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铝棒加热方式对6013组织和性能的影响
发布时间: 2016-11-24 16:01:25 来源:admin



技术中心 李正阳/


我司铝棒的保温加热方式主要分为慢速加热和快速加热两种,但不同的加热方式对铝材成型后的组织和性能有着一定的影响。本试验选用6013材料,分别在9#20#挤型设备进行慢速和快速加热试验,后续通过力学性能和金相组织等检测数据进行对比和验证。本实验证明:铝棒经慢速保温后,挤压出来的素材具有晶粒更细,再结晶程度更高,力学性能更佳的特点。
    关键词:6013,晶粒,加热,性能,粗晶层


The billets heating method was mainly divided into slow and fast heating in our company. It has a certain influence of the hot extrusion of aluminum by different heating methods. This experiment of 6013,by fast and slow heating methods in the 9# and 20# extrusion equipmentwas compared and analyzed the metallurgical structure and mechanical properties of specimens. The experiment proved that the billets with slow heating made the material into finer grains,and the recrystallization degree is higher,the characteristics of mechanical properties is better.

Keyword:6013,grain,heating,properties,coarse grain

一、     介绍

铝材的性能特点最主要影响因素为晶粒的大小和组织形态,即完全再结晶的

程度,一般来说,结晶程度越高,晶粒越细小,材料的力学性能越高。我公司铝材的成型主要为热加工成型,与冷加工不同,所产生的应变量较小,而且受加热温度、挤压速度、材料和模具特性的影响,这几种因素又相互产生影响。特别是模具带来的影响,因为型材截面金属流动的不均匀导致不同部位的应变能不同,发生再结晶组织的可能性会更高,主要可分为细晶、粗晶和纤维晶(亚晶),同时铝材的MnCrFe对再结晶也会产生影响。因此,本实验主要通过采用不同加热方式、加热温度和保温时间对6013合金组织和性能的影响进行实验验证。

二、     实验方法

1、准备同炉次同规格铝棒,分别挤压2个棒,保留最后一个棒。

2、使用同一模具,产品类型为手机板扁条,挤压比控制在60左右。

3、分别在慢速和快速铝棒加热炉进行上机实验,试片同炉加热并出炉水冷。

4、选同一炉次进行时效,保证时效工艺的稳定。

5、对素材进行电导率、硬度和拉力性能检测。

6、取样进行低倍晶粒和SEM的检测。

三、     实验结果

1、工艺分析

1 工艺参数

项目

工艺对比

机台

9#

20#

炉号

DA999

合金材料

6013

铝棒规格mm

Φ178*700

模具编号

H118-I19-T01A

挤压比

59

铝棒加热温度℃

555-560-555

500-540

铝棒加热时间H

6

2-2.5

铝棒上机温度℃

520

突破压力Mpa

19

22

稳定压力Mpa

17

挤压速度mm/s

2

挤压时间s

300

盛锭筒温度℃

417-422

394-400

出口温度℃

520-534

495-500

淬火方式

水冷

时效工艺

170*10H

通过上述工艺对比,可以看到,选用慢速加热炉加热铝棒,突破压力从22MPa降低为19MPa,可以降低挤压难度,提高设备的使用寿命。

通过对试片进行电导率和SEM检测得知,经慢速保温的铝棒电导率更低,Mg2Si溶解效果更好,颗粒较少,从而使得电导率下降。而经快速保温的铝棒未溶的Mg2Si颗粒较多,部分未溶的Mg2Si颗粒大小为1.84-3.69μm,电导率相对提高。详见表2

2 电导率对比

1、性能分析

实测性能对比

样品类别

9#

20#

时效工艺

170*10H

导电率%IASC
(
校准46.19

时效前

39.7

40.9

时效后

43.3

43.8

硬度

HRB(实测)

66

65

HV10(换算)

HV0.2(实测)

119

130

116

126

HW(实测)

17

17

拉伸

抗拉强度RmMpa

395

380

屈服强度RpMpa

360

345

断后伸长率A%

15.5

14.0

通过表3可知, 9#机样品的力学性能要稍微优于20#机,屈强比为0.9,材料抗变形能力较好。欠时效时,材料的屈服较低,拉伸性能较好,时效工艺对6013材质的屈服和拉伸效果的影响比较明显。本实验前期由于时效设备的不同,出现了欠时效,因此继续时效170*10H,做过时效处理。与上表对比,屈服和抗拉提升不明显,断后伸长率下降较多。详见表4

欠时效\过时效的性能对比

样品类别

9#欠时效

20#过时效

时效工艺

170*10H

170*20H

导电率%IASC
(
校准46.19

时效前

39.7

40.9

时效后

40.8

44.5

硬度

HRB(实测)

61

67

HV10(换算)

HV0.2(实测)

107

115

121

134

HW(实测)

16

17

拉伸

抗拉强度RmMpa

360

390

屈服强度RpMpa

273

355

断后伸长率A%

20.4

11.5

 

 

2、金相分析

 

 

                                 金相组织对比

通过金相图谱可以得出,9#20#机样品组织结构一致,心部为纤维晶,中

间为粗晶层,外部为细晶层。9#机样品粗晶层深度1.1mm20#机样品粗晶层深度1.5mm9#20#机样品相比,粗晶程度要低,粗晶层厚度相对要小1/3,而且晶粒要明显细一点。素材外部为工作带接触面,发生的形变量较大,产生形变能较多,为再结晶的成核提供所需的相变驱动力。一旦冷加工达到或超过形变能量的临界量,随着冷加工变形增大,将形成更为理想的再结晶组织。如果刚好达到形变能量的最小值,再结晶晶粒将在相邻的未再结晶晶粒间长大(形成粗大晶)[1]。因此截面出现了分层组织。

1、结论

从工艺、性能和金相三方面进行分析对比可得,选用9#机慢速加热工艺,

突破压力降低了3MPa, 可以降低挤压难度,其固溶效果更好,Mg2Si颗粒数量减少,电导率下降,而且获得的组织更细小,粗晶层更薄,力学性能更佳。需要注意的是时效工艺的准确性,避免因设备不同所产生的影响,时效工艺可选择170*10-12H。对于粗晶和心部纤维晶,则需要提高加热温度和挤压速度,增大挤压比或减少模具的分流比来促进完全再结晶,但设备是否支持,材料会否开裂,效果如何,还缺少一定的依据。

而且6013合金Mn含量高,会形成MnAl6弥散相,此相有效的阻止热加工或热处理时晶粒的成核及长大,并促成纤维组织的形成[2],弥散体通过钉住迁移的大角度边界,或在再结晶晶粒长大过程中钉住晶粒边界来影响其尺寸和形状这两种形式来阻止再结晶(Zener阻力) [3]6013抑制再结晶效果明显,主要为纤维晶特性,工艺调整相对较难,不适合做阳极氧化和CNC加工要求比较高的产品。

 

参考文献

1Robert A. Matuska,Kaiser Aluminum.A Review of Recrystallization Mechanisms as Related to Complex Forgings Produced from Extruded 6061 Forging Stock, Ohio USA

2、高森田.铝合金技术  第二版.高铝雷射技术有限公司,2014

3Henry S.Yang,Kaiser Aluminum.挤压6061铝合金中化学成分、挤压速度和温度、模具设计对再结晶层厚度的影响.洛杉矶




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