一种提高6082铝合金性能的热处理工艺

摘要

本发明涉及铝合金技术领域，具体地说，是一种提高6082铝合金性能的热处理工艺，将6082铝合金依次经过如下步骤处理：S1，挤压工艺，淬火；S2，回归工艺；S3，时效工艺；其中，所述的步骤S1淬火温度为510‑530℃，停放时间为16h‑48h；所述的步骤S1冷却方式：喷水水冷；所述的步骤S2回归工艺为：回归的温度255℃，保温5分钟；所述的步骤S3时效工艺参数为180℃，保温6小时。采用本发明的工艺处理后的铝合金型材，冲压情况良好，满足其使用要求，并解决了因自然时效造成硬度升高的产品报废的情况，大大提高的材料的利用率，废品率显著降低。

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，具体地说，是一种提高6082铝合金性能的热处理工艺。

背景技术

6082铝合金属于Al-Mg-Si系，可热处理强化，Mg₂Si相为强化相。该合金具有中等强度、耐腐蚀性高，无应力腐蚀破裂倾向，焊接性能好，成型性和工艺性能良好等优点。具有良好的综合性能，该合金广泛用于制造中等强度，塑性和抗腐蚀要求高的飞机零件，大型结构件以及常温下工作的锻件。近期，我司生产的6082-T6铝合金型材冲压件出现停放较长时间后硬度偏高(12.5HW-14HW)，性能不均，“停放效应”明显的现象，客户冲压工序因此原因导致的废品率升高，跟踪客户生产现场冲压报废得到的数据：每10件约有2-3件因上述原因报废，报废率较高。

客户使用本产品加工成汽车横梁，加工设备是冲压机床。加工过程中，因为“自然时效”，产品硬度增加，抵抗变形能力增强，在冲压完成后，有回弹倾向，回弹后轮廓度检具超差，影响整车装配时精度；为提高客户冲压合格率，开展了本发明研究。

发明内容

本发明的目的在于研究挤压型材淬火温度(固溶温度)、时效前停放效应等参数对6082铝合金组织性能，硬度的变化规律，找出符合客户冲压条件的工艺参数。

本发明提供一种提高6082铝合金性能的热处理工艺，将6082铝合金依次经过如下步骤处理：

S1，挤压工艺，淬火；

S2，回归工艺；

S3，时效工艺。

其中，所述的步骤S1挤压过程铸锭设定加热温度：460℃-470℃；挤压筒设定温度：450℃；挤压杆前进速度：1.5-2.0；挤压过程挤压杆前进速度，适当调节，满足出口温度范围。

优选的，所述的步骤S1淬火温度(挤压型材入淬火系统极限温度)：510℃-530℃，停放时间为16h-48h。

优选的，所述的步骤S1冷却方式：水冷(喷水)。

优选的，所述的步骤S2回归工艺为：255℃/5min(回归的温度255℃，保温5分钟)；此工艺在于解决型材硬度大于12.5HW的情况，小于12.5HW的型材不必使用；所以客户与我司需紧密对接，生产完成的产品立即转入冲压工序，若停放时间过长，需要对型材进行回归后使用。

优选的，所述的步骤S3时效工艺参数为180℃/6h(180℃，保温6小时)。

优选的，所述的6082铝合金型号为PSG390型材。

优选的，所述的6082铝合金铸锭的化学成分为：Si 1.07～1.17％，Fe 0.25％，Cu 0.02-0.06％，Mg 0.65～0.75％，Mn 0.50～0.55％，Zn 0.10％，Ti 0.10％，Cr 0.10-0.15％，余量为Al。

