一种增强型606X系铝合金及其制备和型材加工方法与流程

一种增强型606x系铝合金及其制备和型材加工方法
技术领域
1.本发明涉及铝合金材料制备和加工技术领域，特别是一种增强型606x系铝合金及其制备和型材加工方法。


背景技术：

2.随着现在工业的快速发展，工业铝型材的需求量越来越大，铝合金是以铝为基体的合金的总承，主要合金元素包括铜、硅、镁、锌、锰，次要元素含有镍、铁、钛、锂等，具有密度低，比强度高、韧性好和耐腐等优点，其用途相当广泛，特别是6xxx系铝合金作为结构件广泛应用于航空航天、汽车、高铁、建筑、工程机械、家具等领域。但6xxx系列因合金成分不同，热处理状态不同，冷塑性变形不同等原因，在有些领域使用还是有不足之处，需要我们不断去探索和改进。如铝合金6063(t5/t6)，其抗拉强度160/205mpa，规定非比例抗拉强度110/180mpa，断后延伸率8/8％，韦氏硬度8hw，且其对淬火冷却速度敏感性很低，具有自淬性，即利用风冷就可以淬火，其制品流出挤压模孔后，冷却速度不大且受热均匀，不会引起材料弯曲，而且表面光滑易氧化，但强度相对较弱；又如铝合金6061(t4/t6)，其抗拉强度180/260mpa，断后延伸率14/9％，其只有在很大的冷却速度(如水雾、水冷)的情况下才能淬火，其制品流出挤压模孔后，冷却速度大，各处收缩不平衡而引起弯曲，而且表面粗糙，氧化效果较差，但强度很好。因而，现有的6xxx系铝合金材料存在以下三种情况：一是有强度，但韧性和垂直性相对较差；二是有强度，且韧性和垂直性较好的铝合金，但造价较高；三是有垂直性韧性但强度较差。
3.中国专利(专利申请号为2017101192939)公开的“一种6系铝合金材料及其制备方法”，由以下质量百分比的元素成分组成：si 0.56-0.72％、mg 0.74-0.8％、fe≦0.16％、cu≦0.10％、mn≦0.10％、zn≦0.05％、ti≦0.10％，余量为al和不可避免的杂质元素。该发明还公开了其制备方法，包括以下步骤：装炉、熔炼、成分调整、精炼、静置调温、晶粒细化、铸造。该发明制备的6系铝合金在具有较高强度的同时，还具有优异的高热传导率，其抗拉强度可达260mpa，断裂伸长率达14％，韦氏硬度为15.5度，热传导率高达240w/m
·
k，阳极氧化能力及其出色，扩大了其应用领域，可用于散热装置的小型化。
4.另一中国专利(专利申请号为201910099581.1)公开的“一种高塑性强抗压的铝型材及其制备工艺
””
，其中的一种高塑性强抗压的铝型材，包括以下重量百分比的组分：硅0.4％～0.8％、铁0.4％～0.6％、镧0.05％～0.15％、钕0.05％～0.15％、镁0.35％～0.8％、锰0.02％～0.04％、锌0.04％～0.08％，其余为铝。该发明制得的高塑性强抗压的铝型材由于加入了镧和钕，并协同铁、镁、锰和锌，使得所制得的铝型材具有优异的塑性、抗压和抗拉性能。其中，能达到抗拉240mpa以上、屈服220mpa以上。该高塑性强抗压的铝型材的制备工艺，具有方法简单，生产成本低，能够适用于大规模生产。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种相较于6061和6063铝合金，其强度、韧性、
直线度、耐磨性和性价均比较好的铝合金，并提供其制备和加工方法。
6.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是发明一种增强型606x系铝合金，所含成分及其重量百分比为：si：0.55-0.60，mg：0.60-0.65，ce：0.10-0.15，y：0.10-0.15，zr：0.10-0.15，fe≦0.25，cu≦0.03，mn≦0.03，zn≦0.07，ti≦0.03，余量为铝及少量无法避免的杂质，所述少量无法避免的杂质的总量≦0.05、且其中的单一成分的含量≦0.01。
