本发明涉及铝合金加工
技术领域：
，具体而言，涉及一种6A02合金棒材及其生产工艺。
背景技术：
：6A02合金属于Al-Mg-Si系铝合金，可进行热处理强化，具有中等强度和良好的焊接性能、耐腐蚀性，淬火和时效后具有较好的可塑性和切削加工性，主要用于电力和结构工程工业。对于直径在150mm以下(若非圆棒则指内切圆直径)的6A02合金棒材而言，按照行业内现有的6A02-T6棒材生产技术，得到的棒材的抗拉强度一般为295MPa～340MPa，布氏硬度也在95HB以下。这些抗拉强度不高、硬度偏低的棒材因存在机加工粘刀、强度不够等问题，不能满足更加苛刻的使用要求，而如此，就直接制约了6A02合金棒材的使用范围。基于此，李念奎等人在发明专利《一种6A02铝合金的热处理方法》中提出了一种6A02铝合金的固溶淬火工艺和时效热处理工艺，能够使6A02合金的布氏硬度达到120HB以上。但即使布氏硬度提高了，却仍然可能存在抗拉强度较低、易断裂等情况，综上，如何提高6A02合金的综合性能才是关键。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种6A02合金棒材的生产工艺，此生产工艺能够制得抗拉强度高、布氏硬度高的6A02合金棒材。本发明的另一目的在于提供一种6A02合金棒材，其综合性能好，适用范围广。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种6A02合金棒材的生产工艺，包括：加料熔炼步骤：将800～820℃的铝液与固体料混合，待温度降至750～770℃时加入配料，搅拌熔炼10～20min后扒渣，得到熔炼物；其中，固体料是与铝液原料的合金牌号相同的铝废料，铝液与固体料的质量比为100：15～20，配料为生产6A02合金棒材必须的其他合金元素原料；精炼步骤：将熔炼物与精炼剂混合，在730～750℃下精炼15～20min，精炼剂与熔炼物的质量比0.1～0.3：100；优化步骤：保持精炼后的熔体的温度为715～725℃，利用纯度在99.9％以上的保护气体自熔体的底部由下往上吹气除氢，然后进行熔体过滤；其中，保护气体选自氮气、惰性气体中的一种或多种，保护气体的压力为0.2～0.6MPa、流量为5～6m3/h；铸造步骤：对熔体进行铸造，铸造温度为710～720℃，铸造时所用的铸造模具的外部水冷；后处理步骤：去除铸造得到的铸锭的表面偏析层，然后进行加热挤压、淬火、人工时效处理。另外，一种6A02合金棒材，是通过上述的6A02合金棒材的生产工艺制得。相对于现有技术，本发明包括以下有益效果：本发明先利用高温铝液的热量熔化固体料，在此过程中，一方面可以达到降低铝液温度、将铝液中的气体初步除去的目的，另一方面，还可为后期铸锭的结晶过程提供晶核，增加形核能力，提高晶粒度。紧接着，根据需要生产的合金棒材，按量加入配料，之后精炼、优化，优化过程中，由于保护气体从下往上吹气，所以会在熔体中产生大量弥散的细小起泡，而这些细小起泡就能够带出、从而除去熔体中含有的含氢气体以及氧化夹杂物。而继续进行的铸造操作，由于采用外部水冷的冷凝铸造技术，所以铸造效果好，得到的铸锭的质量高，而为了消除组织缺陷，又去除了铸锭的表面偏析层，通过后续操作，得到综合性能好，质量高的6A02合金棒材。利用本发明提供的生产工艺制得的6A02合金棒材能达到以下指标：抗拉强度≥340MPa，断后伸长率≥8％，布氏硬度≥95HB。合金棒材强度得到显著提升，远高于国标要求，通过本发明提供的工艺，能够批量稳定生产高强度的6A02合金棒材，实用性高，适合大范围推广。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例的6A02合金棒材及其生产工艺进行具体说明。