6005鋁合金模板型材高速擠壓工藝研究

遲 壯，田洪超

(盤錦忠旺鋁業(yè)有限公司，遼寧 盤錦 124000)

6005鋁合金屬于Al-Mg-Si系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，不僅具有優(yōu)異的擠壓性能、焊接性、良好的耐腐蝕性能和綜合力學(xué)性能，還因其質(zhì)量輕、容易氧化著色，廣泛應(yīng)用于房地產(chǎn)建筑與家裝家具行業(yè)[1-2]。模板用鋁型材往往對(duì)力學(xué)性能和表面質(zhì)量都有較高要求，在滿足客戶力學(xué)性能要求的同時(shí)，要求型材有較高的硬度與韌性，增加使用過(guò)程中的抗變形與抗斷裂性，即型材需要在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上具有良好的韌性。本文通過(guò)調(diào)整產(chǎn)品擠壓速度、淬火設(shè)備與擠壓設(shè)備間距，研究了不同擠壓工藝下產(chǎn)品的性能指標(biāo)。

1 開(kāi)發(fā)目標(biāo)

我公司生產(chǎn)鋁合金模板主要用于建筑行業(yè)進(jìn)行租賃使用，可進(jìn)行重復(fù)利用，市場(chǎng)需求大，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)提高生產(chǎn)效率，有助于降低企業(yè)消耗節(jié)約成本增加企業(yè)與員工收益。本文通過(guò)調(diào)整擠壓工藝參數(shù)增加生產(chǎn)效率，滿足客戶要求的屈服強(qiáng)度220MPa、抗拉強(qiáng)度260MPa、伸長(zhǎng)率8%、韋氏硬度15HW的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)使產(chǎn)品有較高表面質(zhì)量。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采用我公司半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的6005鋁合金鑄錠，鑄錠直徑198mm，鑄錠成分見(jiàn)表1。選用擠壓機(jī)噸位為2000T，淬火方式為水冷，擠壓比40.3，詳細(xì)擠壓參數(shù)見(jiàn)表2;對(duì)應(yīng)擠壓板材斷面尺寸規(guī)格為寬136mm、厚6mm。試驗(yàn)材料的整體工藝流程為，模具、擠壓筒、鑄棒加熱→擠壓→冷卻→拉伸矯直→成品鋸切。

2.2 分析檢測(cè)方法

對(duì)擠壓模板板材的成分采用ARL-MA283直讀光譜儀做定量分析。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3246.1-2012的要求，切取試樣尺寸大小為25mm×15mm×9mm，取垂直與擠壓方向作為檢測(cè)面15mm×9mm，對(duì)于經(jīng)銑刀加工的試樣進(jìn)行后續(xù)的磨制、拋光、腐蝕，再將浸蝕劑滴到試樣表面，保持約15s～20s后，使用蔡司AXI0 光學(xué)顯微鏡觀察不同工藝條件下板材組織形貌。按照國(guó)標(biāo)GB/T228.1-2010要求加工力學(xué)試樣，并使用AG-X 100KN電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)不同工藝條件下的力學(xué)性能。

表1 6005鋁合金鑄錠化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 6005鋁合金模板板材擠壓工藝參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 鋁合金模板提速對(duì)比實(shí)驗(yàn)

原有生產(chǎn)工藝為鑄錠加熱溫度410℃～480℃、產(chǎn)品擠壓速度為15m/min、入水前進(jìn)淬溫度514℃～517℃，水槽與擠壓設(shè)備前梁出口的距離為1.5m，時(shí)效制度為175℃×8h。為提高鋁合金模板生產(chǎn)效率對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行提速生產(chǎn)，根據(jù)以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，在鑄錠溫度不變的前提下提速，產(chǎn)品表面質(zhì)量會(huì)下降。但如果棒溫過(guò)低會(huì)導(dǎo)致擠壓力過(guò)大出現(xiàn)設(shè)備擠不動(dòng)的情況，同時(shí)棒溫過(guò)低也會(huì)造成鋁合金固溶溫度低而使強(qiáng)化相無(wú)法充分溶解，出現(xiàn)性能與硬度不合格的情況。因此，在對(duì)鋁合金模板產(chǎn)品進(jìn)行提速的同時(shí)也對(duì)鑄錠溫度進(jìn)行了降低調(diào)整，在時(shí)效制度、模具溫度、淬火強(qiáng)度不變的前提下，產(chǎn)品擠壓速度每提高3m/min，對(duì)應(yīng)鑄錠加熱溫度下降10℃。4組工藝參數(shù)見(jiàn)表2，對(duì)應(yīng)4組工藝制度取性能與組織樣品進(jìn)行檢測(cè)，力學(xué)性能見(jiàn)表3，產(chǎn)品表面宏觀形貌如圖1所示，高倍組織如圖2所示。

表3 力學(xué)性能

圖1 產(chǎn)品表面宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of product surface

