6082薄壁合金铝管材挤压生产工艺实战

 

6082合金属于Al-Mg-Si系热处理可强化的铝合金，具有中等强度和良好的焊接性能、耐腐蚀性，主要用于交通运输和结构工程工业。如桥梁、起重机、屋顶构架、运输机、运输船等。这种合金具有和606l铝合金相似但不完全相同的机械性能，其T6状态具有较高的机械性能。本文仅对6082铝合金应用于挤压管材生产，进行了试验研究，以确定其合适的熔铸、挤压和热处理生产工艺。

 

 

 

型材表面质量要求：表面不能有裂纹、分层、腐蚀、氧化夹杂物、气泡、起皮、机械损伤、边缘应平齐、无毛刺。

 

 

化学成分的确定

 

1.1.1 Mg、Si：Mg、Si是该合金的主要强化元素，在合金中形成强化相Mg2Si，成分设计时应保证的Mg、Si平衡含量(为Mg：Si=1．73)，因Si过剩有助于合金的强化效应，增加制品的最终性能，成分设计时应做到Si稍过量，所以Mg：Si应控制在0.9-1.3之间为宜，过剩硅为0.2%左右。

 

1.1.2 Mn、Cr：该合金含有较高的Mn和适当的Cr。其中,Mn、Cr等合金元素可阻碍挤压时和挤压后发生再结晶或再结晶晶粒长大和细化晶粒。但(Mn + Cr)总量过高可能形成分别含Mn、Cr的粗大第二相,削弱Mg2Si相的沉淀强化效果,抵消其阻碍再结晶和细化晶粒的作用。同时,Mn、Cr元素会增大6082铝合金的淬火敏感性，且易在α(Al)相中产生严重的晶内偏析,造成挤压制品粗晶组织,降低型材氧化着色效果。对于6系铝合金, 6082铝合金在Mg2Si强化的同时,通过增加适量过剩Si来促进强化。因此,重点对Mn的含量进行试验确定: 随着Mn含量增加其粘度增大，流动性下降，因此Mn含量应控制在中偏下范围。所以确定Mn含量的优化范围为0.4%～0.5%。Cr的含量宜控制在0.1%以下, (Mn + Cr)总量控制在0.4%～0.6%范围内【1】【2】。

 

1.1.3 Fe、Cu：少量的Fe（小于0.3%时）对合金的力学性能没有什么影响，并可以细化晶粒。但含量较高，易造成管材表面不光滑和降低其塑性，故而尽量控制在下线。Cu对合金也有强化作用，但含量高会损害抗蚀性，铜含量不宜过高。

 

1.1.4 Ti：6082合金中添加0.01%～0.03% Ti，可以减少铸锭的柱状组织，改善合金的铸造性，并细化铸锭晶粒。

 

1.1.5 其他杂质元素：杂质元素过高易降低制品的强度、塑性和耐蚀性能，故而都应控制在微量。

 

综合上述各种元素的考虑，本公司制定其化学成分如表3-1所示：

 

 

1.2 熔铸工艺的确定

 

1.2.1 为降低杂质元素对型材表面及其性能的影响，全部采用杂质含量少的优质铝锭作为主要原材料。

 

1.2.2 Mn含量较高，其粘度较大，致使铝熔体的流动性较差，故，其熔炼温度比6063铝合金要偏高（熔炼温度为730-740℃）。同时我们采用电磁搅拌的方法，使铝熔体温度和成分均匀【3】。

 

1.2.3 精炼温度为740℃～755℃，精炼方法采用“99.995%以上的高纯氮气+精炼熔剂”法，精炼两次以上，每次的时间控制在15-20分钟，熔体表面的浮渣必须扒干净，保证炉内熔体的清洁。

 

1.2.4 炉前分析成分合格后，静置20-25分钟。

 

1.2.5 铸造前必须将溜槽及分流盘清理干净，以免带入杂质，影响铸棒质量。

 

1.2.6 铸造过程采用优质的50ppi过滤板，在过滤箱前端安放双层20ppi的过滤布，便于过滤掉一些大的表面浮渣，保证铸棒质量。

 

1.2.7 为保证铸棒的晶粒度，采用铝钛硼丝在线细化操作。

 

1.2.8 铸造应考虑金属Mn增大了合金的粘度,使其流动性下降,影响了合金铸造性能，铸造速度要适当降低。加大冷却强度,加快冷却速度,为利于消除晶内偏析现象。控制一次冷却强度,加大二次冷却强度以减少铸造时产生的应力集中,避免产生铸锭裂纹缺陷。冷却水压应控制在0.1～0.3MPa范围内。