7.其优化的技术方案一是：所含成分及其重量百分比为：si：0.55，mg：0.65，ce：0.15，y：0.10，zr：0.15，fe≦0.25，cu≦0.03，mn≦0.03，zn≦0.07，ti≦0.03，余量为铝及少量无法避免的杂质，所述少量无法避免的杂质的总量≦0.05、且其中的单一成分的含量≦0.01。
8.其优化的技术方案二是：所含成分及其重量百分比为：si：0.60，mg：0.60，ce：0.10，y：0.15，zr：0.10，fe≦0.25，cu≦0.03，mn≦0.03，zn≦0.07，ti≦0.03，余量为铝及少量无法避免的杂质，所述少量无法避免的杂质的总量≦0.05、且其中的单一成分的含量≦0.01。
9.其优化的技术方案三是：所含成分及其重量百分比为：si：0.58，mg：0.62，ce：0.12，y：0.12，zr：0.12，fe≦0.25，cu≦0.03，mn≦0.03，zn≦0.07，ti≦0.03，余量为铝及少量无法避免的杂质，所述少量无法避免的杂质的总量≦0.05、且其中的单一成分的含量≦0.01。
10.与此同时，还提供一种增强型606x系铝合金的制备方法，其包括以下步骤：
11.㈠、备料：按照增强型606x系铝合金中各元素含量的重量百分比，分别称取纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝铈中间合金、铝钇中间合金和铝锆中间合金，备用；
12.所述纯铝锭系采用国标gb/t 1196-2017的重熔用铝锭；
13.所述纯镁锭采用国标gb/t 3499-2011的原生镁锭；
14.所述铝硅中间合金、铝铈中间合金、铝钇中间合金和铝锆中间合金均采用符合国家标准gb/t 27677-2017的铝中间合金；
15.上述铝合金中所含的fe、cu、mn、zn、ti和少量无法避免的杂质均由纯铝锭、纯镁锭、铝硅中间合金、铝铈中间合金、铝钇中间合金和铝锆中间合金中夹带而来；
16.㈡、合金熔炼：
17.⑴
、双合金熔炼：先将纯铝锭在730-780℃熔化，再加入铝硅中间合金进行双合金熔炼，熔炼温度控制在750-800℃，待熔炼均匀后，再进行除气除渣处理，得硅铝合金熔液；
18.⑵
、复合合金熔炼：将纯镁锭加入到硅铝合金熔液中进行复合合金熔炼，熔炼温度控制在720-750℃，待熔炼均匀后，再进行除渣处理，得硅镁铝合金熔液；
19.⑶
、变质熔炼：将铝铈中间合金和铝钇中间合金加入到硅镁铝合金熔液中进行变质熔炼，熔炼温度控制在750-780℃，待熔炼均匀后，再进行除渣处理，然后静置15-20min，得变质铝合金熔液；
20.⑷
、强化熔炼：将铝锆中间合金加入到变质铝合金熔液中进行强化熔炼，熔炼温度控制在750-770℃，待熔炼均匀后，再进行除渣处理，然后静置15-20min，待熔炼均匀后，得增强型铝合金熔液；
21.㈢、铸造：将增强型铝合金熔液浇注成铝棒，铸造温度控制在720-730℃，铸造压力
控制在0.01-0.03mpa，铸造速度控制在10-20mm/min，冷却后即得增强型606x系铝合金。
22.优化地，所述双合金熔炼过程中的纯铝锭熔化控制在740-770℃，所述双合金熔炼过程中的熔炼温度控制在760-790℃。
23.进一步地，所述双合金熔炼过程中的纯铝锭熔化控制在750-760℃，所述双合金熔炼过程中的熔炼温度控制在770-780℃。
24.更进一步地，所述双合金熔炼过程中的纯铝锭熔化控制在755℃，所述双合金熔炼过程中的熔炼温度控制在775℃。
25.优化地，所述复合合金熔炼过程中的熔炼温度控制在730-740℃。
26.进一步地，所述复合合金熔炼过程中的熔炼温度控制在735℃。
27.优化地，所述变质熔炼过程中的熔炼温度控制在750-770℃，静置时间控制在15-25min。
