本发明属于有色金属领域，尤其涉及一种al-mg-si合金棒材的热处理方法。
背景技术：
：al-mg-si合金具有比强度高、高韧性、加工性能好以及优异的耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车以及民用建筑等领域。热处理是铝合金投入使用前必要的步骤，主要包括均匀化处理、固溶处理(淬火)以及时效处理等。通常用于机加工的al-mg-si合金材料，通过棒材均匀化处理后进行挤压，再经在线或离线淬火处理获得过饱和固溶体，然后经时效处理以提升产品强度。然而使用该方法生产的棒材，多为纤维晶组织，在机加工过程中，断屑困难，易缠刀，且制品表现为各向异性，对于要求各向同性的产品有所限制。虽然可以通过在挤压制程进行中控制挤压工艺以生产出再结晶组织，但组织不均匀，生产难度较大；或是采用较大棒径铝棒车皮至所需棒材尺寸，但棒径较小时，易震刀，棒材表面质量较差。另外，棒材车皮前，往往需要将棒材进行均匀化处理，然后进行离线淬火处理，两种热处理方式先后独立进行，整个过程需要多次吊运，且离线淬火炉能耗高，生产成本大，生产效率低。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种al-mg-si铝合金棒材及其热处理方法。通过调整铝合金的原料成分配比；采用均质处理与淬火冷却相结合的工艺，消除铝合金棒材的组织偏析和铸造内应力，通过一次热处理即可达到均匀化以及淬火的双重效果，热处理得到的铝合金棒材的性能更加优良。根据本发明的一个方面，提供了一种al-mg-si铝合金棒材，包括以下组分，各组分的含量以及重量百分比表示如下：可选择地，该al-mg-si铝合金棒材，包括以下组分，各组分的含量以及重量百分比表示如下：根据本发明的另一个方面，提供了一种热处理方法，应用于如上所述al-mg-si铝合金棒材，包括以下步骤：1s将铝合金棒材置于均质炉中，随炉升温至均匀化温度t1，将铝合金棒材在t1温度下进行一次保温，一次保温时长为t1。2s将铝合金棒材随均质炉冷却至固溶温度t2，铝合金棒材在t2温度下进行二次保温，时长为t2。3s将铝合金棒材从均质炉中转移出来，以预定冷却速度冷却铝合金棒材直到铝合金棒材的温度冷却到室温。4s拉伸冷却后的铝合金棒材去除铝合金棒材的应力以矫正铝合金棒材的形变量，将铝合金棒材的拉伸形变量维持在1～3％。5s将拉伸后的铝合金棒材置于时效处理温度t3的环境中进行三次保温，三次保温时长为t3。可选择地，均匀化温度t1为500℃-585℃，一次保温时长t1为2-20h；固溶温度t2为460-540℃，二次保温时长t2为1～2h；时效处理温度t3为150～210℃，三次保温时长t3为2-100h。可选择地，预定冷却速度为60℃/s～150℃/s，冷却铝合金棒材的方式为水冷或风冷。可选择地，步骤1s之前还包括铝合金棒材铸造步骤如下：a)将原料各组分按照重量百分比备料，将备料放入恒干燥炉中干燥，得到待熔炼的原料；将待熔炼的原料加入到熔炼炉内，加热到熔炼温度t4熔炼，得到熔体熔液。b)向熔体熔液中加入精炼剂，向熔体熔液中通入预定气体，启动精炼机精炼处理以去除熔体熔液中的杂渣与氢气，精炼处理时长为t4。c)待步骤b)中精炼后的熔体熔液温度降至铸造温度t5，将熔体熔液倒入结晶器中，冷却结晶器以使熔体熔液凝结得到铝合金棒材。可选择地，步骤a)中熔炼温度t4为730～750℃；步骤b)中精炼处理时长t4为30min以上；步骤c)中铸造温度t5为690～720℃。可选择地，切除步骤c)得到的铝合金棒材的料头和料尾，料头切除长度为第一预定长度，料尾切除长度为第二预定长度。可选择地，第一预定长度大于300mm，第二预定长度大于200mm。