本发明优点在于：

采用本发明的工艺处理后的铝合金型材，冲压情况良好，满足其使用要求，并解决了因自然时效造成硬度升高的产品报废的情况，大大提高的材料的利用率，废品率显著降低。

附图说明

图1：硬度随时间变化规律。

图2：硬度(布氏)随时间变化关系。A，试样(1)；B，试样(2)。

图3：放置72小时稳定后硬度(布氏)曲线。

图4：停放3h，不同固溶温度性能值变化曲线。

图5：停放16h，不同固溶温度性能值变化曲线。

图6：停放48h，不同固溶温度性能值变化曲线。

图7：停放72h，不同固溶温度性能值变化曲线。

图8：相同固溶温度，不同停放时间屈服变化规律。

图9：相同固溶温度，不同停放时间拉伸强度变化规律。

图10：相同固溶温度，不同停放时间延伸率变化规律。

图11：300℃回归工艺硬度变化趋势。

图12：270℃回归工艺硬度变化趋势。

图13：255℃回归工艺硬度变化趋势。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

实施例1

一、实验材料、工艺参数

1、型号为PSG390型材，使用铸锭的化学成分如下表1所列。固溶温度(挤压过程中淬火温度)分别为500℃、510℃、520℃、530℃、540℃，时效制度为180℃/6h。

其中，所述的铝合金型材为型号为PSG390型材，所述的铸锭的化学成分如下表1所示：

表1

合金 Si Fe Cu Mg Mn Zn Ti Cr 6082 1.07～1.17 0.25 0.02-0.06 0.65～0.75 0.50～0.55 0.10 0.10 0.10-0.15

2、挤压过程工艺参数设置

铸锭设定加热温度值：460℃-470℃；(挤压过程铸锭加热温度)

挤压筒设定温度：450℃±10℃；(挤压过程挤压筒设定温度)

挤压杆前进速度：1.6±0.2mm/s(挤压过程挤压杆前进速度，适当调节，满足出口温度范围)；

淬火温度(即固溶温度：型材入淬火系统温度)：500-540℃；

冷却方式：水冷(喷水)；

3、时效工艺：180℃/6h，(T6性能验证：Rm≥300MPa Rp0.2＝270MPa A5≥8％)

4、实验步骤：

研究不同淬火温度(固溶温度)的初始硬度值、稳定后的硬度区间，时效后的性能指标，绘制曲线，分析淬火温度(固溶温度)、停放时间对硬度、性能变化的影响规律，制定符合客户使用要求的工艺参数值：

(1)为了做本次实验，挤压过程中淬火温度(固溶温度)控制在500-540℃，其他挤压参数要求按上述工艺参数执行，实验机台为2200T挤压机，生产过程中监控每整支挤压型材的淬火温度(固溶温度)并标记；

(2)挤压过程中标注整支铸锭挤压过程中型材表面温度(为满足所需温度区间，可适当调整挤压速度)，标记温度分别为500℃、510℃、520℃、530℃、540℃；

(3)取样后，按一定的时间间隔测量试样布氏硬度及时效后的性能(180℃/6h)并填写表格；

(4)绘制并分析曲线，确定淬火温度(固溶温度)、停放时间对硬度、性能的影响规律，找到满足硬度要求的合理的淬火温度(固溶温度)值或工艺参数。

二、停放时间与硬度变化研究

设置两组实验试样进行对比，每个试样测试三点硬度值后取平均值：

1、停放时间与硬度变化趋势

从图1“时间-硬度”曲线可以看出，在前8小时内硬度随停放时间的延长，上升趋势明显；超过8小时后，硬度变化缓慢，较稳定，基本维持在一定的区间变化；48h小时后测量硬度基本稳定在10-12.5HW间，98％产品稳定在此区间，冲压效果良好。

2、不同淬火温度(固溶温度)，放置相同时间后进行硬度(布氏)测试；由表2、表3数据和图2可知，初始淬火温度(固溶温度)不同，相应的初始硬度不同，初始固溶温度越低，对应的硬度较低，随着停放时间的延长，稳定后的硬度呈递增趋势变化；考虑到客户时效前进行冲压加工，淬火温度(固溶温度)低，有利于冲压变形，在保证性能的情况下，固溶温度可选择在510℃-530℃较为合理。

