6082铝合金型材生产工艺研究

6082铝合金型材生产工艺研究
马彪，刘金辉，谭日纯
(广东兴发铝业(河南)有限公司，河南焦作454591)
摘要：结合6082铝合金型材的生产实践，从合金成分设计、铝棒均匀化、挤压工艺和淬火方式等方面进行了分析研究，从而优化了6082铝型材的熔铸工艺和挤压工艺，使产品的抗拉强度σ b≥310MPa，延伸率δ≥10％，达到了较高的综合性能要求。

关键词：6082铝合金；铝型材；工艺；显微组织；力学性能
Research on production process of 6082 aluminum
alloy profile
MA Biao, LIU Jinhui, TAN Richun
(Guangdong Xingfa Aluminium (Henan) Co. Ltd, Jiaozuo 454591)
Abstract：Combining with the production practice of 6082 aluminium alloy profile, are analyzed from the aspects of alloy composition design, aluminum rod homogenization, extrusion process and quenching etc, so as to optimize the casting process and extrusion process of 6082 aluminum alloy profile , the ultimate tensile strength σ b≥ 310MPa, elongation ≥ 10%, can meet the requirements of high comprehensive performance.
Key words:6082 aluminum alloy; aluminum profile; process; microstructures; mechanical properties
1 前言
6082合金属于Al-Mg-Si系热处理可强化的铝合金，具有中等强度和良好的焊接性能、耐腐蚀性，主要用于交通运输和结构工程工业，如桥梁、起重机、屋顶构架和冷藏集装箱等。

近年来，随着国内外冷藏集装箱突飞猛进的发展，减轻箱体自重，寻求代替钢铁部件的铝合金材料，已成为铝加工业和冷藏箱业的重要课题。

6082铝合金具有中等强度和良好的耐蚀性，重量又轻，是制造冷藏集装箱部件的理想材料。

本文对6082铝合金应用于挤压生产进行试验研究，以确定合理的熔铸、挤压工艺制度。

2 熔铸工艺
2.1成分控制
6082铝合金型材的力学性能要求很高，要求其抗拉强度σb≥310MPa。

当Mg2Si含量从0.5%增加到1.0%时，合金的抗拉强度能提高一倍，继续提高Mg2Si含量可使抗拉强度进一
步提高，但是合金的淬火敏感性和挤压变形抗力也随之增加，故Mg2Si含量宜控制在
1.2%~1.5%，另过剩Si对合金的强度提高有很大帮助，但同时也会增加脆性，降低合金的挤压塑性，一般过剩Si含量控制在0.2%~0.4%为宜。

6082合金还需添加一定量的Mn元素，以提高合金的再结晶温度，阻碍挤压时发生再结晶或再结晶晶粒长大，细化晶粒。

但Mn含量过高会增加合金的淬火敏感性，同时会形成粗大的含Mn第二相，降低其对再结晶过程的抑制作用，还会影响到合金铸造性能，随着Mn含量增加其粘度增大，流动性下降，因此Mn含量应控制在0.4%~0.6%的范围内。

6082铝合金的实际成分控制范围见表1。

2.2 铸造工艺
由于6082合金的特点是含难熔金属Mn，Mn的存在易引起晶内偏析及固液区塑性降低，导致抗裂能力不足，故熔铸工艺主要注意以下两点：第一，选择合适铸造温度，温度过高会使液穴加深，温度梯度加大，导致铸造应力增加，产生铸造裂纹；温度过低将降低金属流动性，易产生冷隔、夹渣、不易于气体逸出。

因此熔炼温度应控制在730~750℃范围内，且要搅拌均匀保证金属完全熔化、成分均匀；第二，控制铸造速度，铸造速度较高时，会使液穴加深，延伸到结晶槽之外，易形成中心裂纹，同时铸造凝壳层变薄，偏析瘤加大；当铸造速度较低时，同液穴在结晶槽之内，易产生表面裂纹及冷隔等缺陷。

6082合金含有Mn 元素，增大了合金的粘度，其流动性降低，铸造速度也要适当降低，控制在80~100mm/min 范围内。

3 均质工艺
3.1 铸态组织
图1 合金的铸态组织(x500)
图1所示为合金铸态金相显微组织，由图可知合金的铸态组织主要由树枝状α(Al)固溶体、骨骼状非平衡共晶相β(AlMnFeSi)和晶界组成。

