本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种6000系铝合金大变形挤压棒材连续生产工艺。
背景技术：
铝合金因其密度低、比强度和比刚度高、耐腐蚀、易成形、导电性和导热性良好、可进行表面处理、易回收等优点，被认为是21世纪绿色工程材料，在建筑型材、交通运输、3c产品等领域的应用越来越广泛。其中6000系铝合金属于al-mg-si系合金，为可热处理强化的中高强度铝合金，具有一系列的优异综合性能：良好的成形性、耐蚀性和阳极氧化着色性能，在汽车、航天、建筑装饰等领域逐渐替代了钢铁等金属材料。
通过铸造直接获得的铝合金内部疏松、气孔等缺陷种类和数量均较多，热变形工艺显著改善材料的显微组织，细化晶粒，显著提高性能。铝合金变形技术种类繁多，其中铝挤压材(棒、管、型材)一直是仅次于铝轧制材(带、板、条材)的铝合金应用型材料，铝合金挤压棒材的制备可通过调整挤压工艺，模具设计及后续热处理调整来改进传统工艺中利用率低，力学性能欠佳的问题，然而，这并没有从根本上解决当前铝合金棒材生产工艺所出现的问题。比如，传统的6000系铝合金挤压棒材经过熔铸—均匀化—挤压成形—固溶时效工序，其中，最新开发的挤压铝合金中，6182铝合金t6状态下抗拉强度340mpa、延伸率14％，6013铝合金t6状态下抗拉强度359mpa、延伸率12％，6061铝合金t6状态下抗拉强度347mpa、延伸率12％，而目前工艺面临如下问题：(1)在生产过程中由于模具内腔形状约束和摩擦力作用使金属表面再结晶温度降低而出现粗大的晶粒组织，即粗晶环；(2)挤压变形不充分造成晶粒粗大影响机械综合性能；(3)常规的热处理工艺导致提升的强度有限；(4)淬火后棒材残余应力无法消除造成的铝材变形；(5)整个工艺流程设备结构分散，成品周期长，生产效率低。因此，通过采用大变形量的挤压工艺，实施新型的热处理工艺，提高产品质量同时缩短生产周期是生产铝合金棒材的必然发展趋势。
技术实现要素：
本发明针对现有铝合金棒材强度低和生产工艺复杂、生产效率低的关键技术问题，开发出一种6000系铝合金大变形挤压棒材连续生产工艺方法，其步骤为：将铝合金依次进行熔铸、均匀化、铣面、热挤压、固溶、等通道转角挤压和预拉伸，在挤压过程中加热保温进行动态时效热处理然后直接进行预拉伸工艺，挤压、热处理和预拉伸工艺实现一体化与连续化，实现真正意义上的高性能、低成本、短流程，解决镁合金成形效率低的问题；其具体过程为：
1)熔铸：所使用的6000系铝合金的化学组成成分(质量％)为mg：0.50～2.10％，si：0.40～1.50％，mn：0.03～0.85％，cu：0.01～2.00％，zr：0.01～0.75％，cr：0.01～0.60％，ti：0.01～0.80％，zn：0.01～1.20％，其余为al和其他不可避免的杂质；其具体过程为：
①坩埚放置中频炉内加热至700℃，加入预加热处理的al、cu、zn、al-si、al-mn、al-cr、al-zr、al-ti合金；
②将坩埚升至740℃，将预加热的mg合金加至熔融状态的铝合金熔液内，直到mg合金在熔液内完全熔化，搅拌均匀；
③将坩埚降至720℃，保温20min，并用预处理过的六氯乙烷除气，再除渣，浇注到有冷却装置的圆柱体(直径为100mm)铜金属模具中；
2)均匀化铣面：均匀化温度525～570℃，保温时间6～10h，锯切成长度100mm圆柱体并铣面去氧化皮；
3)热挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具1腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为420～480℃，挤压速度1～10mm/s；
4)固溶处理：固溶温度530～560℃，保温20～60min，转移到25℃水中，转移时间要求小于5s；
5)等通道转角挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具2腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为25～200℃，挤压速度1～10mm/s；
6)预拉伸：将挤出的棒材直接进行预拉伸，拉伸速度：0.2～0.7mm/s，形变量：1～5％，最终形成一定尺寸的铝合金棒材制品。
上述的挤压模具分为两种，第一种模具的内腔为两个圆柱体和中间过渡组成，上圆柱体直径100mm，下圆柱体直径25mm，过渡段长为600mm；第二种模具为等直径圆柱通道，直径为25mm，其中通道中有三个90°的转角，外接弧角为21.9°，转角的方向互不相同。
本发明的机理及优点简述如下：
1、等通道转角挤压又称ecap技术，是利用两个相交的等截面通道组成的挤压模具，在交截面处(剪切平面)产生近似于纯剪切变形的方式来实现棒材大塑性变形的工艺。棒材在剪切力的作用下，通过塑性变形使得晶粒位错增加，形成小角度晶界，而粗大的晶粒也通过位错被分割成数个相近位相差的亚晶，随着变形量的增大，一部分亚晶被破坏形成具有大角度界面的等轴晶组织，最后，亚晶带消失，随着剪切变形量的增加，晶粒位向差继续增大，大角度晶界形成，形成更小的微米级晶粒，根据细晶强化理论，棒材组织的晶粒越细小，晶界密度越高，对位错的阻碍作用越明显，其强韧性也就越高；此外，在动态时效过程中，大量位错群周围β″析出相的尺寸和分布及其与位错的交互作用对增强材料的强度和韧性起到了重要的作用。
