6061鋁合金均勻化熱處理效果評(píng)價(jià)及工藝優(yōu)化研究.pdf

1、在鋁合金的工業(yè)生產(chǎn)中,均勻化熱處理是一道能耗很大的生產(chǎn)工序。目前國(guó)內(nèi)有些廠(chǎng)家在生產(chǎn)過(guò)程中已省略了這一個(gè)步驟。然而事實(shí)上,均勻化工藝對(duì)鋁合金綜合性能的影響是非常大,研究表明,6061鋁合金經(jīng)均勻化處理的鑄錠的擠壓力比鑄態(tài)鑄錠的擠壓力高8％-10％,且經(jīng)均勻化后的合金產(chǎn)品的最終使用性能要優(yōu)于未經(jīng)均勻化的合金。國(guó)外大部分鋁合金生產(chǎn)廠(chǎng)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻化制度,而國(guó)內(nèi)大部分鋁合金生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)行的均勻化產(chǎn)生制度為仍為批量均勻化熱處理,且均勻化工藝相對(duì)

2、粗糙,這也是導(dǎo)致目前國(guó)內(nèi)高性能鋁合金市場(chǎng)長(zhǎng)期被國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)的原因之一,因此對(duì)均勻化熱處理機(jī)理及工藝的深入研究則顯得尤為重要。
　　 此外,隨著工業(yè)的發(fā)展,人們對(duì)鋁材的綜合性能要求越來(lái)越高。從目前國(guó)內(nèi)對(duì)鋁合金均勻化研究的結(jié)果來(lái)看,均勻化的評(píng)價(jià)體系還不夠完善。并且沒(méi)有一套完整的均勻化熱處理評(píng)價(jià)方法。對(duì)于均勻化熱處理的要求,《中華人民共和國(guó)有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》里只有一條:均勻化狀態(tài)鑄錠的顯微組織不允許有過(guò)燒。該標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有給出具體的評(píng)價(jià)細(xì)

3、則,而均勻化效果的定量評(píng)價(jià)方法也未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。因此,本實(shí)驗(yàn)的另外一個(gè)重要內(nèi)容就是建立一套適合于工業(yè)生產(chǎn)的鋁合金均勻化效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
　　 本實(shí)驗(yàn)從福建南平鋁業(yè)有限公司取樣,重點(diǎn)分析南平鋁業(yè)目前生產(chǎn)6061鋁合金所采用的均勻化熱處理制度。并通過(guò)金相顯微分析、掃描電鏡觀(guān)察、硬度測(cè)試、電導(dǎo)率測(cè)定等檢測(cè)手段,對(duì)鑄態(tài)和均勻化態(tài)6061鋁合金的微觀(guān)組織形態(tài)和力學(xué)性能進(jìn)行了分析比較,對(duì)福建南平鋁業(yè)有限公司6061鋁合金的均勻化工藝進(jìn)行評(píng)價(jià),建

4、立了6061鋁合金均勻化效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)6061鋁合金的均勻化工藝進(jìn)行了優(yōu)化,給出了6061鋁合金均勻化效果的評(píng)價(jià)方案,最后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié),得出如下結(jié)論:
　　 (1)對(duì)6061合金的工藝參數(shù)及性能的研究表明:
　　 a)鑄態(tài)6061鋁合金枝晶偏析明顯,晶界處存在非平衡的共晶組織的組成相為:Mg2Si相、AlFeSi相和Al13Fe4相b)鑄態(tài)6061合金經(jīng)70℃×7h均勻化處理后枝晶組織基本消除,非平衡相基本溶入

5、基體,晶內(nèi)組織均勻;570℃×7h為較優(yōu)的均勻化制制度。
　　 c)6061合金在均勻化過(guò)程中,組織中共晶相所占的面積分?jǐn)?shù)前期減小較快,后期趨于穩(wěn)定。在均勻化時(shí)間到達(dá)7h后,共晶面積分?jǐn)?shù)保持在1.642％不變d)6061鋁合金的硬度在均勻化過(guò)程中開(kāi)始迅速下降,后期趨于穩(wěn)定,在均勻化時(shí)間到達(dá)7h后,硬度保持在42.3HV不變。
　　 e)6061鋁合金在均勻化過(guò)程中電導(dǎo)率在均勻化過(guò)程中開(kāi)始迅速上升,后期趨于穩(wěn)定,在均勻化時(shí)

6、間到達(dá)7h后,電導(dǎo)率保持在27.9ACS不變。
　　 (2)對(duì)南平鋁業(yè)6061鋁合金均勻化熱處理現(xiàn)行工藝的評(píng)價(jià)結(jié)果表明:
　　 a)均勻化溫度的評(píng)價(jià):在現(xiàn)行均勻化溫度下,均勻化后的鑄錠無(wú)過(guò)燒組織,均勻化保溫溫度已達(dá)到均勻化可行溫度極限,現(xiàn)行均勻化溫度方案符合均勻化熱處理的溫度原則,可行。
　　 b)均勻化時(shí)間的評(píng)價(jià):現(xiàn)行工藝下,均勻化時(shí)間的設(shè)定只按爐型區(qū)分,未與裝爐量、堆垛方式、鑄錠規(guī)格相聯(lián)系,同一爐次的鑄錠均勻