6A02合金棒材的生产工艺包括步骤S1，加料熔炼：将800～820℃的铝液与固体料混合，待温度降至750～770℃时加入配料，搅拌熔炼10～20min后扒渣，得到熔炼物；其中，固体料是与铝液原料的合金牌号相同的铝废料，铝液与固体料的质量比为100：15～20，配料为生产6A02合金棒材必须的其他合金元素原料。在实际操作中，铝液可以是电解得到的铝液，根据电解铝液的预分析结果选择合适的铝电解槽进行出铝，然后将电解铝液从电解槽抽至真空抬包中运至铸造车间倒入熔炼炉内，再加入固体料。如此，生产流程一条线，因为电解而可以将得到的铝液转运后投入生产应用，与固体料混合，而无需再将铝液凝固、转移、再熔化，简化了生产工艺，降低了生产能耗。固体料只要是与铝液原料的合金牌号相同的铝废料均可，而铝废料可以选自重熔用铝锭、铸锭锯切头尾料、热轧厚板切头尾料中的一种或多种。待铝液与固体料的混合物降温至750～770℃(优选767～770℃)时，根据要生产制造的合金棒材来进行配料，加入熔炼炉中。配料选自铝合金元素添加剂(如Cu元素添加剂、Mn元素添加剂等)、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Si中间合金、Mg锭中的一种或多种。加入配料后，充分搅拌熔炼，然后扒渣，取样做快速分析，若成分符合所配制铝合金的成分要求，即将扒渣后得到熔炼物转入静置炉中，进行后续精炼处理。在步骤S1中，通过降温、搅拌扒渣等处理，可使熔炼物中的氢含量降低。在此需要说明的是，本领域的技术人员公知，由于生产的合金棒材的不同，配料的具体成分以及用量会存在差异，所以在此并不做限定。另外，扒渣为本领域的常见操作，即为去除液体表面浮渣，所以在此不再赘述。6A02合金棒材的生产工艺还包括步骤S2，精炼：将熔炼物与精炼剂混合，在730～750℃下精炼15～20min，精炼剂与熔炼物的质量比0.1～0.3：100。在精炼步骤中，将熔炼物与精炼剂混合精炼的方法为喷粉精炼法，具体操作为：可以将需要精炼的熔炼物倒入静置炉中，然后将粉状的精炼剂装入喷粉罐，将“T”型精炼器和喷粉罐连接牢固，插入静置炉的熔炼物中，打开气体瓶气阀，操作“T”型精炼器在静置炉中来回移动。其中，气体瓶中装的是纯度在99.9％以上(优选在99.99％以上)的保护气体，选自氮气、惰性气体中的一种或多种，气体瓶中的压力为0.2～0.6MPa，喷出气体的流量为5～6m3/h。利用喷粉精炼法来进行精炼，效果非常好。这是因为掺杂着粉状精炼剂的气泡进入熔炼物后，粉状精炼剂熔化，以液体熔剂膜的形式包裹在气泡表面，将气泡表面的氧化膜溶解、吸附，使其瓦解。这时氢从熔炼物中经熔剂膜进入气泡中的速度要比经氧化膜进入气泡中的速度快得多，同时也防止了熔炼物与保护气体中水分的直接接触。另一方面，由于熔剂膜提高了气泡表面的活性，加强了吸附除渣的能力，所以也使得除渣效果显著提高，氧化夹杂量显著降低。测量数据表明，通过本发明的炉内精炼处理，可使熔炼物中的氢含量降到0.3mL/100gAl～0.4mL/100gAl。而由于上述精炼过程中通入了保护气体，经过上述处理后，要满足浇铸的需求，还可以进行改进，即在利用喷粉精炼法将熔炼物与精炼剂混合精炼之后，精炼步骤还包括：在混合精炼后的熔体表面撒施覆盖剂，静置10～15min，覆盖剂与熔体的质量比为0.2～0.4：100。本发明中，覆盖剂优选主要成分为KCl、MgCl2和CaF2的覆盖剂。由于前面操作中，熔炼物中通入了气体，气体带出了废渣，在精炼完后，这些废渣浮动于得到的熔体的表面，而往熔体表面撒施覆盖剂，就能够使表面浮动的废渣沉降到静置炉底部，后期需要把熔体倒出进行处理或者浇铸时，废渣就被留在了静置炉底部，如此，就去除了废渣。由于精炼剂为本领域技术人员公知并且常用的产品，其选择又不做限制，所以在此不再一一举例，本发明中，优选烟台兴铝金属材料有限公司生产的精炼剂。