6026-T9高精度棒材的生產(chǎn)工藝研究

周江平，朱世安，劉 歡，蔡月華，蒙 博

（1.廣東精美特種型材有限公司，清遠(yuǎn)511540；2.廣東豪美新材股份有限公司，清遠(yuǎn)511540）

0 前言

隨著現(xiàn)代交通工具的快速發(fā)展，對材料的性能要求越來越高。鋁合金制品因其質(zhì)量輕、耐腐蝕性能好、拉伸性能高等特點(diǎn)而成為當(dāng)今世界各國交通業(yè)用材的研究熱點(diǎn)[1]。6026 鋁合金屬于中等強(qiáng)度Al-Mg-Si 系鋁合金，為可熱處理強(qiáng)化合金，主要用于制造既要有高的強(qiáng)度，又要有高的斷裂韌性的焊接結(jié)構(gòu)，如交通運(yùn)輸車輛的桿件、容器、大型熱交換器，以及焊接后不能進(jìn)行固溶處理的部件，還可用于制造體育器材等[2]。

這個創(chuàng)新合金是為了達(dá)到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)而被研發(fā)出來的，在高速自動機(jī)床上加工尤為合適。6062合金具有優(yōu)秀的防腐能力，中高力學(xué)性能，適合用于裝飾和工業(yè)氧化，同樣也適用于熱鑄造。該合金不含Sn，Sn 會導(dǎo)致材料在高壓和高溫條件下其加工部分衰弱并斷裂。6026 可以替代部分6061、6082、6064A、6042、6262、6012、2007、2030 等合金產(chǎn)品[3-4]。

該種合金要求嚴(yán)格控制有毒元素鉛的含量。因?yàn)殂U會污染其他鋁合金元素。含鉛鋁合金熔鑄前后要進(jìn)行清爐和洗爐，這給生產(chǎn)帶來較大的不便，同時增加了工藝廢料的管理難度。鑒于客戶對高精度及其他苛刻條件的需求，我公司通過不斷的研發(fā)試制，生產(chǎn)出了符合客戶全部要求的6029-T9棒材產(chǎn)品，且質(zhì)量達(dá)到了歐洲產(chǎn)品的要求。

結(jié)合相關(guān)的硬質(zhì)合金的生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)客戶提出的相關(guān)技術(shù)性能要求，我們對此進(jìn)行了前期工藝設(shè)計(jì)及試制生產(chǎn)，總結(jié)出符合客戶要求的生產(chǎn)工藝制度。本文主要通過熔鑄、擠壓、時效、拉拔等工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究與驗(yàn)證。

1 技術(shù)要求

6026-T9的工藝流程：熔鑄→擠壓→時效→拉拔。

表1 6026-T9棒材性能要求

2 實(shí)驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用規(guī)格為φ40 mm 的6026 擠壓棒材為主要試驗(yàn)材料，擠壓系數(shù)25，化學(xué)成分符合EN573 標(biāo)準(zhǔn)。鑄錠規(guī)格為φ203 mm×1 100 ㎜，采用半連續(xù)方法生產(chǎn)。鑄造過程采用雙級過濾，采用Al-Ti-B 絲細(xì)化晶粒，然后進(jìn)行均勻化處理，以消除偏析，使成分更加均勻。使用25 MN油壓臥式擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓。

3 生產(chǎn)工藝研究及討論

3.1 合金成分設(shè)計(jì)

6026 合金為新研發(fā)的中等強(qiáng)度的鋁合金，應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)歐洲區(qū)ROHS 委員會嚴(yán)格控制鉛的含量，因此合金配比中應(yīng)盡可能減少Pb 的含量?？紤]到化學(xué)成份Pb 和Bi 的加入會消耗Mg，形成Mg2Pb 和Mg3Bi 等化合物，且兩者的結(jié)合能力比Mg2Si強(qiáng)，因此Mg含量偏低會在一定程度上影響力學(xué)性能。為此在進(jìn)行合金成分設(shè)計(jì)時適當(dāng)增加了Mg[5]。

在Al-Mg-Si 系合金中加入Cu 元素形成的強(qiáng)化S 相（Al2CuMg）可以有效提高合金的強(qiáng)度；加入Mn、Cr 元素能提高再結(jié)晶溫度，有效阻止鋁合金的再結(jié)晶過程；加入Bi 元素會降低合金的強(qiáng)度，但可改善合金的切削性能。這是因?yàn)锽i 在固態(tài)下其粒子脆而熔點(diǎn)低，切削時在刀韌的接觸面有大量脆而不硬的粒子存在有利于降低切削力和切削溫度，從而提高合金的切削性能[6-7]。經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，最終確定了如表2所示的化學(xué)成分。

