一种6系铝合金精密铸造淬火板的制备方法与流程

本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种6系铝合金精密铸造淬火板的制备方法。

背景技术：

铝合金精密铸造板是一种铸造后不经过热轧，只经过热处理和机加工就应用的一类新型铝合金产品，目前该产品广泛应用于交通运输、机械电子、工模具、高端精密仪器等领域。与钢相比，铝合金精密铸造板的优势表现在：(1)密度小，铝材的密度仅为钢材的三分之一左右，因而铝合金更适于当前工业领域轻量化要求；(2)热导率高，铝合金的热导率约为钢的4倍，在加工过程中可显著缩短冷却周期，不用设置复杂的冷却系统；(3)可切削性优异，铝合金的切削速度可达钢材料的快4倍，可进行高速切削，显著缩短制造周期，降低切削刀具的磨损，因而可显著降低生产成本；(4)电导率大，铝合金的电导率比钢材的大9倍，这对于放电加工模具极为有利，加工时间仅相当于放电加工钢模具的1/4～1/5；(5)高回收率，加工铝屑和废旧铝板不易氧化，可直接回炉进行重新熔炼生产新的铝锭，回收率达到90～95％以上，远高于钢铁65％。

与铝合金轧制板材相比，轧制板材在切削加工过程及加工后总会存在一定变形，甚至扭曲过度导致报废，而铸造板在铸造状态下具有特定的冶金组织和相当理想的应力释放，因而经高速切削加工后几乎不发生变形和扭曲，相比于轧制产品组织沿轧制方向呈一定纤维状分布，本发明的产品氧化效果更佳，更有利于氧化产品的氧化效果，同时本发明的铸造板平面度等尺寸精度高，远高于铝合金热轧板，提高后续加工精度和减少客户加工废料等。

铝合金精密铸造板的典型工艺流程如下：配料→熔炼→精炼/除气/过滤→铸造→中低温长时均匀化退火→锯切、铣面→检验→包装→入库或发货。当前铝合金精密铸造板的主要为5系铝合金，如5083和5052，目前生产5052、5083等al～mg合金精密铸造板的缺点如下：铸造板整体强度较低，无法满足客户对较高强度精密仪器的要求，严重限制了铝合金精密铸造板的发展空间；需要长时间中低温均匀化热处理及精确控制升温和降温速率，控制不当，容易导致内应力释放不完全而产生加工变形。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足之处，提供了一种6系铝合金精密铸造淬火板的制备方法，本发明利用可热处理强化铝合金预拉伸板和淬火板技术，结合并保留铸造板产品晶粒组织和性能优点，开发出一套新的铸造淬火板生产工艺，能够大幅度提升该铝合金铸造板产品强度，达到t6状态的强度。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种6系铝合金精密铸造淬火板的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)、熔炼铸造铝合金铸锭，所述铝合金铸锭中化学成分质量百分含量为：

si0.4～1.3、fe≤0.7、cu≤1.1、mn≤1.0、mg0.4～1.2、cr≤0.35、zn≤0.25、ti≤0.15、其余量由al及不可避免的杂质构成；

2)、将步骤1)得到的铝合金铸锭经过分切、固溶淬火、拉伸、时效得到铝合金成品。

优选的是，所述熔炼铸造铝合金铸锭过程中，包括对铝合金熔体进行除气、过滤步骤，所得铝合金熔体氢含量小于等于0.18ml/100gal。

优选的是，所述分切步骤所得的铝合金锭厚度≤210mm。

优选的是，所述固溶淬火温度为500～580℃，保温时间为5～300min。

优选的是，所述固溶淬火升温速度为10～120℃/min。

优选的是，所述固溶淬火为水淬，降温速度为10～100℃/s。

优选的是，所述拉伸率为1.5～3.0％。

优选的是，所述拉伸速度为1.5～15mm/s。

优选的是，所述时效温度为160～185℃，保温时间为10～25h。

对所述铝合金成品进行锯切、分切、铣面步骤，即得所需规格产品，所得铝合金成品可以按照如下工艺进行锯切：

1)6mm～200*1000mm～1600mm*3000mm～6000mm规格，锯带速度：1600～2500m/min；锯切速度：30～60dm2/min，260～280mm/min；进料速度：70～90％，45～70mm/min；料台速度：60～85mm/mmin。

2)、6mm～200*1600mm～2600mm*3000mm～6000mm规格，锯带速度：1600～2500m/min；锯切速度：30～60dm2/min，140～190mm/min；进料速度：70～90％，40～70mm/min；料台速度：50～80mm/min。