6A02合金棒材的生产工艺还包括步骤S3，优化：保持精炼后的熔体的温度为715～725℃，利用纯度在99.9％以上(优选在99.99％以上)的保护气体自熔体的底部由下往上吹气来除氢，然后进行熔体过滤；其中，保护气体选自氮气、惰性气体中的一种或多种，保护气体的压力为0.2～0.6MPa、流量为5～6m3/h。在利用保护气体由下往上吹气时，可以利用高速旋转的石墨转子喷嘴从熔体底部吹入保护气体，如此，可以在熔体表面不发生翻滚的情况下产生大量弥散、高速的细小气泡。由于旋转喷嘴的强烈搅拌作用，强化了气泡在整个熔池内的扩散，从而有效的增大了气体和液体接触界面，促进了气液接触界面的更新，显著改善了浮游法净化熔体的动力学条件。同时，由于细小气泡在熔体中的上升速度缓慢，在离心力和上浮力的联合作用下，气泡在熔池中沿螺旋状路径上升，延长了气液接触作用的时间，从而更有效的除去熔体中的氢，在除气同时，在浮选原理的作用下，氧化夹杂物也得到一定程度的除去。测量数据表明，采用本发明提供的方法优化除氢后，熔体中的氢含量降到0.17mL/100gAl～0.21mL/100gAl，净化效率为46～51％。而在优化步骤中，进行熔体过滤具体为：将35～45ppi的泡沫陶瓷板加热至600～750℃，然后过滤熔体。熔体过滤的方法有多种，优选利用泡沫陶瓷板(泡沫陶瓷过滤板)过滤，利用加热后的泡沫陶瓷板对熔体进行过滤，既能够避免泡沫陶瓷板的堵塞，又达到了有效去除熔体夹杂物的目的。此外，根据渣气伴生的原理，在除去夹杂物的同时，熔体中的氢也会进一步下降，本发明中，采用泡沫陶瓷过滤板过滤后，熔体中的氢含量能够降至0.12mL/100gAl～0.14mL/100gAl。其中，ppi是指每英寸多孔泡沫陶瓷板上网孔的个数。在合金成分允许的情况下，在优化步骤中，进行熔体过滤之后，还可以还包括：往熔体中加入变质剂，熔体与变质剂的质量比为100：0.01～0.03。加入变质剂能够改善结晶过程，优选利用Al-Ti-B作为变质剂。6A02合金棒材的生产工艺还包括步骤S4，铸造：对熔体进行铸造，铸造温度为710～720℃，铸造时所用的铸造模具的外部水冷。铸造时优选采用wagstaff铸造技术，冷凝铸造铸锭。在不影响表面质量情况下，整个铸造过程应尽量保持低温、低液面和低速度。在铸造过程中，还应根据铸锭的表面质量和不同的铸造阶段，对铸造速度和冷却强度(水量、水压)等适时做出适当调整。6A02合金棒材的生产工艺还包括步骤S5，后处理：去除铸造得到的铸锭的表面偏析层，然后进行加热挤压、淬火、人工时效处理。后处理步骤具体包括：去除铸造得到的铸锭的表面偏析层(铸锭表面偏析层的单边去除量应保持在3mm以下)，然后将铸锭切割为短棒，加热至450～470℃后进行正向挤压，正向挤压的速度为1～3m/min，再将短棒进行淬火、拉伸，在150～160℃下保温7～9h，空冷后进行检测。铸锭表面质量要求高，去除铸造得到的铸锭的表面偏析层，能够消除组织缺陷。铸锭的表面粗糙度优选在Ra12.5以下，同时需保证铸锭外表面的清洁。铸锭经低倍检验合格后，可以切成Φ410×700mm-1500mm的短棒。然后采用工频感应炉加热短棒，控制温度梯度为5～10℃/100mm。可以利用55MN挤压机上进行挤压，挤压工艺参数见表一，挤压模具工作带宽度控制在5mm～10mm，生产出制品。制品从模孔流出后，控制制品出口温度金属温度不低于460℃时，牵引拉伸，牵引速度与制品挤压速度同步，弱风冷。表一挤压工艺参数挤压完毕，淬火时可以将棒材坯料置于空气炉中进行，淬火温度为510～530℃，保温时间为180～220min。后处理步骤中，在淬火之后，在人工时效处理之前，还包括拉伸。拉伸能够矫直产品，消除挤压及淬火过程中所产生的残余应力。在拉伸矫直前后应进行尺寸测量，以满足材料的尺寸公差要求。