可选择地，步骤b)之后，步骤c)之前进一步包括过滤步骤：将熔体熔液通过管式过滤机过滤以进一步去除熔体熔液中的杂渣，熔体熔液经过滤后静置备用。本发明的铝合金棒材的热处理工艺，主要包括均质处理、降温固溶、淬火冷却、矫直拉伸以及时效处理。均匀化处理与固溶处理均为将合金加热至固相线温度以上、过烧温度以下保温一定时间，并以预定速度冷却，均匀化处理与固溶处理的温度范围存在部分交集，一般来说，均匀化温度比固溶温度高20～30℃。本发明针对al-mg-si铝合金淬火敏感性较低的特点，将铝合金棒材一次加热至均匀化温度，并按均匀化处工艺保温一定时间，然后采用降温处理，降至固溶温度，再按固溶工艺保温，最后按固溶工艺冷却冷至室温，综合了传统上的均匀化工艺和固溶工艺，成为一种新的热处理制度。均质处理：将铝合金棒材置于均质炉中，随炉升温至500℃-585℃，保温处理2-20h。优选地，将铝合金棒材置于均质炉中，随炉升温至520℃-555℃，保温处理10-16h。降温固溶：将棒材随均质炉冷却至460-540℃，保温处理1～2h。优选地，将棒材随均质炉冷却至480-500℃，保温处理1～1.5h。淬火冷却：将铝合金棒材从均质炉中转移出来，以60℃/s～150℃/s的预定冷却速度冷却铝合金棒材直到铝合金棒材的温度冷却到室温。根据铝合金的原料及比例确定铝合金的淬火敏感性选择风冷或水冷。淬火敏感性高则选择水冷，选择水冷冷却时，距离均质炉出口3-5米处设置有冷水槽，冷水槽内为流动的冷却水，铝合金棒材从均质炉中以2～5m/s的速度向冷水槽转移，铝合金棒材被流动冷水的冷却至20～35℃。淬火敏感性低则选择风冷。矫直拉伸：将冷却后的铝合金棒材转移到矫直装置中，向铝合金棒材的两端施加拉力，拉伸冷却后的铝合金棒材去除铝合金棒材的应力以矫正铝合金棒材的形变量，将铝合金棒材的拉伸形变量维持在1～3％。时效处理：将拉伸后的铝合金棒材置于150～210℃的环境中进行时效处理，时效处理时间为2-100h。优选地，将铝合金棒材置于180～200℃的环境中进行时效处理，时效处理时间为8～24h。本发明中进一步优化了铝合金棒材的铸造过程，熔炼铸造步骤具体如下：将铝合金各组分加入到熔炼炉中共同加热至熔融成为铝合金液，并继续加热铝合金液达到预定熔炼温度730～750℃，向铝合金液中加入精炼剂，同时向铝合金液中通入预定气体，例如可以为氩气，在精炼机作用下联合精炼，精炼时间设定为30mim以上。待精炼后的熔液温度降至690-720℃，将熔融的铝合金液经铸造盘倒入结晶器中，在水冷或风冷作用下凝固铝合金液得到铝合金棒材。其中，铝合金棒材的铸造速度为60-187mm/min；优选地，将熔液倒入结晶的器同时向结晶器内侧壁通入气体，在铝合金棒材表面形成气滑膜以降低铝合金棒材与结晶器内侧壁的摩擦力，从结晶器中脱出的铝合金棒材表面均匀平滑，表面质量更好。其中，向结晶器中通入气体的速度为0.9～8l/min；将铝合金棒材从铸造井中吊出；用切刀切除铝合金棒材的料头和料尾，用切刀切除铝合金棒材的料头的长度大于300mm，切除铝合金棒材的料尾的长度大于200mm。具体的，铝合金液除渣除气依靠精炼机进行，向铝合金液中加入精炼剂，铝合金液中通入氩气，启动精炼机进行精炼，精炼时间为30～60min；将铝合金液静置35min将铝合金液表层浮渣除去得到待浇铸的铝合金液备用。本发明以熔炼铸造的生产方式生产铝合金棒材，无需挤压，通过热处理即可达到产品的使用效果；与挤压棒材的生产方法对比，可以直接获得等轴晶组织的铝合金棒材，处理得到的棒材更加适合后续的加工处理。