6082鋁合金擠壓棒材粗晶環問題研究

曹振華，孫 巍，榮 偉，王彥俊，金文福，高喜鵬，唐宏洋

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧遼陽 111003)

6082鋁合金擠壓棒材粗晶環問題研究

曹振華，孫 巍，榮 偉，王彥俊，金文福，高喜鵬，唐宏洋

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧遼陽 111003)

本文對6082鋁合金擠壓模具、合金中Mn含量、淬火保溫時間進行分析，研究6082鋁合金棒材粗晶環形成原因，并制定相應擠壓熱處理制度，滿足客戶要求。

6082鋁合金;擠壓棒材;粗晶環;雙孔模具

6082 鋁合金屬于Al-Mg-Si系鋁合金，是一種可熱處理強化的鋁合金，具有中等強度、較好的加工特性、淬透性及沖擊韌性，并且具有很好的耐腐蝕性能［1-2］。粗晶環是鋁合金擠壓制品中的主要缺陷之一，當斷面形成相當多的粗晶環區域時，材料的力學性能、疲勞強度顯著降低［3］。而6082鋁合金擠壓棒材，在擠壓生產時易出現粗晶環。本文通過研究6082鋁合金棒材粗晶環形成原因，制定相應擠壓熱處理制度，滿足客戶要求。

1 試驗材料及內容

1.1 試驗材料

本試驗用的鑄錠規格為φ275 mm×690 mm的6082鋁合金，采用半連續鑄造方法生產，鑄造過程中采用泡沫陶瓷過濾，Al-Ti-B絲細化晶粒，經均勻化處理，以消除偏析，使成分更加均勻。使用31.5 MN油壓雙動臥式擠壓機進行擠壓。最終本試驗以規格為φ50 mm的6082鋁合金擠壓棒材為主要試驗材料。

1.2 試驗內容

本文著重從以下三個方面研究6082鋁合金擠壓棒材粗晶環形成原因:

1)擠壓模具。在同一臺擠壓機上使用單孔和雙孔擠壓模具進行擠壓，擠壓比分別為32.5和16.2。

2)合金成分。為了研究鋁合金棒材的粗晶問題，選擇三種不同Mn含量的合金進行對比試驗。在客戶協議范圍內分別為:0.41%，0.62%，0.97%，具體化學成分見表1。

3)熱處理工藝。使用雙孔模具擠壓后，上述擠壓棒材在545±10℃下分別保溫90、120、150 min，水淬，時效制度為175℃ ×8 h。從每根棒材切取力

學和低倍組織試樣，研究淬火保溫時間對6082鋁合 金擠壓棒材的力學性能和低倍組織的影響。

表1 7075鋁合金的化學成分(質量分數，%)Table 1 Chemical composition of 7075 aluminum alloy(ω，%)

2 試驗目標

本次試驗研究的目的是找到6082鋁合金棒材粗晶環形成原因，使6082鋁合金擠壓棒材滿足客戶的性能要求。具體性能要求見表2，低倍組織上測得粗晶環≤3 mm。

表2 力學性能要求Table 2 Requirments of mechanical property

3 試驗結果

鋁合金棒材無粗晶環及粗晶環超標的低倍組織見圖1。單孔及雙孔模具擠壓制品的晶粒見圖2。

(a)無粗晶環;(b)粗晶環超標圖1 7075鋁合金棒材低倍組織(a)without coarse grain ring;(b)coarse grain ring exceeding standradFig.1 Macrostructure of the 7075 aluminum alloy bar

(a)單孔模具晶粒度(8級);(b)雙孔模具晶粒度(7級)圖2 單孔與雙孔模具擠壓制品的晶粒度對比(a)grain size of single-hole mould(level 8);(b)grain size of double hole mould(level 7)Fig.2 Comparison with grain size of extrusion products between single-hole and double hole mould

取經過處理的棒材制作標準拉伸試樣，進行拉伸試驗，結果如表3所示。

表3 不同條件下7075鋁合金的力學性能均值及低倍粗晶情況Table 3 The average value of mechanical property and low power coarse grain of 7075 aluminum alloy under different conditions

