一种6系铝合金以及铝合金铸锭的加工方法与流程

1.本发明涉及铝合金的技术领域，尤其是涉及一种6系铝合金以及铝合金铸锭的加工方法。


背景技术：

2.目前市场上军用特种车铝合金车轮及重卡铝合金车轮常用的铝合金是6系合金，军用特种车车轮及重卡车轮均需要较高的强度及韧性；而常规6系铝合金在锻造的过程中，容易出现叠料、裂纹等缺陷，叠料与裂纹缺陷的存在，破坏了金属组织的连续性，在随后的挤压或压延加工过程中无法压合，降低了铝合金的加工性能。
3.叠料与裂纹产生的原因，主要在于铸锭生产过程中存在枝晶偏析，而晶界和晶内各组元分布不均匀，必须通过化学成分的设计及均匀化处理消除或者降低化学成分或组织的不均匀性，使铸锭的化学成分更均匀，组织接近平衡状态。
4.为此，本发明提供了一种6系铝合金以及铝合金铸锭的加工方法，以降低叠料与裂纹出现的概率，进而提高铝合金的可加工性以及提高铝合金的力学性能。


技术实现要素：

5.为了能够提高提高铝合金的可加工性以及提高铝合金的力学性能，本发明提供一种6系铝合金以及铝合金铸锭的加工方法。
6.第一方面，本发明提供的一种6系铝合金，采用如下的技术方案：一种6系铝合金，包括：质量百分比为0.7～0.9％的硅、质量百分比为1.0%～1.2％的镁、质量百分比为0.30％～0.60％的铜、质量百分比为0.13％～0.16％的锰、质量百分比为0.20％～0.24％的铬、质量百分比为0～0.15％的铁、质量百分比为0～0.005%的其它杂质和余量的铝。
7.硅和镁是常用的铝合金强化元素，但它们的含量过高会导致晶界和晶内的分布不均匀，铜也是一种常用的强化元素，但它的含量过高也会导致晶界偏析的问题；通过采用上述技术方案，通过控制硅、镁、铜元素的含量与比例，降低晶界和晶内各组元的不均匀性。
8.可选的，所述镁与所述硅的质量比为1.5～1.7。
9.通过采用上述技术方案，通过严格控制镁、硅的质量比例，可以进一步降低晶界和晶内各组元的不均匀性。
10.可选的，还包括质量百分比为0.028％～0.035％的钛。
11.通过采用上述技术方案，钛能够在熔体中形成稳定的氧化物，这些氧化物可以作为晶核，促进晶粒细化，从而提高铝合金的强度和塑性；而且钛可以和氧化铝反应生成二氧化钛，这哥反应过程有助于清除铝合金中的气体，减少气孔的产生。
12.可选的，还包括质量百分比为0.03％～0.04％的硼。
13.通过采用上述技术方案，硼与铝的反应可以生成二硼化铝，这些二硼化铝颗粒可以作为晶核，促进晶粒细化，从而提高铝合金的强度和塑性；而且硼可以促进铝合金在热处
理过程中形成更稳定的相，从而改善热处理效果。
14.第二方面，本发明提供的一种铝合金铸锭的加工方法，采用如下的技术方案：一种铝合金铸锭的加工方法，包括以下步骤：熔炼浇筑：分别称取纯铝水、纯铜锭、纯镁锭、铝钛合金锭和铝钛硼丝，之后熔炼得到铝合金熔液，之后将铝合金溶液浇铸成圆铸锭；均匀化处理：对圆铸锭进行均匀化处理。
15.通过采用上述技术方案，先将原材料加热熔融，使铝合金中的各个元素混合，之后浇筑成圆铸锭；之后通过均匀化处理，使圆铸锭中的各元素混合均匀。
16.可选的，所述熔炼浇筑步骤中，熔炼的温度为740℃～760℃，熔炼的时间为6h～8h。
17.通过采用上述技术方案，可以使原料熔炼的更加均匀，在浇筑成圆铸锭后，圆铸锭各部位的材料比例更加均匀，进而降低均匀化处理时各元素扩散的难度。