28.优化地，所述强化熔炼过程中的熔炼温度控制在740-760℃，静置控制在20-30min。
29.优化地，铸造温度控制在725℃，铸造压力控制在0.02mpa，铸造速度控制在14-16mm/min。
30.进一步地，铸造速度控制在15mm/min。
31.此外，还提供一种增强型606x系铝合金型材的加工方法，其包括以下步骤：
32.㈠、型材挤压：将增强型606x系铝合金加热至400-450℃，然后送入挤压筒内进行挤压处理，控制挤压速度在18-23m/min，挤出后即为增强型606x系铝合金型材初料；
33.㈡、时效处理：将挤出的增强型606x系铝合金型材初料送至时效室内，进行时效处理，控制时效处理温度在180-210℃，经过4-8h的时效处理后，再经过风冷至室温，即得增强型606x系铝合金型材。
34.优化地，型材挤压温度控制在420-440℃，挤压速度控制在19-21m/min。
35.进一步地，型材挤压温度控制在430℃，挤压速度控制在20m/min。
36.优化地，时效处理温度控制在190-200℃，时效处理时间控制在5-7h。
37.进一步地，时效处理温度控制在195℃，时效处理时间控制在6h。
38.本发明的增强型606x系铝合金，通过优化铝合金材料的原料成分组成，尤其是通过变质熔炼，其所添加的稀土元素铈和钇，能较好地细化铝合金的晶粒，并促使其形成球粒形状，且分布均匀；同时，通过强化熔炼处理，其所添加的锆元素，能显著增加铝合金的强度和表面硬度；通过在变质熔炼和强化熔炼过程中设置静置步骤，可以进一步促进铝合金内部分布均匀；加之对铸造、挤压和时效处理工艺参数的优化，使得本发明的增强型606x系铝合金型材的各项性能兼具、且更优于6061和6063铝合金型材，因而，其力学性能、弹性模量、直线度、硬度、韧性和抗拉抗压强度等均高于6061和6063，且其直线度和耐磨性均好。此外，其熔(炼)铸(造)、挤压和时效方法比较简洁的，加之所添加的元素不多、且含量相对较少，因而，其生产成本相对较低，故其性价比较高。
具体实施方式
39.以下结合实施例，对本发明作进一步的说明。下面的说明是采用例举的方式，但本发明的保护范围不应局限于此。
40.实施例1：
41.本实施例的增强型606x系铝合金型材，其制备和加工过程如下：
42.㈠、合金制备：
43.⑴
、备料：按照所含成分及其重量百分比为：si(硅)：0.55、mg(镁)：0.65、ce(铈)：0.15、y(钇)：0.10、zr(锆)：0.15，余量为铝(其他成分：fe≦0.25、cu≦0.03、mn≦0.03、zn≦0.07、ti≦0.03均为上述原料本身所带来的杂质)的比例，分别称取纯铝锭(gb/t 1196-2017的重熔用铝锭al99.7e或1070a牌号)、纯镁锭(gb/t 3499-2011的原生镁锭mg9980)、铝硅中间合金(gb/t 27677-2017的al si20)、铝铈中间合金(gb/t 27677-2017的al ce 10)、铝钇中间合金(gb/t 27677-2017的al y10)和铝锆中间合金(gb/t 27677-2017的al zr 10)(各铝中间合金中的铝含量要计算到总的铝的含量中)，备用；
44.⑵
、合金熔炼：
45.①
、双合金熔炼：先将纯铝锭在750-760℃熔化，再加入铝硅中间合金进行双合金熔炼，熔炼温度控制在770-780℃，待熔炼均匀后，再进行除气除渣处理，得硅铝合金熔液；
46.②
、复合合金熔炼：将纯镁锭加入到硅铝合金熔液中进行复合合金熔炼，熔炼温度控制在730-740℃，待熔炼均匀后，再进行除渣处理，得硅镁铝合金熔液；
47.③
、变质熔炼：将铝铈中间合金和铝钇中间合金加入到硅镁铝合金熔液中进行变质熔炼，熔炼温度控制在750-770℃，待熔炼均匀后，再进行除渣处理，然后静置15-25min，得变质铝合金熔液；
48.④
