本发明涉及铝合金加工制备，具体涉及一种抑制粗晶环产生的铝合金大型棒材的制备方法。
背景技术：
1、6082铝合金属于6xxx(al-mg-si)系铝合金中的一种，是一种可热处理强化的铝合金，具有中等强度，良好的焊接性、成型性和机加工性，较高的冲击韧性和较好的耐腐蚀性，是现代工业中替代钢制造高速部件和高承载结构件的理想材料。现有技术中，铝合金棒材的生产工艺流程大致为：配料→熔铸→铸锭均质化→挤压→棒材淬火、拉伸和切割→人工时效。优良的性能依赖于每个环节的优化，如合适的成分设计、热处理工艺以及成型方法。
2、粗晶环是铝合金挤压制品在截面周边形成的环状粗大晶粒区域，是铝合金挤压制品中的主要缺陷之一。粗晶环的产生，与合金的化学成分、均质处理制度、挤压方法和工艺参数、固溶处理制度和时效处理制度等因素有关。当断面形成大比例的粗晶环区域时，铝合金材料力学性能和疲劳强度显著降低，粗晶区具有较大的裂纹倾向，对坯料进一步加工成型有害。而6082铝合金挤压棒材在成型时很容易出现粗晶环。
3、目前，对于优化常规尺寸6082铝合金棒材的工艺方法已取得许多成果，但对于大型6082铝合金棒材(直径≥300mm)性能优化工艺方法的研究较少，该类棒材通常应用于中型液压缸体、建筑支撑柱和船舶结构件等场景，由于尺寸较大和工况要求，该类棒材热处理难度和内部组织均匀性要求显著提升。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种抑制粗晶环产生的铝合金大型棒材的制备方法。本发明通过优化合金成分，改良挤压方法，采用分级热处理等综合措施，达到消除6082大型铝合金棒材粗晶环的目的，最终提高棒材的力学性能，从而解决现有技术中缺乏消除大型6082铝合金棒材中粗晶环相关工艺的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
3、一种抑制粗晶环产生的铝合金大型棒材的制备方法，具体包括如下步骤：
4、步骤1：按6082铝合金中各元素组分配制铝合金的原料；其中，向6082合金中加入sc元素，按照重量百分比计算，sc加入量为0.08％-0.15％；
5、步骤2：将步骤1配制的原料加热至完全熔化，随后加入精炼剂进行精炼，随后对熔化的铝液进行过滤；
6、步骤3：采用半连续铸造方式将步骤2所述铝液制备为铸锭；其中，铸锭的直径＞300mm；
7、步骤4：对步骤3得到的铸锭进行双级均质处理；其中，第一级均质处理的温度为350℃-420℃，保温时间为4h-8h，升温时间控制在4h-6h；第二级均质处理的温度为550℃-570℃，保温时间为20h-30h，升温时间控制在0.5h-1.5h；
8、步骤5：对步骤4得到的铸锭机械加工成待挤压坯料，采用反挤压方式将挤压坯料挤压制成铝合金棒材；
9、步骤6：对步骤5得到的铝合金棒材进行预拉伸处理；其中，按照棒材的长度计算，拉伸量为0.5％-1％；
10、步骤7：对步骤6处理得到的铝合金棒材进行双级固溶处理；其中，第一级固溶温度为350℃-480℃，保温时间2h-4h，升温时间控制在2.5h-3.5h；第二级固溶温度为530℃-560℃，保温时间0.5h-2h，升温时间控制在15min-45min；
11、步骤8：在步骤7完成后3h内，对铝合金棒材进行双级时效处理；或者，在步骤7完成后棒材自然放置至少48h后，进行单级时效处理；
12、其中，双级时效处理步骤如下：第一级时效温度为110℃-130℃，保温时间为1h-3h，升温时间控制在0.5h-1h；第二级时效温度为160℃-170℃，保温时间为4h-6h，升温时间控制在15min以内；单级时效处理步骤如下：时效温度为170℃-185℃，保温时间为8h-10h；
13、步骤9：对步骤8处理后的棒材进行拉伸、矫正以及锯切，得到所述棒材。
14、优选地，按照重量百分比计算，所述铝合金包含如下元素：si：0.9-1.1％；fe≤0.3％；cu：0.05-0.1％；mn：0.4-0.7％；mg：0.6-1.2％；cr：0.1-0.25％；zn≤0.2％；ti：0.02-0.05％；zr：0.08-0.15％；sc：0.08-0.15％；余量为al；以及不可避免的杂质，合计含量不超过0.15％。
