn)和性能要求，本試驗(yàn)工藝比較合理。熔鑄工藝中，Mg2Si含量控制在1.3%～1.5%，過剩Si含量控制在0.2%～0.4%；鑄棒均勻化處理，冷卻速度≥200℃/h；擠壓工藝中，型材出口溫度保證在530℃以上，淬火冷卻速度≥300℃/min，這些工藝參數(shù)都是保證產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。按本工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品，抗拉強(qiáng)度σb≥320MPa，延伸率δ≥10%，滿足了用戶的需求。

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Study of Production Processes of 6082 Aluminum Alloy Profile

MA Biao, LIU Jinhui, TAN Richun

(Guangdong Xingfa (Henan) Aluminum Co., Ltd., Jiaozuo 454000, China)

Combined with the actual production, the paper analyzed alloy composition design, aluminum rod homogenization, extrusion process and quenching method of 6082 aluminum alloy profile; it pointed out the products can meet higher requirements on comprehensive properties with tensile strength σ b≥ 320MPa and elongation δ≥ 10% by optimizing casting and extrusion processes.

6082 aluminum alloy; aluminum profile; process; microstructure; mechanical properties

2014-10-15

馬 彪(1987-)，男，碩士，工程師，主要從事鋁合金加工技術(shù)及數(shù)值模擬研究。

TG379

A

1671-6795(2015)02-0039-04