本发明采用一次加热、二次冷却的热处理方法既满足了均匀化的要求，又达到了固溶的效果，极大地优化了生产工艺，不仅避免了离线淬火造成的资源浪费，而且提高了生产效率，能实现良好的经济效益，无需分别进行均质和淬火处理，却能达到均质和淬火的双重效果。本发明的热处理方法加工得到的铝合金棒材的组织均匀、晶粒充分球化和溶解、合金元素均匀分布，减少甚至消除了组织偏析，处理得到的铝合金棒材具有很高的拉伸强度、屈服强度和延伸率，性能更加优良。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，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。本发明的热处理方法，包括以下步骤：s1将铝合金棒材置于均质炉中，随炉升温至均匀化温度t1，将铝合金棒材在t1温度下进行一次保温，一次保温时长为t1；其中，均匀化温度t1为500℃-585℃，一次保温时长t1为2-20h。优选地，均匀化温度t1为520℃-555℃，一次保温时长t1为10-16h。s2将铝合金棒材随均质炉冷却至固溶温度t2，铝合金棒材在固溶温度t2下进行二次保温，二次保温时长为t2；固溶温度t2为460-540℃，二次保温时长t2为1～2h。优选地，固溶温度t2为480-500℃，二次保温时长t2为1～1.5h。s3将铝合金棒材从均质炉中转移出来，以预定冷却速度冷却铝合金棒材直到铝合金棒材的温度冷却到室温；预定冷却速度为60℃/s～150℃/s，冷却铝合金棒材的方式为水冷或风冷。s4拉伸冷却后的铝合金棒材去除铝合金棒材的应力以矫正铝合金棒材的形变量，将铝合金棒材的拉伸形变量维持在1～3％；s5将拉伸后的铝合金棒材置于时效处理温度t3的环境中进行三次保温，三次保温时长为t3。时效处理温度t3为150～210℃，三次保温时长t3为2-100h。优选地，时效处理温度t3为480-500℃，三次保温时长t3为1～1.5h。其中，步骤s3，在实际操作过程中，根据铝合金棒材的淬火敏感性选择冷却方式，淬火敏感性高的铝合金棒材选择水冷冷却使得铝合金棒材快速冷却，铝合金棒材中的其它相(al外的其它组分)来不及析出固溶在棒材中。淬火敏感性低的铝合金棒材选择冷风冷却即可。例如，在实际应用过程中，mn组分含量较高，mn元素含量在1～1.5％的之间的3系铝合金棒材，mg、zn、cu组分含量较高的7系铝合金棒材选择水冷冷却；mg、si组分含量较高的6系铝合金棒材选择风冷冷却。其中，步骤s1之前铝合金棒材的铸造步骤如下：a)将原料各组分按照重量百分比备料，将备料放入恒干燥炉中干燥，得到待熔炼的原料；将待熔炼的原料加入到熔炼炉内，加热到熔炼温度t3熔炼，得到熔体熔液；其中，熔炼温度t4为730～750℃。b)向熔体熔液中加入精炼剂，向熔体熔液中通入预定气体，启动精炼机精炼处理以去除熔体熔液中的杂渣与氢气，精炼处理时长为t4；优选地，预定气体为惰性气体，t4为30min以上。更优选地，预定气体为氩气。c)待步骤b)中精炼后的熔体熔液温度降至铸造温度t5，将熔体熔液倒入结晶器中，冷却结晶器以使熔体熔液凝结得到铝合金棒材。其中，铸造温度t5为690-720℃，熔体熔液倒入结晶器中的速度为60-187mm/min。d)切除步骤c)得到的铝合金棒材的料头和料尾，料头切除长度为第一预定长度，料尾切除长度为第二预定长度。优选地，第一预定长度大于300mm，第二预定长度大于200mm。优选地，步骤c)中将熔体熔液倒入结晶器的同时结晶器中通入气体以在铝合金棒材表面生成气滑膜，降低铝合金棒材与结晶器内侧壁的摩擦力使得铝合金棒材更容易从结晶器中脱出，铸造得到的铝合金棒材表面质量更好，其中，向结晶器中通入气体的速度为0.9～8l/min。