2、上述的热挤压—固溶—等通道转角挤压—预拉伸工艺流程在一套设备上进行，其中一定温度下的等通道转角挤压与传统热处理工艺铝棒材挤压后再经固溶时效相比缩短了约8倍的周期，综合机械性能提高了20％以上。此外，预拉伸可以将铝合金棒材残余应力减少80％以上，直接可以应用到各领域，明显提高了生产效益和产品质量。
3、本发明设计的一种6000系铝合金大变形挤压棒材综合性能优越。抗拉强度：400～510mpa，屈服强度：330～470mpa，延伸率：12～21％，硬度：175～220hv，残余应力l-t：3～-15mpa，t-l：4～-25mpa，而普通的6000系合金经过t6热处理后板材的性能：抗拉强度：280～380mpa，屈服强度：220～350mpa，延伸率：5～17％，硬度120～150hv。
附图说明
图1为本发明实施例1中的经预拉伸矫直的铝合金棒材产品照片图。
图2为传统的铝合金棒材产品的金相组织显微照片图。
图3为本发明实施例1中的铝合金棒材产品的金相组织显微照片图。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
实施例1
1)熔铸：所使用的6000系铝合金的化学组成成分(质量％)为mg：0.70％，si：0.60％，mn：0.03％，cu：0.15％，zr：0.15％，cr：0.01％，ti：0.01％，zn：0.03％，其余为al和其他不可避免的杂质。
①坩埚放置中频炉内加热至700℃，加入预加热处理的al、zn、cu、al-si、al-mn、al-cr、al-zr、al-ti合金；
②将坩埚升至740℃，将预加热的mg合金加至熔融状态的铝合金熔液内，直到mg合金在熔液内完全熔化，搅拌均匀；
③将坩埚降至720℃，保温20min，并用预处理过的六氯乙烷除气，除渣，浇注到有冷却装置的圆柱体(直径为100mm)铜金属模具中；
2)均匀化并铣面：均匀化温度555℃，保温时间8h，锯切成长度100mm圆柱体并铣面去氧化皮；
3)热挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具1腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为450℃，挤压速度5mm/s；
4)固溶处理：固溶温度545℃，保温45min，转移到25℃水中，转移时间要求小于5s；
5)等通道转角挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具2腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为70℃，挤压速度4mm/s；
6)预拉伸：将挤出的棒材直接进行预拉伸，拉伸速度：0.3mm/s，形变量：3％，最终形成一定尺寸的铝合金棒材制品。
最终大变形挤压铝合金棒材的实物照片如图1所示，该棒材的金相显微组织如图3所示，与传统挤压成形的铝合金产品的金相显微组织结果如图2所示。
抗拉强度：420mpa，屈服强度：370mpa，延伸率：12％，硬度：187hv，残余应力l-t：-1mpa，t-l：-2mpa，
实施例2
1)熔铸：所使用的6000系铝合金的化学组成成分(质量％)为mg0.80％，si：0.70％，mn：0.50％，cu：0.15％，zr：0.01％，cr：0.40％，ti：0.80％，zn：0.01％，其余为al和其他不可避免的杂质。
①坩埚放置中频炉内加热至700℃，加入预加热处理的al、zn、cu、al-si、al-mn、al-cr、al-zr、al-ti合金；
②将坩埚升至740℃，将预加热的mg合金加至熔融状态的铝合金熔液内，直到mg合金在熔液内完全熔化，搅拌均匀；
③将坩埚降至720℃，保温20min，并用预处理过的六氯乙烷除气，除渣，浇注到有冷却装置的圆柱体(直径为100mm)铜金属模具中；
2)均匀化并铣面：均匀化温度560℃，保温时间8h，锯切成长度100mm圆柱体并铣面去氧化皮；
3)热挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具1腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为440℃，挤压速度3mm/s；
4)固溶处理：固溶温度555℃，保温40min，转移到25℃水中，转移时间要求小于5s；
5)等通道转角挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具2腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为80℃，挤压速度3mm/s；
6)预拉伸：将挤出的棒材直接进行预拉伸，拉伸速度：0.3mm/s，形变量：3％，最终形成一定尺寸的铝合金棒材制品。
抗拉强度：425mpa，屈服强度：349mpa，延伸率：16％，硬度：195hv，残余应力l-t：3mpa，t-l：1mpa。
实施例3
1)熔铸：所使用的6000系铝合金的化学组成成分(质量％)为mg：1.00％，si：0.70％，mn：0.50％，cu：0.15％，zr：0.01％，cr：0.40％，ti：0.80％，zn：0.01％，其余为al和其他不可避免的杂质。
