擠壓合金鋁管材和型材，采用鑄錠加熱 - 擠壓 - 精整的生產(chǎn)流程;對(duì)于熱處理可強(qiáng)化的鋁合金材，還要進(jìn)行淬火一時(shí)效處理。建筑型材采用擠壓后在線風(fēng)冷淬火和精整的生產(chǎn)工藝。薄壁管采用先擠壓生產(chǎn)出管坯再冷加工的生產(chǎn)工藝，對(duì)硬合金小直徑管，常采用二次擠壓法先生產(chǎn)出小規(guī)格的擠壓管坯再冷加工的生產(chǎn)工藝。

1 前言

6082屬于可熱處理強(qiáng)化合金，具有良好的可焊接性、抗腐蝕性、可機(jī)械加工性和可成型性，同時(shí)具有中等強(qiáng)度，主要用于機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，包括棒材、板材、管材和型材等，其-T6狀態(tài)具有較高的機(jī)械特性。6082合金在歐洲是很常用的合金產(chǎn)品，在美國(guó)也有很高的應(yīng)用，適用于加工原料，無(wú)縫鋁管，結(jié)構(gòu)型材和定制型材等。我司接到國(guó)外某公司訂單，為外徑50.55mm，壁厚1.47mm的圓管，客戶要求合金狀態(tài)為6082-T6，產(chǎn)品擠壓后需要再經(jīng)過(guò)深加工，要求外徑擴(kuò)張至55.55mm ，外觀無(wú)明顯裂紋如圖1所示，性能要求如表1所示。該型材采用在線淬火生產(chǎn)，為此，工藝部對(duì)合金熱處理工藝進(jìn)行了研究，并將探討結(jié)果用于實(shí)際，生產(chǎn)出了滿足客戶要求的產(chǎn)品。

表1 6082-T6性能要求

2 材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)合金鋁棒為我司熔鑄車間提供，采用半連續(xù)鑄造生產(chǎn)直徑Ф120mm鑄棒，成分按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求如表2所示，擠壓在1000T臥式油壓擠壓機(jī)上進(jìn)行，擠壓系數(shù)為54.8，采用在線淬火生產(chǎn)，樣品在時(shí)效爐內(nèi)進(jìn)行195℃ 2.5h人工時(shí)效，力學(xué)性能測(cè)試使用沈陽(yáng)天星韋氏硬度鉗和客戶提供的專用擴(kuò)口夾具。

表2 6082合金成分范圍(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))

在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)鋁棒均質(zhì)，淬火方式，模具設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行試驗(yàn)：

⑴采用未經(jīng)均質(zhì)的鋁棒和經(jīng)過(guò)均質(zhì)的鋁棒進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)；

⑵不同的在線淬火方式，分別使用噴霧淬火和風(fēng)冷淬火；

⑶模具設(shè)計(jì)優(yōu)化，1#和3#模具進(jìn)行對(duì)比。

3  實(shí)驗(yàn)過(guò)程與討論

3.1 鑄錠均質(zhì)化對(duì)擠壓管材延伸率的影響

分別使用A、B兩種鋁棒直徑 120mm，在同一臺(tái)1000T擠壓機(jī)上進(jìn)行YG50.55的生產(chǎn)，A棒為未經(jīng)均質(zhì)化處理的鋁棒，B棒則是經(jīng)過(guò)均質(zhì)化處理的鋁棒。同等工藝下，棒溫480℃-510℃，擠壓機(jī)主缸前進(jìn)速度2.5mm/s，出料口溫度520℃-545℃，達(dá)到固溶熱處理的溫度，在線淬火方式采用噴霧淬火（噴霧槽長(zhǎng)3m），冷卻速度為13-14℃/s，噴霧后型材溫度降至180℃，已低于淬火敏感溫度區(qū)，然后風(fēng)冷至室溫。力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表3所示：

表3 A鋁棒和B鋁棒樣品的力學(xué)性能試驗(yàn)

A1~A6為未均質(zhì)化的A棒生產(chǎn)，B1~B6為均質(zhì)棒B棒生產(chǎn) 

從上表可以看出，B棒樣品的延伸率比A棒樣品的延伸率要好得多，這是因?yàn)锽鋁棒經(jīng)過(guò)均質(zhì)化后，鑄態(tài)合金具有較大的化學(xué)均一性和組織均一性，減少了晶內(nèi)偏析，同時(shí)還消除了鋁棒在鑄造時(shí)凝固產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。合金在成分和組織方面的均勻性又促使材料所有的物理和化學(xué)性能的均勻，使得擠壓后的產(chǎn)品組織也更均勻，合金的塑性明顯提高，延伸率大大提高, 進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)，外徑擴(kuò)展至55.5mm無(wú)明顯裂紋，基本能符合客戶要求。

3.2 淬火速率對(duì)擠壓管材延伸率的影響

6082合金對(duì)淬火較為敏感，客戶要求產(chǎn)品在抗拉強(qiáng)度符合國(guó)標(biāo)的前提下盡量提高延伸率，方便產(chǎn)品的后續(xù)加工，所以產(chǎn)品在擠壓出料后的淬火速率需要控制好。淬火速率過(guò)慢，時(shí)效后的抗拉強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)；淬火速率太快，產(chǎn)品殘余應(yīng)力增加，同時(shí)產(chǎn)品的塑性降低，不利于客戶后續(xù)的加工。所以，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的延伸率，需要找到合適的的淬火速率。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們?cè)囼?yàn)了兩種不同的淬火方式：噴霧淬火和風(fēng)冷淬火。由于產(chǎn)品YG50.55壁厚只有1.47mm，出料速度8m/min，不是太快，出料口溫度控制在520~545℃范圍內(nèi)，可以嘗試風(fēng)機(jī)淬火，在滿足時(shí)效強(qiáng)化效果的前提下，盡量降低淬火速率。在擠壓出口處分別對(duì)擠壓型材進(jìn)行強(qiáng)風(fēng)冷淬火和噴霧淬火，性能對(duì)比如表4所示。