下面列出本发明的热处理方法的具体实施例：实施例实施例1铝合金棒材的包括以下组分：0.6％si、0.9％mg、0.35％fe、0.1％cu、0.1％mn、0.1％cr、97.85％al。将各合金组分按照比例共同加热至熔融得到铝合金液，继续加热铝合金液到预定熔炼温度，将铝合金液转移到精炼机中，向铝合金液中加入精炼剂、向铝合金液中通入氩气，启动精炼机精炼30min；再将铝合金液通过管式过滤机过滤，过滤后的铝合金液静置35min备用。待除气后的铝合金液温度降至690-720℃，将铝合金液倒入结晶器中在水冷作用下铸造成型，铝合金液倒入结晶器的速度为187mm/min；结晶器的直径为90mm，铝合金液倒入结晶器的同时向结晶器中通入气体，通入气体的速度为0.9l/min；用切刀切除铝合金棒材的料头和料尾，得到棒径为60mm的铝合金棒材；用切刀切除铝合金棒材的料头的长度为300mm，切除铝合金棒材的料尾的长度为200mm。将铝合金棒材置于均质炉中，随炉升温至均匀化温度580℃，将铝合金棒材在580℃温度下进行一次保温，一次保温时长为4h。随后将铝合金棒材随炉降至530℃进行二次保温，二次保温时长设定为80min。将铝合金棒材从均质炉中转移出来，控制转移时间＜30s，然后使用强风冷却，以约60℃/s的预定冷却速度冷却铝合金棒材直到铝合金棒材的温度冷却到室温。将冷却后的铝合金棒材转移到矫直装置中，向铝合金棒材的两端施加拉力，拉伸冷却后的铝合金棒材去除铝合金棒材的应力以矫正铝合金棒材的形变量，将铝合金棒材的拉伸形变量维持在2％。将拉伸后的铝合金棒材置于温度200℃的环境中，保温，进行时效处理，时效处理时长为2h，得到铝合金铸棒。测量得到的铝合金铸棒的最大抗拉强度为273mpa，屈服强度为249mpa，延伸率为10.5％。实施例2：铝合金棒材的包括以下组分：0.4％si、1.2％mg、0.7％fe、0.4％cu、0.05％mn、0.35％cr，96.9％al。将各合金组分按照比例共同加热至熔融得到铝合金液，继续加热铝合金液得到预定熔炼温度，将铝合金液转移到精炼机中，向铝合金液中加入精炼剂精炼同时向铝合金液中通入氩气，启动精炼机精炼，再将铝合金液通过管式过滤机过滤，过滤后的铝合金液静置35min备用。待除气后的铝合金液温度降至690-720℃，将铝合金液倒入结晶器中，结晶器的直径为178mm，同时向结晶器中通入气体，水冷处理结晶器，铝合金液凝固后得到铝合金棒材，气体在铝合金棒材表面形成一层便于铝合金棒材脱出的气滑膜。其中，铝合金液倒入结晶器的速度为120mm/min，向结晶器中通入气体的速度为5l/min；用切刀切除铝合金棒材的料头和料尾，得到棒径为100mm的铝合金棒材；用切刀切除铝合金棒材的料头的长度为300mm，切除铝合金棒材的料尾的长度为200mm。将铝合金棒材置于均质炉中，随炉升温至均匀化温度570℃，将铝合金棒材在570℃温度下进行一次保温，一次保温时长为10h。随后将铝合金棒材随炉降至535℃进行二次保温，保温时长设定为75min。将铝合金棒材从均质炉中转移出来，控制转移时间＜30s，在均质炉出口处距离3米处设置有冷水槽，冷水槽内为流动的冷却水，冷却水的水温为25℃，铝合金棒材以25m/s的速度进入冷水槽，在流动的冷却水的作用下铝合金棒材以约120℃的冷却速度冷却至室温；将冷却后的铝合金棒材转移到矫直装置中，向铝合金棒材的两端施加拉力，拉伸冷却后的铝合金棒材去除铝合金棒材的应力以矫正铝合金棒材的形变量，将铝合金棒材的拉伸形变量维持在1％。将拉伸后的铝合金棒材置于温度175℃的环境中，保温，进行时效处理，时效处理时长为10h，得到铝合金铸棒。测量得到的铝合金铸棒的最大抗拉强度为309mpa，屈服强度为243mpa，延伸率为15％。