所得铝合金成品可以按照如下工艺进行铣面：

料台进料速度380～450mm/min，铣面盘旋转主轴150～280r/min。

按照上述固溶淬火、拉伸、时效、锯切或铣面工艺加工成不同规格的精密铸造板。对成品板材进行检测、包装、入库或发货。

在熔炼铸造过程中，通过对铝合金熔体进行多级除气处理，能显著降低铝熔体中的含气量，以减少铝合金铸锭中的气孔、疏松等铸造缺陷。使用过滤板除去铝熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，以减少铸锭中夹渣等铸造缺陷。以此提高该6系铝合金铸锭的铸造质量，进而提高该产品的综合性能。经过以上工序后，铸造出精密铸造板铝合金锭坯。

控制分切厚度，利于后续固溶淬火，保证板材淬透性。通过固溶淬火，高温下使mg、si、mn、cu等第二相溶解到基体，形成过饱和固溶体。对淬火板材进行拉伸以消除内应力及矫直板型。时效可使析出弥散强化相，以提高板材强度。

本发明直接采用固溶淬火及时效热处理工艺，与5系铸造板相比，大幅度提高板材强度；在经过特殊的分切、铣面工艺生产出来的精密铸造板淬火板产品，与轧制制备6系铝合金板材相比，本发明无需经过均匀化热处理，及预热和轧制，精简了制备工序，同时保存原始铸造晶粒组织，提高板材强度。所生产的精密铸造板材严格控制了铸造工艺，采用了特有的热处理、拉伸与机加工工艺，确保了该板材晶粒组织细小均一、无轧制织构、保持铸造态晶粒组织，内应力极低、提高了铸造板的强度。除此之外，经过本发明的热处理工艺，很好的控制了该合金中晶粒组织，析出相的大小，析出量和析出位置，很大程度上改善了该铸造板产品的强度。

附图说明

图1为本发明制备方法流程图；

图2为实施例1成品6061铸造淬火板于50倍放大显微镜下晶粒组织图；

图3为实施例2成品6082铸造淬火板于50倍放大显微镜下晶粒组织图；

图4为实施例3成品6013铸造淬火板于50倍放大显微镜下晶粒组织图；

图5为实施例4成品6xxx铸造淬火板于50倍放大显微镜下晶粒组织图；

图6为对比实施案例1成品6082铸造板于50倍放大显微镜下晶粒组织图；

图7为对比实施案例2成品5083铸造板于50倍放大显微镜下晶粒组织图；

图8为对比实施案例3成品6061轧制板于50倍放大显微镜下晶粒组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。此外，在阅读本发明的内容后，本领域的技术人员可以对本发明作各种修改，这些等价变化同样落于本发明所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

1.熔炼6061铝合金，成分如表1中a1，经除气、过滤后，氢含量0.18ml/100gal，进行半连续铸造，铸出尺寸为450*1550*6000mm的扁锭。

2.将铸造好的锭子四面单面车皮5mm，去除铸造偏析层，分切及粗铣面成50*1530*6000mm板材。

3.将粗铣面所得的板材进行固溶淬火，升温速率10℃/min，升温至500℃，保温5min，保温结束，快速高压水淬火，冷却速度65℃/s，冷却至常温。

4.对上述淬火板进行拉伸，拉伸速率15mm/min，拉伸率1.5％。

5.时效，时效温度185℃，保温10h。

6.锯切成50*1420*5000mm，分切成19*1420*5000mm，锯带速度2100m/min，锯切速度30dm²/mn，260mm/min；进料速度70％，45mm/min；料台速度：60mm/mmin。

7.精铣面成15*1420*5000mm铣面板，料台进料速度380mm/min，铣面盘旋转主轴150r/min。

板材经上述处理后性能如表2中a2，晶粒组织如图2。

实施例2

1.熔炼6082铝合金，成分如表1中b1，经除气、过滤后，氢含量0.15ml/100gal，进行半连续铸造，铸出厚度为650*2250*4500mm的扁锭。

2.将铸造好的锭子四面单面车皮15mm，去除铸造偏析层，分切及铣面成100*2220*4500mm。

3.将分切的板材进行固溶淬火，升温速率50℃/min，升温至550℃，保温150min，保温结束，快速高压水淬火，冷却速度32℃/s，冷却至常温。

4.对上述淬火板进行拉伸，拉伸速率6mm/min，拉伸率2.1％；

5.时效，时效温度172℃，保温15h；

6.锯切成100*2100*3500mm，分切成23*2100*3500mm，锯带速度2500m/min，锯切速度60dm²/mn，280mm/min；进料速度90％，70mm/min；料台速度：85mm/mmin。