18.可选的，所述均匀化处理步骤中还包括以下步骤：第一阶段均匀化处理：将圆铸锭放入均匀化炉中，使圆铸锭的表面温度达到380℃-400℃，并保持该温度4h；室温冷却：将圆铸锭取出，使圆铸锭冷却至室温，进而形成铝合金铸锭。
19.通过采用上述技术方案，380℃-400℃时，圆铸锭中的硅和铜元素将开始溶解并开始均匀分布，进而消除局部的固溶体和化合物，减少圆铸锭各部位之间的硬度和强度的差异。
20.可选的，所述均匀化处理步骤中还包括第一阶段冷却步骤：第一阶段冷却：在第一阶段均匀化处理步骤后，将圆铸锭放在通风的区域进行1.5小时的风冷处理，风速2m/s-4m/s。
21.通过采用上述技术方案，通过风冷的方式对圆铸锭进行冷却，可以实现圆铸锭的快速降温，使圆铸锭内部组织固定在第一阶段均匀化处理时的状态，进而保持圆铸锭中的硅和铜元素分布的均匀程度。
22.可选的，所述均匀化处理步骤中还包括第二阶段均匀化处理步骤：第二阶段均匀化处理：在第一阶段冷却步骤后，将圆铸锭放入均匀化炉中，使圆铸锭的表面温度达到535℃-555℃，并保持该温度2h。
23.通过采用上述技术方案，535℃-555℃时，圆铸锭中的镁元素开始溶解并均匀分布，如此可以消除第一阶段均匀化处理步骤后圆铸锭中可能残留的元素不均匀性，进一步提高圆铸锭中元素的均匀性和稳定性。
24.可选的，所述均匀化处理步骤中还包括第二阶段冷却步骤：第二阶段冷却：在第二阶段均匀化处理步骤后，将圆铸锭放在通风的区域进行1.5小时的风冷加雾冷处理，风速2m/s-4m/s，每立方米圆铸锭的用水量为20m
³
/h-35m
³
/h。
25.通过采用上述技术方案，风冷加雾冷处理可以实现对圆铸锭的快速降温，使圆铸锭内部组织固定在第二阶段均匀化处理时的状态，进而保持圆铸锭中的镁元素分布的均匀程度；同时雾冷可以清除圆铸锭表面的氧化物，进而提高圆铸锭的表面质量。
26.可选的，所述均匀化处理步骤中还包括第三阶段均匀化处理步骤：第三阶段均匀化处理：在第二阶段冷却步骤后，将圆铸锭放入均匀化炉中，使圆铸
锭的表面温度达到555℃-575℃，并保持该温度8h。
27.通过采用上述技术方案，555-575℃时，圆铸锭中的硅、铜、镁等元素将继续均匀分布，在圆铸锭被冷却后，可以形成晶粒更加细小且均匀的金相组织，使铝合金铸锭的力学性能更加稳定。
28.可选的，所述均匀化处理步骤中还包括第三阶段冷却步骤：第三阶段冷却：在第三阶段均匀化处理步骤后，将圆铸锭放在通风的区域进行1.5小时的风冷加水冷处理风速2m/s-4m/s，每立方米圆铸锭的用水量为20m
³
/h-35m
³
/h。
29.通过采用上述技术方案，风冷加水冷处理可以实现圆铸锭的快速降温，从而使溶解硅和铜元素被快速固定，维持了第三阶段均匀化处理后元素分布的均匀性，进而维持了铝合金铸锭的硬度和强度。
30.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：1. 通过调整硅、镁、铜元素的占比，降低了晶界和晶内各组元的不均匀性，使得铝合金具有更好的可加工性，在加工时铝合金不易出现叠料、裂纹等缺陷。
31.2. 通过加入钛元素，使钛在熔体中形成稳定的氧化物，这些氧化物可以作为晶核，促进晶粒细化，从而提高铝合金的强度和塑性；而且钛可以和氧化铝反应，有助于清除铝合金中的气体，减少气孔的产生，进一步提高铝合金的强度。
32.3. 通过加入硼元素，硼与铝的反应可以生成二硼化铝，这些二硼化铝颗粒可以作为晶核，促进晶粒细化，从而提高铝合金的强度和塑性；而且硼可以促进铝合金在热处理过程中形成更稳定的相，从而改善热处理效果。