、强化熔炼：将铝锆中间合金加入到变质铝合金熔液中进行强化熔炼，熔炼温度控制在740-760℃，待熔炼均匀后，再进行除渣处理，然后静置20-30min，待熔炼均匀后，得增强型铝合金熔液；
49.⑶
、铸造：将增强型铝合金熔液浇注成铝棒，铸造温度控制在730-740℃，铸造压力控制在0.01-0.03mpa，铸造速度控制在10-20mm/min，铸棒直径设为120mm，铸棒长度设为400-410mm，冷却后即得增强型606x系铝合金铸棒；
50.㈡、型材加工：
51.⑴
、型材挤压：将增强型606x系铝合金铸棒加热至420-440℃，然后送入挤压筒内进行挤压处理，控制挤压速度在19-21m/min，挤出后即为增强型606x系铝合金型材初料；
52.⑵
、时效处理：将挤出的增强型606x系铝合金型材初料送至时效室内，进行时效处理，控制时效处理温度在190-200℃，经过5-7h的时效处理后，再经过风冷至室温，即得增强型606x系铝合金型材。
53.本实施例所制得的增强型606x系铝合金型材，经过检测，其抗拉强度为272mpa，屈服强度为252mpa，断后延伸率10％，弹性模量69gpa，韦氏硬度为15.7hw，直线度0.5mm/m。
54.实施例2：
55.本实施例的增强型606x系铝合金型材，其制备和加工过程如下：
56.㈠、合金制备：
57.⑴
、备料：按照所含成分及其重量百分比为：si(硅)：0.60、mg(镁)：0.60、ce(铈)：0.10、y(钇)：0.15、zr(锆)：0.10，余量为铝(其他成分：fe≦0.25、cu≦0.03、mn≦0.03、zn≦0.07、ti≦0.03均为上述原料本身所带来的杂质)的比例，分别称取纯铝锭(gb/t 1196-2017的重熔用铝锭al99.7e或1070a牌号)、纯镁锭(gb/t 3499-2011的原生镁锭mg9980)、铝
硅中间合金(gb/t 27677-2017的al si20)、铝铈中间合金(gb/t 27677-2017的al ce 10)、铝钇中间合金(gb/t 27677-2017的al y10)和铝锆中间合金(gb/t 27677-2017的al zr 10)(各铝中间合金中的铝含量要计算到总的铝的含量中)，备用；
58.其他与实施例1相同，不再赘述。
59.本实施例所制得的增强型606x系铝合金型材，经过检测，其抗拉强度为278mpa，屈服强度为259mpa，断后延伸率9.5％，弹性模量70gpa，韦氏硬度为15.8hw，直线度0.45mm/m。
60.实施例3：
61.本实施例的增强型606x系铝合金型材，其制备和加工过程如下：
62.㈠、合金制备：
63.⑴
、备料：按照所含成分及其重量百分比为：si(硅)：0.58、mg(镁)：0.62、ce(铈)：0.12、y(钇)：0.12、zr(锆)：0.12，余量为铝(其他成分：fe≦0.25、cu≦0.03、mn≦0.03、zn≦0.07、ti≦0.03均为上述原料本身所带来的杂质)的比例，分别称取纯铝锭(gb/t 1196-2017的重熔用铝锭al99.7e或1070a牌号)、纯镁锭(gb/t 3499-2011的原生镁锭mg9980)、铝硅中间合金(gb/t 27677-2017的al si20)、铝铈中间合金(gb/t 27677-2017的al ce 10)、铝钇中间合金(gb/t 27677-2017的al y10)和铝锆中间合金(gb/t 27677-2017的al zr 10)(各铝中间合金中的铝含量要计算到总的铝的含量中)，备用；
64.其他与实施例1相同，不再赘述。
65.本实施例所制得的增强型606x系铝合金型材，经过检测，其抗拉强度为285mpa，屈服强度为263mpa，断后延伸率9.1％，弹性模量72gpa，韦氏硬度为16hw，直线度0.40mm/m。
66.本发明的增强型606x系铝合金型材，可广泛用于升降梯、登高梯、家具、框架、工程机械等领域。