为了提高材料的力学性能，材料须在人工时效炉进行人工时效，其温度为150～160℃，保温7.5～8.5h，出炉空冷。材料经采用上述方法处理后，再取样进行显微组织、硬度、性能检测，得到6A02合金棒材。本发明还提供了6A02合金棒材，是通过上述的6A02合金棒材的生产工艺制得。按重量百分数计，成分包括：Si0.9～1.10％、Fe0.20～0.40％、Cu0.40～0.55％、Mn0.20～0.30％、Mg0.60～0.80％、Zn≤0.20％、Ti≤0.15％、其余杂质≤0.15％(其中，单个杂质≤0.05％)以及Al余量。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：实施例一本实施例要制备的6A02合金棒材，按重量百分数计，成分包括：Si1.0％、Fe0.4％、Cu0.5％、Mn0.3％、Mg0.75％、Zn0.2％、Ti0.15％、其余杂质0.15％以及Al余量。其生产工艺包括以下步骤：步骤S1：根据要制备的6A02合金棒材进行配比计算，将820℃的铝液与重熔用铝锭混合，待二者的混合物的温度降至770℃时加入计算好的Cu元素添加剂、Mn元素添加剂、Si元素添加剂、Mg元素添加剂，搅拌熔炼20min后扒渣，得到熔炼物；其中，铝液与重熔用铝锭的质量比为100：20；步骤S2：将熔炼物与精炼剂(烟台兴铝金属材料有限公司生产)混合，在750℃下精炼20min，精炼剂与熔炼物的质量比0.3：100；步骤S3：保持精炼后的熔体的温度为725℃，利用纯度为99.9％的氮气自熔体的底部由下往上吹气，然后将45ppi的泡沫陶瓷板加热至750℃，过滤熔体；其中，氮气的压力为0.6MPa、流量为6m3/h；步骤S4：利用wagstaff铸造技术对熔体进行铸造，铸造温度为720℃，铸造时所用的铸造模具的外部水冷；步骤S5：去除铸造得到的铸锭的表面偏析层并且表面偏析层的单边去除量保持为3mm，接着将铸锭切割为Φ410×1500mm的短棒，加热至470℃后进行正向挤压，正向挤压的速度为3m/min，然后将短棒置于530℃进行淬火，保温220min，再拉伸，在160℃下保温9h实现人工时效，空冷后进行检测。本实施例制得的6A02合金棒材符合成分和性能要求，其抗拉强度为340MPa，断后伸长率为9％，布氏硬度为95HB。实施例二本实施例要制备的6A02合金棒材，按重量百分数计，成分包括：Si0.9％、Fe0.20％、Cu0.40％、Mn0.20％、Mg0.60％、Zn0.05％、Ti0.1％、其余杂质0.05％以及Al余量。其生产工艺包括以下步骤：步骤S1：根据要制备的6A02合金棒材进行配比计算，将800℃的铝液与铸锭锯切头尾料混合，待二者的混合物的温度降至750℃时加入计算好的Cu元素添加剂、Mn元素添加剂、Al-Fe中间合金、Mg锭，搅拌熔炼10min后扒渣，得到熔炼物；其中，铝液与固体料的质量比为100：15；步骤S2：将需要精炼的熔炼物倒入静置炉中，然后将粉状的精炼剂(烟台兴铝金属材料有限公司生产)装入喷粉罐，将“T”型精炼器和喷粉罐连接牢固，插入静置炉的熔炼物中，打开气体瓶气阀，操作“T”型精炼器在静置炉中来回移动，保证是在730℃下精炼15min；其中，精炼剂与熔炼物的质量比0.1：100，气体瓶中装的是纯度为99.99％的氩气，气体瓶中的压力为0.2MPa，喷出气体的流量为5m3/h；在上述操作后，往熔体表面撒施覆盖剂，静置10min，覆盖剂(主要成分包括KCl、MgCl2和CaF2)与熔体的质量比为0.4：100；步骤S3：保持精炼后的熔体的温度为715℃，利用纯度为99.99％的氦气自熔体的底部由下往上吹气，然后将35ppi的泡沫陶瓷板加热至600℃，过滤熔体，再往熔体中加入Al-Ti-B丝；其中，氦气的压力为0.2MPa、流量为5m3/h，熔体与Al-Ti-B丝的质量比为100：0.01；步骤S4：利用wagstaff铸造技术对熔体进行铸造，铸造温度为710℃，铸造时所用的铸造模具的外部水冷；步骤S5：去除铸造得到的铸锭的表面偏析层并且铸锭表面偏析层的单边去除量为0.5mm，接着将铸锭切割为Φ410×700mm的短棒，加热至450℃后进行正向挤压，正向挤压的速度为1m/min，然后将短棒在510℃保温180min实现淬火，再拉伸，在160℃下保温7.5h，完成人工时效，空冷后进行检测。