15、优选地，sc和zr的质量比为1：1。
16、优选地，在步骤2中：
17、步骤2-1：先将铝锭以及si料投入熔炼炉内，并加热熔化且将熔体温度控制在740℃-760℃；待其完全熔化后再投入含cu、mn、cr、zr的中间合金；最后加入含mg的中间合金，直至完全熔化；
18、步骤2-2：将步骤2-1配制完成的熔体温度降至720-740℃范围内并保温，对熔体进行2-3次精炼处理，每次精炼时间控制在30min-40min之间；精炼完成后对熔体进行扒渣并静置30min-40min；静置结束后向熔体送入al-sc合金；采用气体吹炼法对熔体进行除气，除气完成后，采用双级过滤方法对铝液进行过滤。
19、优选地，在步骤3中，采用热顶铸造结晶器将步骤2所述铝液制备为铸锭，铸造温度为680℃-720℃。
20、优选地，在步骤4中，双级均质处理后对铸锭进行冷却水冷却，冷却速率为300℃/h-500℃/h。
21、优选地，在步骤5中，反挤压过程中，对坯料进行梯度加热，坯料头部预热温度为480℃-495℃，坯料尾部预热温度为495℃-510℃；模具预热温度为450-470℃；挤压筒预热温度为430-450℃；挤压速度为2-3.5m/min。
22、优选地，在步骤7中，每一级固溶处理后，将棒材置于冷却水中进行淬火处理，且固溶处理后将棒材置于冷却水中的转移时间不超过25s。
23、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
24、1、本发明在传统6082铝合金合金成分的基础上进行了优化设计，对强化相元素含量进行了限定，并对fe、mn、cr、ti等过渡族元素和杂质元素含量进行了限定，在保证了不生成有害相的同时能在热处理过程中析出足量的弥散相抑制粗晶生成；特别地，在合金成分中引入了稀土元素sc，并控制zr的含量使得sc：zr接近1:1，在优化了合金组织以及性能的同时降低成本，兼顾了经济效益。
25、2、本发明优化了热处理流程，对6082铝合金棒材采用了双级均质处理、双级固溶处理以及双级时效处理；在双级均质处理中，第一级处理优化了合金元素分布，改善了析出动力学，减小了晶界附近无沉淀相区域(pfz)的宽度，同时促进了过渡族元素化合物弥散相均匀析出，达到抑制再结晶的效果，第二级处理使分布于晶界的共晶强化相(mg2si等)充分回溶，在此过程中mg、si等元素在基体中分布更加均匀，有效消除枝晶偏析和晶内偏析，使后续热处理过程中强化相得以均匀析出，从而获得更加优良且稳定的力学性能；在双级固溶处理中，第一级处理是在较低的温度下(低于再结晶温度)进行固溶处理，目的是释放挤压成型后的应变储能，降低再结晶驱动力，防止晶粒粗化，同时防止温度过高而使低熔点共晶相熔化，并使其固溶到基体中，第二级处理温度提高到强化相的固溶温度，使第二相重新溶入基体中，形成单相固溶体，提高后续时效强化的效果；在双级时效处理中，第一级处理是在较低的温度下进行短时间的时效，目的是促进溶质元素的析出，形成大量均匀弥散的gp区以及原子团簇，第二级处理是在较高温度下进行长时间时效，目的是使gp区以及原子团簇转化为与基体共格的亚稳相，从而提高合金的强度和硬度；相比于传统单级热处理，该热处理流程从结晶热力学以及动力学原理上降低了粗晶生成概率，通过调节各级处理的温度与时间，更好地控制析出相的尺寸与分布，并且更利于提高棒材组织的稳定性。
26、3、本发明采用热顶铸造器半连续铸造的方法制备铸锭，该方法有效结晶高度小，铸锭冷却速度高，铸锭液穴浅，过渡带窄，因此提高了铸锭的致密性和化学成分沿铸锭截面分布的均匀性，抑制原始粗晶组织的形成。
27、4、本发明反挤压工艺制备棒材，该过程中金属流动均匀，沿棒材长度上的组织和力学性能基本一致；且所需挤压力小，适合于大型铸锭的挤压成型；并且铸锭与挤压筒之间没有相对运动，即没有外摩擦力，大大降低了粗晶环出现的风险，具有很好的工业化应用前景。