实施例3：铝合金棒材的包括以下组分：0.7％si、0.6％mg、0.5％fe、0.1％cu、0.4％mn、0.25％cr、97.45％al。将各合金组分按照比例共同加热至熔融得到铝合金液，继续加热铝合金液得到预定熔炼温度，将铝合金液转移到精炼机中，向铝合金液中加入精炼剂同时向铝合金液中通入氩气，启动精炼机精炼35min，再将铝合金液通过管式过滤机过滤，过滤后的铝合金液静置35min备用。待除气后的铝合金液温度降至690-720℃，将铝合金液倒入结晶器中铸造，冷却结晶器得到铝合金棒材，铝合金液铸造速度为90mm/min，结晶器的直径为330mm，铝合金液通入结晶器同时向结晶器中通入气体，其中，向结晶器中通入气体的速度为8l/min；用切刀切除铝合金棒材的料头和料尾，得到棒径为200mm的铝合金棒材；用切刀切除铝合金棒材的料头的长度为300mm，切除铝合金棒材的料尾的长度为200mm。将铝合金棒材置于均质炉中，随炉升温至均匀化温度565℃，将铝合金棒材在565℃温度下进行一次保温，一次保温时长为8h。随后将铝合金棒材随炉降至525℃进行二次保温，二次保温时长设定为85min。将铝合金棒材从均质炉中转移出来，控制转移时间＜30s，在均质炉出口处距离5米处设置有冷水槽，冷水槽内为流动的冷却水，冷却水的水温为25℃，铝合金棒材以30m/s的速度进入冷水槽，在流动的冷却水的作用下铝合金棒材以约140℃的冷却速度冷却至室温。将冷却后的铝合金棒材转移到矫直装置中，向铝合金棒材的两端施加拉力，拉伸冷却后的铝合金棒材去除铝合金棒材的应力以矫正铝合金棒材的形变量，将铝合金棒材的拉伸形变量维持在3％。将拉伸后的铝合金棒材置于温度170℃的环境中保温，进行时效处理，时效处理时长为12h，得到铝合金铸棒。测量得到的铝合金铸棒的最大抗拉强度为329mpa，屈服强度为290mpa，延伸率为12％。表1示出了本发明铝合金棒材中各组分具体含量的部分实施例。需要指出的是，本发明的铝合金棒材的各组分具体含量并不局限于表1中数据。表1铝合金组分含量实施例组份(％)实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8si0.40.50.70.80.85mg0.60.550.951.01.1fe0.10.150.450.350.5cu0.10.10.250.050.1cr0.010.010.30.20.25mn0.010.010.120.450.55al98.8898.6897.2397.1596.65表2示出了本发明铝合金棒材的热处理工艺中主要工艺参数的部分实施例。表2铝合金棒材的热处理参数具体实施例对比测试例对实施例1-8制品的性能进行了测试。同时针对现有技术中的铝合金棒材的性能数据进行了对比，具体如表3所示。表3性能测试及对比结果工艺参数抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(％))实施例426824115.5实施例527324910.5实施例632630212.0实施例732929012.0实施例834730014.5对比例125723416对比例232128913对比例333531013.5其中，对比例1、对比例2、对比例3的铝合金棒材的成分分别与本申请表1中实施例4，实施例6，实施例7相同，对比例1、对比例2、对比例3的铝合金棒材的热处理过程为离线淬火，根据表1可以看出，本申请的热处理方法通过一次热处理即可达到均质+淬火的双重效果，工艺上得到大大优化，节约了资源，降低了生产成本，提高了生产效率。最后应说明的是：在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12