本实施例制得的6A02合金棒材符合成分和性能要求，其抗拉强度为365MPa，断后伸长率为11％，布氏硬度为99HB。实施例三本实施例要制备6A02-T6合金棒材，按重量百分数计，成分包括：Si1.0％、Fe0.3％、Cu0.45％、Mn0.25％、Mg0.7％、Zn0.1％、Ti0.05％、其余杂质0.05％以及Al余量。其生产工艺包括以下步骤：步骤S1：根据要制备的6A02合金棒材进行配比计算，根据电解铝液的预分析结果选择合适的铝电解槽进行出铝，将电解铝液从电解槽抽至真空抬包中运至铸造车间倒入熔炼炉内，利用810℃的电解铝液的高温热量熔化加入的重熔用铝锭，待熔炼炉内物质温度降至760℃时加入计算所需的Cu元素添加剂、Mn元素添加剂、Al-Fe中间合金、Mg锭，搅拌熔炼15min后扒渣，得到熔炼物；其中，铝液与重熔用铝锭的质量比为100：17；从熔炼物中取样做快速分析，成分符合所配铝合金的成分要求，所以将熔炼物转入静置炉中；步骤S2：将粉状的精炼剂(烟台兴铝金属材料有限公司生产)按照2kg/t的用量装入喷粉罐，将“T”型精炼器和喷粉罐连接牢固，插入静置炉的熔炼物中，打开气体瓶气阀，操作“T”型精炼器在静置炉中来回移动，保证是在740℃的条件下精炼18min；其中，气体瓶中装的是纯度为99.99％的氮气，气体瓶中的压力为0.4MPa，喷出气体的流量为5.5m3/h；经以上操作之后，往熔体表面撒施覆盖剂，静置13min，覆盖剂(主要成分包括KCl、MgCl2和CaF2)与熔体的质量比为0.3：100；步骤S3：保持精炼后的熔体的温度为720℃，利用纯度为99.99％的氮气自熔体的底部由下往上吹气，然后将40ppi的泡沫陶瓷板加热至650℃，过滤熔体，再往熔体中加入Al-Ti-B丝；其中，氮气的压力为0.4MPa、流量为5.5m3/h，熔体与Al-Ti-B丝的质量比为100：0.02；步骤S4：采用wagstaff铸造技术对熔体进行铸造，铸造温度为715℃，铸造时所用的铸造模具的外部水冷；步骤S5：去除铸造得到的铸锭的表面偏析层并且铸锭表面偏析层的单边去除量为2mm，保证铸锭的表面粗糙度为Ra12.5，同时保证其外表面洁净，接着将铸锭切割为Φ410×1000mm的短棒；利用感应炉将短棒加热至460℃，在55MN正向挤压机上进行挤压，正向挤压的速度为2m/min，制品从模孔流出后，控制制品出口温度金属温度为460℃时，牵引拉伸，牵引速度与制品挤压速度同步，弱风冷；然后将短棒空气炉内进行淬火，淬火加热温度520℃，保温时间200min，随后再进行1.5％的拉伸矫直；再在155℃下保温8h，空冷后取样检测。本实施例进行了重复试验，按照上述操作步骤制备两次，两次制得的6A02-T6合金棒材均符合成分和性能要求，其力学性能结果参加表二：表二力学性能试样号σbMPaδ％HB0013851511700238312117由上表可知，通过采用优化成分，结合挤压及热处理技术，解决了6A02合金力学性能问题，制定合理的工艺方案。掌握了高强铝棒生产的关键技术，获得了性能、组织、尺寸、表面均达到国外同类产品先进水平的材料。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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