表4 不同淬火工藝對(duì)力學(xué)性能的影響

C1~C6為強(qiáng)風(fēng)冷淬火，D1~D6為噴霧淬火，棒溫480~510℃，出料口520~545℃，出料速度8m/min。 

從表4可以看出，強(qiáng)風(fēng)冷淬火的樣品在時(shí)效后的硬度在15HW以下，而噴霧淬火的樣品時(shí)效后的硬度在14HW以上，有的甚至達(dá)到了16HW。同時(shí)，擴(kuò)口試驗(yàn)的結(jié)果表明，硬度超過(guò)16HW時(shí)，產(chǎn)品容易開(kāi)裂，試驗(yàn)不合格。淬火速率越大，時(shí)效后硬度越高，產(chǎn)品脆性大，容易開(kāi)裂，延伸率較差。后續(xù)使用強(qiáng)風(fēng)冷淬火，進(jìn)行了多次的試產(chǎn)，樣品的硬度和擴(kuò)口試驗(yàn)都和前面的結(jié)果一致，工藝基本穩(wěn)定。說(shuō)明型材使用經(jīng)強(qiáng)風(fēng)冷淬火，合金力學(xué)性能可滿足要求，淬火速率合適，而延伸率也得到了進(jìn)一步的提高，所以在擠壓生產(chǎn)時(shí)選用風(fēng)冷淬火較為合適。

3.3 模具設(shè)計(jì)對(duì)擠壓型材延伸率的影響

擠壓模具是型材擠壓生產(chǎn)過(guò)程中至關(guān)重要的工具。它的結(jié)構(gòu)形式、各部尺寸以及所用材料，對(duì)擠壓力、金屬流動(dòng)的均勻性、制品尺寸形狀、表面質(zhì)量以及自身的使用壽命都有很大影響。目前鋁型材企業(yè)中廣發(fā)采用的是組合模擠壓空心型材，也稱為焊合擠壓法。其模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將模芯置于模孔中與模子組合成一個(gè)整體，模孔的形狀和尺寸決定了型材的外形和尺寸，而模芯的形狀和尺寸決定著型材內(nèi)孔的形狀和尺寸。焊合擠壓有許多優(yōu)點(diǎn)，如制品尺寸精確，內(nèi)外表面質(zhì)量好，縮尾少，可生產(chǎn)復(fù)雜的空心型材等。但也存在一些缺點(diǎn)：擠壓時(shí)所需的擠壓力大和制品上有焊縫。在生產(chǎn)YG50.55時(shí)，焊縫的質(zhì)量尤為重要。如果產(chǎn)品焊合質(zhì)量不好，在后續(xù)進(jìn)行深加工時(shí)，容易在比較薄弱的焊合位置開(kāi)裂。我們公司采用了兩套不同設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，并對(duì)比所生產(chǎn)樣品的力學(xué)性能，性能對(duì)比如表5所示

表5 不同模具對(duì)合金性能的影響

E1~E6為1#模樣品，F(xiàn)1~F6為3#模樣品，棒溫480~510℃，出料口520~545℃，出料速度8m/min 

表6 模具尺寸 

從表5可以看出，模具1#生產(chǎn)的樣品明顯要優(yōu)于模具3#，而表6列出了兩個(gè)模具在設(shè)計(jì)方面的差異，與3#模相比，1#模的焊合室要深一些，上模厚一些。根據(jù)同行資料及文獻(xiàn)介紹，模具設(shè)計(jì)時(shí)，要保證焊縫的質(zhì)量，必須使焊合室焊縫處金屬能充分?jǐn)U散結(jié)合，否則，將形成疏松、顆粒粗大與其它部位的組織不均一，因此，變形程度要大一些，特別是焊合室的金屬變形量要大，同時(shí)，焊合室要適當(dāng)深一些，上模選擇厚一些所以，以便形成足夠大的流體靜壓力。這個(gè)和我們的試驗(yàn)結(jié)果也是吻合的。關(guān)于模具設(shè)計(jì)最佳理論值的計(jì)算問(wèn)題，這里就不作更深入的探討。我們公司根據(jù)這次試驗(yàn)的結(jié)果，繼續(xù)開(kāi)了4#，5#，6#模具，模具的設(shè)計(jì)和1#模具一樣。經(jīng)過(guò)三次的試產(chǎn)，3套模具共抽取樣品54支進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)，4#，5#，6#模具生產(chǎn)的樣品全部合格。

4 結(jié)論

(1) 采用均質(zhì)6082鋁棒，減少了晶內(nèi)偏析，保證合金在成分和組織方面的均勻性。

(2) 選擇合適的淬火速率，滿足時(shí)效強(qiáng)化效果的前提下適當(dāng)降低淬火速率，提高產(chǎn)品延伸率。

(3) 優(yōu)化模具設(shè)計(jì)，穩(wěn)定擠壓工藝，擠壓過(guò)程做到高溫、高壓、慢速，保證焊合質(zhì)量。棒溫480~510℃，出料口溫度520~545℃，出料速度8m/min。