 

1.2.9 铸造工艺参数见表3-2 所示：

 

 

1.3 均匀化退火

 

608铝合金变形抗力大，挤压困难，力学性能指标偏高，表面要求高。通过均匀化处理可改变合金的组织，合金组织发生如下变化：

 

(1)晶内偏析消失，消除圆铸锭内部的热应力；

 

(2)Ms2Si相溶入α(Al)中，不平衡共晶消失；

 

(3)β(Al9Fe2Si2)相向α(Al12Fe3Si2)相转变，并细化含铁相粒子。

 

    通过上述变化，其挤压性能和型材质量将得到很大改善。晶内偏析消失将降低挤压时金属流动的不均匀性，提高挤压型材的表面光洁度；组织中粗大不平衡相Mg、Si质点和粗大Al-Fe-Si相粒子的减少、细化将减轻型材表面裂纹倾向，提高挤压速度；Mg2Si相充分固溶则是强化合金，提高其力学性能的首要条件。 

 

均匀化温度：555-565℃ 保温时间：6小时，冷却速度≥200℃/h。

 

 

    产品生产工艺流程为：铸锭加热——挤压——在线淬火——拉伸矫直——切头、尾——取低倍试样——半成品锯切——人工时效——成品检验一入库

综合考虑6082铝合金的主要特点,结合实践生产制订挤压工艺如下:

 

2.1 6082合金变形抗力大，所以铸棒温度应偏上限(500-530℃)。

 

2.2 模具温度也应偏高（450-480℃），挤压筒温度也应偏高（440-500℃）。

 

2.3 为防止缩尾或气泡、氧化皮、杂质卷入，压余应留长一些。

 

2.4 要使合金主要强化相Mg2Si完全固溶，须保证淬火温度在510℃以上，固此型材挤压出口温度应控制在500-530℃。

 

2.5 挤压速度控制在7～11m /min的范围内。

 

2.6 6082合金淬火敏感性高。合金中含有Mn，促进晶内金属间化合物形成，对淬火性能有不利影响。要求淬火冷却强度大、冷却速度快，,制品出前梁后必须立即进行在线淬火，须使温度迅速降到150℃以下。

 

2.7 型材拉伸矫直后锯切装框。

 

综上所述，挤压生产主要工艺参数见表3-3所示：

 

 

 

    时效是型材达到规定力学性能的最后一个环节,合理的时效制度既要保证产品的性能,又要考虑生产效率及生产成本。本次采用的淬火方式为在线淬火方法，淬火的温度在500~530℃之间，这种方法能够保证管材能够固溶，既体现了经济性，也是一种非常实用的生产方法。

 

    为确保型材的是质量，要求时效前，型材装框时，注意料与料之间保持一定的间隔，不可摆放过密。应保护一定间隔，不可排放过密。同时赶在8 h之前装炉时效；否则应在放置30 h以后(但此阶段时效，材料的光学性能、热学性能将发生变化)，材料性能基本达到稳定状态后，方可装炉时效，从而获得理想的力学性能【4】。为了寻找最佳的时效工艺和挤压工艺，我们做了多组试验见表3-4所示。

 

 

（1）通过 “喷水”和 “强风”两种不同冷却方式的比较，可得淬火冷却速度大的，其淬透性更彻底，使得固溶的效果更佳。

 

（2）不同的时效温度对管材有不同的影响，在不产生过时效温度前提下，在同样的时间下，时效温度越高，时效强化的效果越好。

 

（3）在温度相同的前提下，在保证产品的性能前提下，保温时间越长效果越好。

 

由表3-1所示的试验数据可见了解到，第A4、B2、B3和B5组试验结果符合客户的技术要求。但A4、B2和B3都是在技术要求的下限，稍微操作不当很容易出现质量事故。故在满足客户技术要求的前提下，为了提高劳动生产率，本公司采用第B5组（175℃×1.5h）时效制度，时效前型材停留时间不允许超过8h。

 

 

     介绍了6082铝合金挤压管材的熔铸、挤压和热处理工艺，合理设计合金成分及各项生产工艺，寻找出生产工艺应用于生产实践中。生产6082薄壁管材，其最佳生产工艺为：化学成分镁硅含量比控制在0.9-1.2之间为宜，并做到锰控制在下限，过剩硅控制在0.2%左右，并采用555-565℃ 保温时间：6小时，冷却速度≥200℃/h。挤压出口温度控制在500-530℃，采用强风淬火方式；然后在1755℃x1.5h的人工时效制度,即可获得满足客户要求性能的产品。