33.4. 通过三个阶段的均匀化处理步骤的设置，使铝合金中各个元素分布的更加均匀；而且使铁相回溶更加充分，同时控制了镁-铝相的析出，从而降低了铝合金的屈服强度，减少铝合金的残余应力，同时提高合金的塑性，降低了变形抗力，改善了铝合金的可锻造性。
附图说明
34.图1是对比例1的组织金相图；图2是实施例3的组织金相图。
实施方式
35.以下结合图1及图2对本发明作进一步详细说明。
实施例
36.本实施例公开了一种6系铝合金，6系铝合金包括：质量百分比为0.7～0.9％的硅、质量百分比为1.0%～1.2％的镁、质量百分比为0.30％～0.60％的铜、质量百分比为0.13％～0.16％的锰、质量百分比为0.20％～0.24％的铬、质量百分比为0～0.15％的铁、质量百分比为0～0.005%的其它杂质和余量的铝；且镁与所述硅的质量比为1.5～1.7。
37.通过以下步骤制备：s1：熔炼浇筑：分别称取纯铝水、纯铜锭、纯镁锭、铝钛合金锭和铝钛硼丝，之后熔炼得到铝合金熔液，熔炼的温度为740℃～760℃，熔炼的时间为6h～8h；之后将铝合金溶液
浇铸成圆铸锭。
38.s2：均匀化处理：对圆铸锭进行均匀化处理；s21：第一阶段均匀化处理：将圆铸锭放入均匀化炉中，使圆铸锭的表面温度达到380℃-400℃，并保持该温度4h；s22：第一阶段冷却：在第一阶段均匀化处理步骤后，将圆铸锭放在通风的区域进行1.5小时的风冷处理，风速2m/s-4m/s。
39.s23：第二阶段均匀化处理：在第一阶段冷却步骤后，将圆铸锭放入均匀化炉中，使圆铸锭的表面温度达到535℃-555℃，并保持该温度2h；s24：第二阶段冷却：在第二阶段均匀化处理步骤后，将圆铸锭放在通风的区域进行1.5小时的风冷加雾冷处理，风速2m/s-4m/s，每立方米圆铸锭的用水量为20m
³
/h-35m
³
/h；s25：第三阶段均匀化处理：在第二阶段冷却步骤后，将圆铸锭放入均匀化炉中，使圆铸锭的表面温度达到555℃-575℃，并保持该温度8h；s26：第三阶段冷却：在第三阶段均匀化处理步骤后，将圆铸锭放在通风的区域进行1.5小时的风冷加水冷处理风速2m/s-4m/s，每立方米圆铸锭的用水量为20m
³
/h-35m
³
/h。
40.s27：室温冷却：将圆铸锭取出，使圆铸锭冷却至室温，进而形成铝合金铸锭。
41.对比例1：本实施例公开了一种6系铝合金，6系铝合金包括：质量百分比为0.7～0.8％的硅、0.9%～1.0％的镁、0.20％～0.30％的铜、0～0.25%的铁、0.03％～0.09％的锰、0.15％～0.20％的铬、0～0.005%的其它杂质和余量的铝。
42.对比例1的制备方法与实施例1的制备方法相同。
43.实施例1和对比例1测试数据如下表所示：硬度(hb)抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(%)实施例112134231313对比例111433129812通过实施例1和对比例1的对比，可以看出，在调整了硅、镁、铜、铁、锰、铬的含量后，可以降低晶界和晶内各组元的不均匀性，能够提高铝合金的硬度、抗拉强度、屈服强度以及延伸率，延伸率的提高能够降低铝合金在锻造的过程中出现叠料、裂纹等缺陷的概率，提高锻造的成品率。
44.实施例2：本实施例公开了一种6系铝合金，6系铝合金包括：质量百分比为0.7～0.9％的硅、质量百分比为1.0%～1.2％的镁、质量百分比为0.30％～0.60％的铜、质量百分比为0.13％～0.16％的锰、质量百分比为0.20％～0.24％的铬、质量百分比为0～0.15％的铁、质量百分比为0.028％～0.035％的钛、质量百分比为0～0.005%的其它杂质和余量的铝；且镁与所述硅的质量比为1.5～1.7。