7.铣面成20*2100*3500mm铣面板，料台进料速度450mm/min，铣面盘旋转主轴280r/min。

8.板材经上述处理后性能如表2中b2，晶粒组织如图3。

实施例3

1.熔炼6013铝合金，成分如表1中c1，经除气、过滤后，氢含量0.10ml/100gal，进行半连续铸造，铸出厚度为650*1850*4000mm的扁锭。

2.将铸造好的锭子四面单面车皮20mm，去除铸造偏析层，分切及铣面成210*1830*4000mm。

3.将分切的板材进行固溶淬火，升温速率120℃/min，升温至580℃，保温300min，保温结束，快速高压水淬火，冷却速度10℃/s，冷却至常温。

4.对上述淬火板进行拉伸，拉伸速率1.5mm/min，拉伸率3.0％；

5.时效，时效温度160℃，保温25h；

6.锯切成210*1700*3000mm，分切成10*1700*3000mm，锯带速度1600m/min，锯切速度45dm²/mn，270mm/min；进料速度80％，45mm/min；料台速度：60mm/mmin。

7.精铣面成7*1420*5000mm铣面板，料台进料速度410mm/min，铣面盘旋转主轴200r/min。

板材经上述处理后性能如表2中c2，晶粒组织如图4。

实施例4

1.熔炼6xxx铝合金，成分如表1中d1，经除气、过滤后，氢含量0.08ml/100gal，进行半连续铸造，铸出厚度为650*1850*4000mm的扁锭。

2.将铸造好的锭子四面单面车皮20mm，去除铸造偏析层，分切及铣面成25*1830*4000mm。

3.将分切的板材进行固溶淬火，升温速率120℃/min，升温至580℃，保温300min，保温结束，快速高压水淬火，冷却速度100℃/s，冷却至常温。

4.对上述淬火板进行拉伸，拉伸速率1.5mm/min，拉伸率3.0％；

5.时效，时效温度160℃，保温25h；

6.锯切成25*1700*3000mm，分切成11*1700*3000mm，锯带速度1600m/min，锯切速度45dm2/mn，270mm/min；进料速度80％，45mm/min；料台速度：60mm/mmin。

7.精铣面成7*1420*5000mm铣面板，料台进料速度410mm/min，铣面盘旋转主轴200r/min。

板材经上述处理后性能如表2中d2，晶粒组织如图5。

对比实施案例1

1.使用实施例2所熔炼铸造的6082铝合金扁锭，成分如表1中e1，厚度为650*2250*4500mm的扁锭。

2.将铸造好的锭子按照如下热处理工艺进行热处理：

1)、升温速率：40～45℃/h；

2)、保温温度：料温400℃±5，保温时间：30h；

3)、冷却方式：保温时间结束后，关闭供热系统，停止加热，通过循环风机、冷却风机控制冷却速度，降温速率：18～22℃/h，锭子冷却到200℃，在出炉自然冷却。

3.利用热处理好的6082锭子按上述技术发明方案锯切、铣面工艺加工成6082精密铸造板，规格20*2200*3600mm，锯带速度2500m/min，锯切速度60dm²/mn，280mm/min；进料速度80％，70mm/min；料台速度：85mm/mmin。

4.铣面成20*2200*3600mm铣面板，料台进料速度420mm/min，铣面盘旋转主轴250r/min。

板材经上述处理后性能如表2中e2，晶粒组织如图6。

对比实施案例2

熔炼5083铝合金，成分如表1中f1，经除气、过滤后，进行半连续铸造，铸出厚度为520*1620*6000mm的扁锭。

将铸造好的锭子按照如下热处理工艺进行热处理：

1)、升温速率：40～45℃/h；

2)、保温温度：料温400℃±5，保温时间：30h；

3)、冷却方式：保温时间结束后，关闭供热系统，停止加热，通过循环风机、冷却风机控制冷却速度，降温速率：18～22℃/h，锭子冷却到200℃，在出炉自然冷却。

利用热处理好的5083锭子按上述技术发明方案锯切、铣面工艺加工成5083精密铸造板，规格15*1580*5400mm。

板材经上述处理后性能如表2中f2，晶粒组织如图7。

对比实施案例3

1.使用实施例1所熔炼铸造的6061铝合金扁锭，成分如表1中g1，厚度为520*1620*5000mm。

2.将铸造好的锭子进行均热，均热温度540～560℃，保温12h，保温结束出炉空冷。

3.将铸锭切头尾及粗铣面至500*1600*4200mm，

4.所得铸锭预热480℃～500℃，保温2h，热轧轧制到15mm，分切及切边到15*1500*7000mm。

5.对所得轧制板材固溶淬火，升温速率80～120℃/min，升温至560～570℃，保温5min，保温结束，快速高压水淬火，冷却至常温。

6.对上述淬火板进行拉伸，拉伸速率15mm/min，拉伸率1.5％。

7.时效，时效175℃，保温15h，随后锯切成15*1400*6000mm

板材经上述处理后性能如表2中g2，晶粒组织如图8。

表1试验铝合金化学成分

表2力学性能