4 試驗分析與討論

通過對比單孔模與雙孔模，可以認為，在合金成分相同的前提下，單孔模具擠壓制品比雙孔模具的粗晶環問題要嚴重很多。這是由于采用雙孔模具擠壓使其擠壓比降低，在擠壓速度相同的情況下降低了其擠壓變形抗力;單孔擠壓金屬的擠壓變形要遠遠大于雙孔擠壓，而金屬受到擠壓筒壁的摩擦更大，故單孔模具擠壓制品粗晶環要比雙孔模具嚴重。而力學性能方面，單孔擠壓比雙孔擠壓要略高一些，單孔與雙孔模具合格制品晶粒度對比如圖2，單孔模具的晶粒比雙孔模具要細小，這是由于單孔模具擠壓時物理變形程度更大，晶粒破碎更加嚴重，這些導致了單孔擠壓制品擁有更小的晶粒組織，力學性能更好。

對比三種不同合金成分，可以看出，當Mn含量為0.41% 時，擠壓棒材使用單孔及雙孔模具擠壓后粗晶環全部超標;并且隨著淬火保溫時間的增加，粗晶環隨之長大;力學性能隨著淬火保溫時間增加而提高，但是低于客戶的要求。當Mn含量為0.62%時，力學性能顯著提高，且滿足客戶的要求。使用單孔模具擠壓的制品粗晶環厚度已經能夠滿足客戶所要求的≤3 mm;而使用雙孔模具擠壓的制品在經過長時間(150 min)淬火保溫后出現了≤1 mm的粗晶環。當Mn含量為0.97%時，單孔及雙孔模具擠壓后沒有出現粗晶環，而力學性能再次提高的同時，伸長率下降明顯，不能滿足A≥10%的要求。

隨著Mn含量的增加，提高了再結晶溫度，阻止了鋁合金的再結晶過程，提高了合金的機械性能，并顯著細化再結晶晶粒。我們知道，6082鋁合金的主要強化相是Mg2Si和MnAl6，隨著Mn含量的增加，用于細化再結晶晶粒的MnAl6化合物彌散質點也相應增加，這些阻礙了晶粒長大。Mn能提高合金的強度，但是合金中含 Mn過多，會形成粗大、硬脆的Al6Mn化合物會損害合金的性能。

隨著淬火保溫時間的增加，合金的性能逐漸升高，但是保溫時間也有一定臨界值。當保溫時間過長時，合金將發生二次再結晶，晶粒迅速長大，形成粗晶環低倍缺陷。

5 結論

1)使用雙孔模具代替單孔模具進行擠壓，降低了擠壓力和擠壓比，是解決粗晶環問題的有效途徑之一。

2)調整合金成分，Mn含量為0.60% ～0.80%能有效地抑制粗晶環的形成，且能保證合金的性能。

3)粗晶環隨著淬火保溫時間的增加而加深，在保證客戶要求的機械性能的基礎上，盡量縮短淬火保溫時間。

［1］王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊［M］.長沙:中南工業大學出版社，1989.

［2］肖亞慶，謝水生，劉靜安，等.鋁加工技術實用手冊［M］.北京:冶金工業出版社，2005.

［3］張燕飛.6A02鋁合金棒材粗晶環形成原因分析［J］.黑龍江冶金，2008(1):17-18，22.

Research on the Problem of Coarse Grain Ring on Extrusion Bar of 6082 Aluminum Alloy

CAO Zhen-hua，SUN Wei，RONG Wei，WANG Yan-jun，JIN Wen-fu，GAO Xi-peng，TANG Hong-yang
(Liaoning Zhongwang Group Co.，Ltd.，Liaoyang Liaoning 111003，China)

In this paper，the extrusion mould，Mn content in alloy and quenching holding time of 6082 aluminum alloy are analyzed.The forming reason of coarse grain ring on 6082 aluminum alloy bar is studied.The corresponding extrusion heat treatment system is formulated to meet customer requirements.

6082 aluminum alloy;extrusion bar;coarse grain ring;double mould

TG375+.41

A

1673-4971(2014)05-0037-03

2014-06-25

曹振華(1988-)，男，工程師，主要從事鋁合金擠壓熱處理工藝研究。

聯系電話:13841954324;E-mail:hua1988love@yeah.net