45.实施例2的制备方法与实施例1的制备方法相同。
46.实施例2的测试数据如下表所示：硬度(hb)抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(%)实施例212936133014实施例3：本实施例公开了一种6系铝合金，6系铝合金包括：质量百分比为0.7～
0.9％的硅、质量百分比为1.0%～1.2％的镁、质量百分比为0.30％～0.60％的铜、质量百分比为0.13％～0.16％的锰、质量百分比为0.20％～0.24％的铬、质量百分比为0～0.15％的铁、质量百分比为0.028％～0.035％的钛、质量百分比为0.03％～0.04％的硼、质量百分比为0～0.005%的其它杂质和余量的铝；且镁与所述硅的质量比为1.5～1.7。
47.实施例3的制备方法与实施例1的制备方法相同。
48.实施例3的测试数据如下表所示：硬度(hb)抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)延伸率(%)实施例313137233514通过实施例1、实施例2以及实施例3的对比，可以看出，在各合金元素添加范围内，增加一定量的钛元素，可以有效增加合金的硬度、抗拉强度、屈服强度以及延伸率；而再加入一定量的硼元素，可以有效增加合金抗拉强度以及屈服强度。结合图1及图2可以看出，在调整了硅、镁、铜、铁、锰、铬的含量以及添加了一定含量的钛元素以及硼元素后，铝合金铸锭的内部组织晶粒变的更加细小且均匀。
49.本发明的铝合金铸锭中调整了硅、镁、铜、锰、铬、铁的含量比例，尤其是调整了硅、镁、铜的含量比例，可以降低晶界和晶内各组元的不均匀性，能够提高铝合金的硬度、抗拉强度、屈服强度以及延伸率。
50.本发明的铝合金铸锭中加入了一定含量的钛元素，钛能够在熔体中形成稳定的氧化物，这些氧化物可以作为晶核，促进晶粒细化，从而提高铝合金的强度和塑性；而且钛可以和氧化铝反应生成二氧化钛，这哥反应过程有助于清除铝合金中的气体，减少气孔的产生本发明的铝合金铸锭中加入了一定含量的硼元素，硼与铝的反应可以生成二硼化铝，这些二硼化铝颗粒可以作为晶核，促进晶粒细化，从而提高铝合金的强度和塑性；而且硼可以促进铝合金在热处理过程中形成更稳定的相，从而改善热处理效果。
51.本发明的铝合金铸锭通过三个阶段的均匀化处理以及三个阶段的冷却，在使铝合金中各个元素分布的更加均匀的情况下，使铁相回溶充分，控制了镁-硅相的析出，从而降低了屈服强度，减少铸锭残余应力，同时提高合金的塑性，降低变形抗力，改善铝合金的可锻造性；从而避免了铝合金材料在锻造的过程中，容易出现叠料、裂纹等缺陷。
52.以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种6系铝合金，其特征在于：包括质量百分比为0.7～0.9％的硅、质量百分比为1.0%～1.2％的镁、质量百分比为0.30％～0.60％的铜、质量百分比为0.13％～0.16％的锰、质量百分比为0.20％～0.24％的铬、质量百分比为0～0.15％的铁、质量百分比为0～0.005%的其它杂质和余量的铝。2.根据权利要求1所述的一种6系铝合金，其特征在于：所述镁与所述硅的质量比为1.5～1.7。3.