树枝状晶晶内偏析严重，成分不均匀，晶界处的骨骼状非平衡共晶对合金的塑性有不利影响，铸态合金必须进行均匀化处理才有良好的挤压性能。

3.2 均质处理
6082合金通过均匀化处理，铸造时快速凝固产生的晶内偏析减少或消除，共晶态Mg2Si 完全固溶到α(Al)中，快速冷却后析出相Mg2Si以细小颗粒状高度弥散分布于基体中，片状非平衡共晶β(AlMnFeSi)转变为颗粒状的α(AlMnFeSi)，如图2、b)所示。

通过上述变化，6082合金挤压性能将得到很大改善。

晶内偏析消失将降低挤压时金属流动的不均匀性，提高挤压型材的表面光洁度；组织中片状粗大Al-Fe-Si相的转变、细化将减轻型材表面裂纹倾向，改善合金的可挤压性，提高挤压速度。

a) 均匀化后慢速冷却(≤100℃/h) b) 均匀化后快速冷却(≥250℃/h)
图2 均匀化后冷却速度对铸棒显微组织的影响(x500)
a) 均匀化后慢速冷却(≤100℃/h) b) 均匀化后快速冷却(≥250℃/h)
图3 均匀化后冷却速度对挤压型材显微组织的影响(x500) 由上图可以看出，经均匀化后，冷却速度不仅对铸锭的组织产生影响，也对挤压在线热处理后型材的组织产生重要影响。

当冷却速度≤100℃/h时，随着铸棒温度的降低，高温均
匀化时固溶于α(Al)基体中的Mg2Si有足够的时间析出并粗化长大，如图2、a)所示；当冷却速度≥250℃/h时，由于冷却速度快、时间短，Mg2Si没有充足的时间析出长大，而是呈细小颗粒状弥散分布于基体中，如图2、b)所示。

当铸棒经过挤压在线热处理时，由于挤压变形热的作用，合金温度可以上升到强化相的固溶温度，但是时间持续地很短，一般只有短暂的几十秒，铸棒缓慢冷却产生的粗大析出相来不及充分固溶，型材冷却后固溶体的过饱和度不足，甚至还有粗大析出相在基体中分布，如图3、a)所示，严重消弱时效处理后型材的力学性能；而铸棒快速冷却产生的细小颗粒状弥散分布的Mg2Si则可以快速充分固溶，型材冷却后得到过饱和固溶体，如图3、b)所示，对强化合金起到主要作用。

综上所述，为保证挤压型材有足够高的力学性能，合理的均质工艺为：2.5小时升温到580℃，保温1小时，然后降温至570℃，保温8小时，均匀化后冷却速度≥250℃/h。

4 挤压工艺
4.1 铝棒温度
6082合金变形抗力大，强化相Mg2Si的含量较高，铝棒温度要求尽量高一些，但是温度过高则型材侧边出现裂纹的倾向增加，不利于提高挤压速度，生产效率较低。

所以铝棒温度一般控制在470℃~500℃为宜。

4.2 挤压速度
6082合金中Si含量较高，除与Mg元素以1:1.73的比例形成强化相Mg2Si以外，还含有大概0.3%的过剩Si，导致合金的脆性明显增加。

挤压速度提高以后，很容易在型材的侧边出现裂纹现象，所以挤压速度一般选择在10~15m/min，宽展挤压取下限。

4.3 淬火工艺
6082合金强化相Mg2Si的含量较高，一般在1.2%~1.5%，要使其完全固溶，须保证淬火温度在520℃以上，固此型材挤压出口温度应控制在520-540℃；由于合金中含有Mn元素，促进晶内金属间化合物形成，对淬火性能有不利影响，导致6082合金淬火敏感性增加，要求淬火冷却强度大、冷却速度快，冷却速度≥300℃/min。

5 时效工艺
合金经过挤压在线热处理后，只是得到溶质为Mg2Si的过饱和固溶体，此时的力学性能远不达标，必须进行时效处理，使过饱和固溶体分解，在基体中沉淀析出细小弥散分布的强化相，以此显著提高合金的力学性能。

合理的时效工艺既要保证产品性能，又要考虑生产效率及生产成本，本文经过反复试验证明：时效温度175~185℃，保温时间6~7小时，为6082型材最佳时效工艺，时效后抗拉强度σ b≥310MPa，延伸率δ≥10％。

6 结论
根据6082合金铝型材的特点和性能要求，上述工艺是比较合理的。

熔铸工艺中，Mg2Si 含量控制在1.2%~1.5%，过剩Si含量控制在0.2%~0.4%，铸棒均匀化处理，冷却速度
≥250℃/h；挤压工艺中，型材出口温度保证在520℃以上，淬火冷却速度≥300℃/min，这些工艺参数都是保证产品性能的关键。

按本工艺生产的产品，抗拉强度σb≥310MPa，延伸率δ≥10％，满足了用户的需求。

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