表2 试样(1)硬度(布氏)随时间变化关系

固溶温度 停放3h 停放16h 停放48h 停放72h 500℃ 63.9 67.2 69.9 72.4 510℃ 67.2 68.9 75.0 78.0 520℃ 70.0 73.0 78.0 80.1 530℃ 71.1 73.8 76.6 79.7 540℃ 71.8 74.6 77.0 79.5

表3 试样(2)硬度(布氏)随时间变化关系

固溶温度 停放3h 停放16h 停放48h 停放72h 500℃ 63.9 67.2 69.9 72.4 510℃ 67.2 68.9 73.5 76.6 520℃ 70.1 73.4 75.7 78.9 530℃ 73.7 76.0 76.8 78.9 540℃ 74.5 75.3 78.2 78.4

3、放置72小时稳定后硬度(布氏)曲线，硬度基本稳定在70HB-80HB，见表4，变化规律见图3。

表4 放置72小时稳定后硬度(布氏)数据

固溶温度 停放72h 500℃ 75.2 510℃ 75.4 520℃ 77.4 530℃ 78.9 540℃ 79.8

三、不同固溶温度不同停放时间对6082合金性能的影响

不同淬火温度(固溶温度)及不同停放时间6082型材PSG390试样时效(180℃/6h)后拉伸性能的变化规律见性能对比图表；淬火后停放时间分别为3h、16h、48h、72h之后进行人工时效，检测力学性能，绘制时效前停放时间与力学性能关系曲线。

1、停放时间相同，固溶温度从500℃上升到540℃时，时效后合金的强度升高，上升到540℃-550℃时，强度最大，伸长率下降；温度继续上升时，按照理论推理强度开始下降。随着固溶温度的升高，残留结晶相的数量逐渐减少，时效后获得的β″沉淀强化相的尺寸更小、密度更高，晶界无沉淀析出区更窄，强度和伸长率更高；但温度过高时，再结晶严重，晶粒粗大，挤压效应消失，强度下降，见表5-8和图4-7。综合考虑强度和拉伸率，540-550℃是较佳的固溶温度。

表5 停放3h时间，不同淬火温度(固溶温度)性能变化变化情况

表6 停放16h时间，不同淬火温度(固溶温度)性能变化变化情况

表7 停放48h时间，不同淬火温度(固溶温度)性能变化变化情况

表8 停放72h时间，不同淬火温度(固溶温度)性能变化变化情况

2、固溶温度相同，随着停放时间增加，停放时间前期随着时间增加其强度性能下降；停放时间在8h～14h范围内随着时间增加其强度性能下降明显，在10h-20h时达到最低点后趋于稳定；停放时间超过30h后，随着时间增加其强度性能稍有增加，见表9-11和图8-10。

表9相同淬火温度(固溶温度)，不同停放时间拉伸强度变化规律

表10 相同淬火温度(固溶温度)，不同停放时间屈服变化规律

表11 相同淬火温度(固溶温度)，不同停放时间延伸率变化规律

停放效应与室温停留时产生的GP区重新溶解有关。停放时间较长，合金中将形成大量硅的偏聚团，因而固溶体中溶质元素的浓度大大降低，人工时效时那些小于临界尺寸的GP区将重新溶入固溶体，因而影响了材料的性能；但如果继续延长停放时间，则那些小于临界尺寸的GP区有可能长大到稳定的晶核尺寸，因此，使合金的强度有所回升，因此室温停放的影响又重新减小，但停放时间过长，对材料的屈服强度有不利影响。在本次实验中，高温区域的性能变化较为明显。

五、回归热处理的应用

在实际生产中，淬火后的停放时间是根据生产情况而定的，并没有严格的规定，有很大的随意性，于是造成了产品因为停放时间过长而造成强度上升，硬度加大，塑性降低，冲压时出现断裂的现象，造成产品报废，为解决因停放时间长，硬度高的问题，我们通过探究本成分6082合金的回归工艺，解决上述问题的发生，降低因自然时效造成的产品批量报废。