圖2 產(chǎn)品高倍組織形貌Fig.2 Product high magnification structure morphology

可知，隨著擠壓速度增加，盡管鑄錠加熱溫度在不斷降低但產(chǎn)品的表面還是逐漸變粗，由第1組到第3組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知產(chǎn)品的表面逐漸變粗，淬火前溫度與性能也逐漸增加，到第4組的時(shí)候不僅產(chǎn)品表面粗化非常嚴(yán)重且產(chǎn)品性能出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。雖然淬火前溫度持續(xù)增加，滿足了淬火要求但性能反而降低導(dǎo)致性能不合格，相較于前3組性能合格的產(chǎn)品，第4組高倍顯微組織明顯有粗大黑色Mg/Si未溶解物質(zhì)。

3.2 分析與驗(yàn)證

通過(guò)查閱6005鋁合金的固溶溫度相關(guān)資料，可知在降低棒溫、增加產(chǎn)品擠壓速度的同時(shí)雖然達(dá)到了固溶溫度的要求但固溶時(shí)間不充分，產(chǎn)品淬火前沒(méi)有充分固溶導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)化相沒(méi)有充分溶解到鋁基體當(dāng)中，而是以較大的質(zhì)點(diǎn)析出，沒(méi)有達(dá)到強(qiáng)化的效果。

通過(guò)上述分析，在第4組的擠壓工藝制度基礎(chǔ)上對(duì)6005鋁合金模板生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，在保證與第4組產(chǎn)品擠壓速度不變的前提下，通過(guò)調(diào)整淬火區(qū)位置來(lái)控制鋁合金產(chǎn)品高溫淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間，轉(zhuǎn)移時(shí)間即(前梁出口與淬火的距離)/制品速度，以保證產(chǎn)品的性能與硬度，通過(guò)降低鑄錠加熱溫度來(lái)改善產(chǎn)品表面情況。

首先通過(guò)前3組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間分別為，第1組淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間6s、淬火溫度514℃～517℃，第2組淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間5s、淬火溫度516℃～520℃，第3組淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間4.3s、淬火溫度519℃～523℃，第4組淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間3.8s、淬火溫度521℃～527℃。由4組淬火溫度及淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間可知，要想保證產(chǎn)品性能和硬度都合格，則淬火溫度要≥514℃、小于6005的過(guò)燒溫度607℃，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間要大于4.3s。通過(guò)計(jì)算，當(dāng)產(chǎn)品以24m/min的速度生產(chǎn)時(shí)，設(shè)備前梁出口與淬火冷卻水槽的最小距離為速度×?xí)r間，即(4s×24m/min) =1.72 m。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，水槽位置選擇距離出口2.0m，其次降低鑄錠溫度來(lái)改善產(chǎn)品表面質(zhì)量，梯度為每降低10℃ 進(jìn)行一組試驗(yàn)，分別為第5組～第7組，具體工藝參數(shù)見(jiàn)表4，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 優(yōu)化后工藝參數(shù)

表5 優(yōu)化工藝參數(shù)后板材的力學(xué)性能

由調(diào)整后的鋁合金擠壓模板工藝參數(shù)及結(jié)果可知，在保證產(chǎn)品性能留有余量空間與表面硬度都合格的前提下，第6組的工藝參數(shù)為最優(yōu)。

4 結(jié)論

對(duì)于鋁合金模板產(chǎn)品如需提速生產(chǎn)，可通過(guò)降低鑄錠加熱溫度來(lái)改善產(chǎn)品表面質(zhì)量。在進(jìn)行鋁合金模板產(chǎn)品提速時(shí)，需要注意生產(chǎn)時(shí)的鑄錠加熱溫度與淬火前溫度，更要注意產(chǎn)品淬火前是否進(jìn)行充分的固溶，想要提高產(chǎn)品的固溶程度，不僅可以從擠壓鑄錠的加熱溫度入手，也可以從產(chǎn)品的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間入手。本文著重闡述調(diào)整淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間來(lái)增加產(chǎn)品固溶程度達(dá)到產(chǎn)品性能指標(biāo)與表面要求，進(jìn)而提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率降低能耗。最終確定6005鋁合金模板生產(chǎn)工藝為時(shí)效制度175℃×8h，鑄錠加熱溫度360℃～430℃，模具加熱溫度480℃～500℃，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間為5s，淬火前溫度518℃～521℃，水冷淬火。

Study on High Speed Extrusion Process of 6005 Aluminum Alloy Profile

Chi Zhuang，Tian Hongchao

(PanJin Zhomgwang Group Co.,Ltd., Panjin 124000, China)

Abstract: In this papper, the effects of low temperature and high-speed extrusion of 6005 cast rod on the bending properties of 6005 aluminum alloy template under the same quenching conditions are studied by means of high-power microstructure, mechanical properties and hardness testing method. The results show that the mechanical properties of the 6005-aluminum alloy template can meet the requirements of customers and have high surface quality by adjusting the temperature before quenching and the transfer time of quenching.

Keywords: 6005 aluminum alloy；micro-structure；mechanical properties；hardness