①坩埚放置中频炉内加热至700℃，加入预加热处理的al、zn、cu、al-si、al-mn、al-cr、al-zr、al-ti合金；
②将坩埚升至740℃，将预加热的mg合金加至熔融状态的铝合金熔液内，直到mg合金在熔液内完全熔化，搅拌均匀；
③将坩埚降至720℃，保温20min，并用预处理过的六氯乙烷除气，除渣，浇注到有冷却装置的圆柱体(直径为100mm)铜金属模具中；
2)均匀化并铣面：均匀化温度555℃，保温时间7h，锯切成长度100mm圆柱体并铣面去氧化皮；
3)热挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具1腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为430℃，挤压速度3mm/s；
4)固溶处理：固溶温度545℃，保温60min，转移到25℃水中，转移时间要求小于5s；
5)等通道转角挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具2腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为110℃，挤压速度3mm/s；
6)预拉伸：将挤出的棒材直接进行预拉伸，拉伸速度：0.4mm/s，形变量：3％，最终形成一定尺寸的铝合金棒材制品。
抗拉强度：442mpa，屈服强度：410mpa，延伸率：15％，硬度：196hv，残余应力l-t：-5mpa，t-l：-7mpa，
实施例4
1)熔铸：所使用的6000系铝合金的化学组成成分(质量％)为mg：1.00％，si：0.70％，mn：0.50％，cu：0.25％，zr：0.15％，cr：0.40％，ti：0.80％，zn：0.01％，其余为al和其他不可避免的杂质。
①坩埚放置中频炉内加热至700℃，加入预加热处理的al、cu、zn、al-si、al-mn、al-cr、al-zr、al-ti合金；
②将坩埚升至740℃，将预加热的mg合金加至熔融状态的铝合金熔液内，直到mg合金在熔液内完全熔化，搅拌均匀；
③将坩埚降至720℃，保温20min，并用预处理过的六氯乙烷除气，除渣，浇注到有冷却装置的圆柱体(直径为100mm)铜金属模具中；
2)均匀化并铣面：均匀化温度555℃，保温时间8h，锯切成长度100mm圆柱体并铣面去氧化皮；
3)热挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具1腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为450℃，挤压速度2mm/s；
4)固溶处理：固溶温度550℃，保温50min，转移到25℃水中，转移时间要求小于5s；
5)等通道转角挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具2腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为80℃，挤压速度3mm/s；
6)预拉伸：将挤出的棒材直接进行预拉伸，拉伸速度：0.4mm/s，形变量：3％，最终形成一定尺寸的铝合金棒材制品。
抗拉强度：448mpa，屈服强度：410mpa，延伸率：14％，硬度：184hv，残余应力l-t：5mpa，t-l：4mpa，
实施例5
1)熔铸：所使用的6000系铝合金的化学组成成分(质量％)为mg：1.00％，si：0.80％，mn：0.50％，cu：0.25％，zr：0.25％，cr：0.50％，ti：0.80％，zn：0.15％，其余为al和其他不可避免的杂质。
①坩埚放置中频炉内加热至700℃，加入预加热处理的al、zn、cu、al-si、al-mn、al-cr、al-zr、al-ti合金；
②将坩埚升至740℃，将预加热的mg合金加至熔融状态的铝合金熔液内，直到mg合金在熔液内完全熔化，搅拌均匀；
③将坩埚降至720℃，保温20min，并用预处理过的六氯乙烷除气，除渣，浇注到有冷却装置的圆柱体(直径为100mm)铜金属模具中；
2)均匀化并铣面：均匀化温度560℃，保温时间7h，锯切成长度100mm圆柱体并铣面去氧化皮；
3)热挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具1腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为410℃，挤压速度2mm/s；
4)固溶处理：固溶温度545℃，保温50min，转移到25℃水中，转移时间要求小于5s；
5)等通道转角挤压：在圆柱形坯料表面、挤压模具2腔内壁和挤压杆表面涂抹润滑剂，将圆柱形坯料放置模具内挤压，坯料预加热温度与模具温度一致，为85℃，挤压速度4mm/s；
6)预拉伸：将挤出的棒材直接进行预拉伸，拉伸速度：0.4mm/s，形变量：2.5％，最终形成一定尺寸的铝合金棒材制品。
抗拉强度：465mpa，屈服强度：432mpa，延伸率：17％，硬度：186hv，残余应力l-t：2mpa，t-l：4mpa。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括在本发明的权利要求范围内。