表2 6026合金化學(xué)成分要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

3.2 合金熔鑄工藝研究

6026 合金中加入了比重大、熔點(diǎn)低、不溶解于鋁基體的元素鉛和鉍，因此如何防止出現(xiàn)比重偏析成為必需解決的首要問題。由于鉛和鉍熔點(diǎn)低、燒損大，所以在合金熔煉過程中，最好分兩次來調(diào)整合金成分：先加入鉛和鉍以外燒損少的元素并調(diào)整好含量，然后在第一次排氣精煉后再加入鉛和鉍等元素，加入后最少要攪拌2次以上。熔煉溫度不可太高，以免造成鉛和鉍的燒損。為降低含氣量，除精煉過程采用兩次氮?dú)夂途珶拕┗旌系木珶捘Ｊ?，同時還要使用在線除氣設(shè)備除氣除渣。在合金澆鑄時采用油滑模鑄造，其鑄造速度較快，減少了鉛和鉍形成的偏析瘤。

為了消除枝晶偏析及成分偏析，對合金進(jìn)行均勻化退火處理，工藝參數(shù)為560 ℃+7 h，出爐后直接噴水霧冷卻。

3.3 擠壓工藝研究

6026 鑄錠擠壓工藝研究主要分析鑄錠加熱溫度、擠壓速度、冷卻強(qiáng)度對其力學(xué)性能的影響，結(jié)合我公司含鉛和鉍合金成功的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制定了具體擠壓參數(shù)，見表3。

表3 6026合金擠壓工藝

在成品棒棒尾切取高倍試樣進(jìn)行檢查。結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有過燒的現(xiàn)象及趨勢，第二相分布均勻、彌散。后期經(jīng)過時效處理后發(fā)現(xiàn)，在同一時效制度下擠壓速度較快的試樣棒的力學(xué)性能高于其他的慢速擠壓棒。因此確認(rèn)最終的擠壓工藝為：鑄錠加熱溫度500～515 ℃，擠壓速度（6.5±0.5）m/min。

3.4 時效工藝研究

結(jié)合我公司生產(chǎn)含鉛和鉍合金的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，同時考慮到時效時間及時效效率，對時效工藝進(jìn)行了多種時效工藝試驗(yàn)，溫度分別為155 ℃、165 ℃、175 ℃，時效時間分別為4 h、6 h、8 h、10 h、12 h。具體試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 6026合金時效工藝和性能

通過對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究得出最佳的時效工藝為165 ℃+8 h。

3.5 拉拔工藝研究

為了得到6026-T9態(tài)冷精加工棒材，對經(jīng)時效后的棒材進(jìn)行冷拉拔處理。從拉拔基本原理分析可知，拉拔量越大，力學(xué)性能越高，晶粒組織更加均勻。但是綜合考慮實(shí)際拉拔過程中的可操作性難度，拉拔量越大，需要的拉拔力越高，對設(shè)備的要求也更高。另外實(shí)際拉拔時的拉拔量較大，拉拔后表面容易出現(xiàn)明顯的拉拔裂紋，輥矯難度也會增加。

選用RB40、尺寸規(guī)格為40.1～41.8 ㎜的6062合金棒材進(jìn)行拉拔，并且拉拔后對力學(xué)性能、表面質(zhì)量及直線度進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果分別見表5～表7。

表5 試樣6026-T6棒材力學(xué)性能

表6 不同拉拔率下合金棒材的力學(xué)性能

表7 不同拉拔率下棒材的表面質(zhì)量及直線度

通過以上數(shù)據(jù)分析可知，拉拔率控制在1%～2.5%的形變是最優(yōu)的冷變形方案。在此條件下可以生產(chǎn)出符合技術(shù)要求的產(chǎn)品。

4 結(jié)論

（1）6026 合金中鉛和鉍的加入會消耗鎂，因此要適當(dāng)提高鎂的含量。

（2）6026-T9 高精度棒材的最佳生產(chǎn)工藝為：擠壓溫度500～515 ℃；在線固溶溫度520～530 ℃；時效工藝165 ℃+8 h。

（3）冷拉拔變形量控制在1%～2.5%時，拉拔完成后產(chǎn)品質(zhì)量滿足客戶對力學(xué)性能、尺寸公差和直線度的要求，同時還可獲得較高的成品率。