1、回归现象特点

经过自然时效强化的铝合金，快速加热至200℃-300℃，然后快速冷却至室温，该合金重新软化，恢复至新淬火状态，如将其在室温下停放，仍能进行正常的自然时效。这种现象称为回归现象。回归现象实际上是经过自然时效后的铝合金生成的GP区或亚稳定相，在快速短时间加热时发生溶解，变成原有的淬火状态。因而合金性能也恢复到新淬火状态下的性能。回归现象具有下面几个特点：

(1)凡自然时效强化的铝合金都具有回归现象。

(2)回归处理可以多次重复进行。但是每次回归处理后，它的性能不能完全恢复到原有状态，总有一点差距。

(3)回归处理的温度越高，回归过程越快，所需加热时间越短。

(4)经回归处理后的合金，其耐蚀性能有所下降。

(6)在回归热处理时要严格控制温度和时间，以免对合金的组织和性能产生不良影响。

2、实验过程：

分别对固溶处理后自然时效5天的试样进行300℃、270℃、255℃，不同保温时间的回归热处理，并测定试样回归前的硬度值(标记：HV1)，回归后1h内的硬度值(标记：HV2)，求出硬度变化量ΔHV(＝HV2-HV1)，结果见下表12。

表12 PSG390(6082/T4)300℃回归工艺试验

(1)由上表12可看出，高温回归，材料明显出现过时效现象，性能显著降低，已经不能满足客户要求。

表13 PSG390(6082/T4)270℃回归工艺试验

(2)由上表13可知，保温时间在2min时出现拐点，是比较合理的回归点，但实际生产中，短时间很难控制，不适合实际生产，而超过十分钟，材料性能开始下降，出现过时效的情况。

表14 PSG390(6082/T4)255℃回归工艺试验

(3)由上表14可知，保温时间在5min时出现拐点，是比较合理的回归点，实际生产中，容易控制，而超过7min，材料硬度开始上升，出现硬度提升的情况。

综上所述，本发明上述成分的6082合金，合理的回归温度时255℃/5min，回归后硬度换算成韦氏硬度约12-13HW，通过与客户的沟通，冲压情况良好，满足其使用要求，并解决了因自然时效造成硬度升高的产品报废的情况，大大提高的材料的利用率。

六、总结

1、硬度随停放时间的延长逐渐上升，在前8小时内上升迅速，超过8小时后上升缓慢，在16h-48h内硬度基本趋于稳定；从多次测量数据来看，最终10W-12.5W之间，客户冲压合格达98％以上；

2、淬火温度(固溶温度)(500～550℃)：

(1)停放时间相同，随着淬火温度(固溶温度)的升高，合金的强度先升高后下降，在540-550℃左右时达最高值；温度继续上升时，按照理论推理强度开始下降。淬火温度(固溶温度)影响合金初始硬度值，淬火温度(固溶温度)低，初始硬度低，在符合T6性能要求的条件下，为满足客户要求，降低因淬火温度过低造成性能不合格的风险，可选择淬火温度(固溶温度)范围为510℃-530℃；

(2)淬火温度(固溶温度)相同，随着停放时间的延长，强度先下降后趋于稳定状态，延伸率先升高后趋于稳定状态，彼此间相互对应，中高温区域表现明显，低温区域表现并不理想；

3、实际生产过程中可根据客户使用要求收窄工艺范围，控制停放时间及缩短加工周期，多次跟踪客户冲压情况，废品率降低至每100件中2-3件因上述原因造成的产品报废；

优化后的挤压过程工艺参数：

铸锭温度：460℃-470℃；(挤压过程铸锭加热温度)

挤压筒设定温度：450℃±10℃；(挤压过程挤压筒设定温度)

挤压杆前进速度：1.5-2.0(挤压杆设定速度，挤压过程中适当调节，满足出口温度范围)；

淬火温度：510-530℃；(挤压型材入淬火系统极限温度)

冷却方式：水冷(喷水)；

回归工艺为：255℃/5min(此工艺在于解决型材硬度大于12.5HW的情况，小于12.5HW的型材不必使用；所以要求客户与我司解密对接，生产完成的产品立即转入冲压工序)。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。