根据权利要求1或2所述的一种6系铝合金，其特征在于：还包括质量百分比为0.028％～0.035％的钛。4.根据权利要求1或2所述的一种6系铝合金，其特征在于：还包括质量百分比为0.03％～0.04％的硼。5.一种铝合金铸锭的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：熔炼浇筑：分别称取纯铝水、纯铜锭、纯镁锭、铝钛合金锭和铝钛硼丝，之后熔炼得到铝合金熔液，之后将铝合金溶液浇铸成圆铸锭；均匀化处理：对圆铸锭进行均匀化处理。6.根据权利要求5所述的一种铝合金铸锭的加工方法，其特征在于：所述熔炼浇筑步骤中，熔炼的温度为740℃～760℃，熔炼的时间为6h～8h。7.根据权利要求5或6所述的一种铝合金铸锭的加工方法，其特征在于：所述均匀化处理步骤中还包括以下步骤：第一阶段均匀化处理：将圆铸锭放入均匀化炉中，使圆铸锭的表面温度达到380℃-400℃，并保持该温度4h；室温冷却：将圆铸锭取出，使圆铸锭冷却至室温，进而形成铝合金铸锭。8.根据权利要求7所述的一种铝合金铸锭的加工方法，其特征在于：所述均匀化处理步骤中还包括第一阶段冷却步骤：第一阶段冷却：在第一阶段均匀化处理步骤后，将圆铸锭放在通风的区域进行1.5小时的风冷处理，风速2m/s-4m/s。9.根据权利要求8所述的一种铝合金铸锭的加工方法，其特征在于：所述均匀化处理步骤中还包括第二阶段均匀化处理步骤：第二阶段均匀化处理：在第一阶段冷却步骤后，将圆铸锭放入均匀化炉中，使圆铸锭的表面温度达到535℃-555℃，并保持该温度2h。10.根据权利要求9所述的一种铝合金铸锭的加工方法，其特征在于：所述均匀化处理步骤中还包括第二阶段冷却步骤：第二阶段冷却：在第二阶段均匀化处理步骤后，将圆铸锭放在通风的区域进行1.5小时的风冷加雾冷处理，风速2m/s-4m/s，每立方米圆铸锭的用水量为20m
³
/h-35m
³
/h。11.根据权利要求10所述的一种铝合金铸锭的加工方法，其特征在于：所述均匀化处理步骤中还包括第三阶段均匀化处理步骤：第三阶段均匀化处理：在第二阶段冷却步骤后，将圆铸锭放入均匀化炉中，使圆铸锭的表面温度达到555℃-575℃，并保持该温度8h。12.根据权利要求11所述的一种铝合金铸锭的加工方法，其特征在于：所述均匀化处理步骤中还包括第三阶段冷却步骤：
第三阶段冷却：在第三阶段均匀化处理步骤后，将圆铸锭放在通风的区域进行1.5小时的风冷加水冷处理风速2m/s-4m/s，每立方米圆铸锭的用水量为20m
³
/h-35m
³
/h。

技术总结
本发明涉及一种6系铝合金以及铝合金铸锭的加工方法，涉及铝合金的技术领域，6系铝合金包括质量百分比为0.7～0.9％的硅、质量百分比为1.0%～1.2％的镁、质量百分比为0.30％～0.60％的铜、质量百分比为0.13％～0.16％的锰、质量百分比为0.20％～0.24％的铬、质量百分比为0～0.15％的铁、质量百分比为0～0.005%的其它杂质和余量的铝。铝合金铸锭的加工方法包括熔炼浇筑以及均匀化处理等步骤。本发明能够降低晶界和晶内各组元的不均匀性，提高铝合金铸锭的可加工性，降低了铝合金铸锭被加工时出现叠料、裂纹的概率。裂纹的概率。裂纹的概率。


技术研发人员：李洪光 孙谱 李庆 李东东 朱宝阵 丁有望 贾子瑞 穆瑞鹏 秦作峰 张皓 赵强 马永健 孙涛 许震
受保护的技术使用者：山东骏程金属科技有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/13