7、化效果存在的偏差較明顯,存在部分鑄錠均勻化不完全的現(xiàn)象,均勻后的鑄錠性能參數(shù)離散度較大,均勻化時(shí)間尚有細(xì)化空間;
　　 c)鑄錠的堆垛方式的評(píng)價(jià):由堆垛方式不合理造成的鑄錠均勻化效果偏差較明顯,同一爐次中,位于均勻化爐風(fēng)機(jī)出風(fēng)口處的中間區(qū)域的鑄錠均勻化程度最高;位于最里層的鑄錠的均勻化程度次之;位于爐門(mén)的最外層的均勻化程度相對(duì)最低;同一爐次同一吊籃中不同堆垛位置的鑄錠均勻化效果存在偏差:上角和下角處鑄錠均勻化程度最高;邊心處的鑄

8、錠的均勻化程度次之,中心部位的均勻化程度相對(duì)最低;由堆垛方式不合理造成升溫時(shí)間增長(zhǎng)及能源浪費(fèi),影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品性能的均一性,堆垛方式尚有優(yōu)化空間;
　　 d)冷卻制度的評(píng)價(jià):鑄錠在出爐冷卻過(guò)程中存在冷卻不均勻的情況,對(duì)于長(zhǎng)錠(錠長(zhǎng)L≥660mm):部分鑄錠由于堆垛方式的不合理,致使冷卻爐內(nèi)存在冷卻風(fēng)的循環(huán)死角,造成冷卻速率過(guò)不到指定的要求,影響均勻化后的鑄錠的性能;對(duì)于短錠(錠長(zhǎng)L≤660):存在吊籃內(nèi)不同部位冷卻情況不同的現(xiàn)

9、象,同一爐次同一吊籃中不同堆垛位置的鑄錠的冷卻效果存在偏差:上角和下角處鑄錠冷卻較充分;邊心處的鑄錠冷卻速率次之;中心部位鑄錠的冷卻速率最小。冷卻制度應(yīng)根據(jù)堆垛方式的調(diào)整做相應(yīng)的調(diào)整;鑄錠在冷卻過(guò)程中的生產(chǎn)操作尚有可優(yōu)化的工藝細(xì)節(jié)。
　　 (3)優(yōu)化后的工藝方案為:
　　 a)均勻化溫度:570±5℃(裝爐鑄錠的直徑Φ≤125時(shí)),575±5℃(裝爐鑄錠的直徑Φ＞165時(shí));
　　 b)均勻化時(shí)間:
　　

10、 電均勻化爐:T=T'+a·K·R·N其中裝爐鑄錠的長(zhǎng)度≥660mm,鑄錠直徑D≤165mmm,T'取7.5,a取0.23,D為鑄錠直徑,N為堆垛系數(shù)。
　　 天然氣均勻化爐:T=T'+a·K·R·N其中裝爐鑄錠的長(zhǎng)度≤660mm,鑄錠直徑D≥165mm,T'取5.5,a取0.30,D為鑄錠直徑,N為堆垛系數(shù)。
　　 c)堆垛方式:長(zhǎng)錠在均勻化爐中堆垛時(shí)預(yù)留循環(huán)風(fēng)的風(fēng)道,風(fēng)道的寬度不應(yīng)小于100mm,短錠裝爐前堆垛時(shí)應(yīng)在

11、每一層鑄錠之間墊付墊條;
　　 d)冷卻制度:鑄錠出爐冷卻時(shí),裝爐鑄錠的直徑Φ≤125mm鑄錠采取風(fēng)冷2h后水冷至常溫的冷卻制度,裝爐鑄錠的直徑Φ≤125mm鑄錠在現(xiàn)有工藝藝基礎(chǔ)上降低冷卻速率,可采用單風(fēng)機(jī)冷卻或更換小功率風(fēng)機(jī)的方式,風(fēng)冷時(shí)間由現(xiàn)行的2.5h延長(zhǎng)至3.5h,然后水冷至常溫;
　　 e)生產(chǎn)條件的改進(jìn):對(duì)冷卻爐內(nèi)噴水系統(tǒng)需進(jìn)行完善,將可水冷區(qū)域擴(kuò)展到整個(gè)爐內(nèi)縱向空間,使可水冷區(qū)覆蓋入爐冷卻的全部鑄錠;在冷卻

12、爐改造之前的生產(chǎn)中,應(yīng)至少每個(gè)爐次減小一個(gè)吊籃的裝爐量,裝爐時(shí)避開(kāi)水冷的盲區(qū),確保入爐冷卻的鑄錠都能放置在水冷區(qū)域內(nèi)。
　　 (4)均勻化效果的評(píng)價(jià):
　　 a)共晶相面積分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)法:如果6061鋁合金SEM組織中共晶組織面積不大于1.642％,則可認(rèn)為合金均勻化效果己達(dá)成;如果SEM組織中共晶組織面積大于1.642％,則可認(rèn)為合金均勻化效果未達(dá)成;
　　 b)維氏硬度法:如果均勻化后的6061鋁合金維氏硬度不大