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;對于熱處理可強化的鋁合金材，還要進行淬火一時效處理。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屬于可熱處理強化合金，具有良好的可焊接性、抗腐蝕性、可機械加工性和可成型性，同時具有中等強度，主要用于機械結(jié)構(gòu)方面，包括棒材、板材、管材和型材等，其-T6狀態(tài)具有較高的機械特性。6082合金在歐洲是很常用的合金產(chǎn)品，在美國也有很高的應(yīng)用，適用于加工原料，無縫鋁管，結(jié)構(gòu)型材和定制型材等。我司接到國外某公司訂單，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)過深加工，要求外徑擴張至55.55mm ，外觀無明顯裂紋如圖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，工藝部對合金熱處理工藝進行了研究，并將探討結(jié)果用于實際，生產(chǎn)出了滿足客戶要求的產(chǎn)品。

表1 6082-T6性能要求

2 材料及試驗方法

試驗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，成分按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求如表2所示，擠壓在1000T臥式油壓擠壓機上進行，擠壓系數(shù)為54.8，采用在線淬火生產(chǎn)，樣品在時效爐內(nèi)進行195℃ 2.5h人工時效，力學(xué)性能測試使用沈陽天星韋氏硬度鉗和客戶提供的專用擴口夾具。

表2 6082合金成分范圍(質(zhì)量百分數(shù))

在生產(chǎn)過程中，通過對鋁棒均質(zhì)，淬火方式，模具設(shè)計等方面進行試驗：

⑴采用未經(jīng)均質(zhì)的鋁棒和經(jīng)過均質(zhì)的鋁棒進行對比試驗；

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)計優(yōu)化，1#和3#模具進行對比。

3  實驗過程與討論

3.1 鑄錠均質(zhì)化對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1000T擠壓機上進行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)過均質(zhì)化處理的鋁棒。同等工藝下，棒溫480℃-510℃，擠壓機主缸前進速度2.5mm/s，出料口溫度520℃-545℃，達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

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，這是因為B鋁棒經(jīng)過均質(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，同時還消除了鋁棒在鑄造時凝固產(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, 進行擴口試驗，外徑擴展至55.5mm無明顯裂紋，基本能符合客戶要求。

3.2 淬火速率對擠壓管材延伸率的影響

6082合金對淬火較為敏感，客戶要求產(chǎn)品在抗拉強度符合國標(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。淬火速率過慢，時效后的抗拉強度不達標(biāo)；淬火速率太快，產(chǎn)品殘余應(yīng)力增加，同時產(chǎn)品的塑性降低，不利于客戶后續(xù)的加工。所以，為了進一步提高產(chǎn)品的延伸率，需要找到合適的的淬火速率。在實際生產(chǎn)中，我們試驗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)機淬火，在滿足時效強化效果的前提下，盡量降低淬火速率。在擠壓出口處分別對擠壓型材進行強風(fēng)冷淬火和噴霧淬火，性能對比如表4所示。

表4 不同淬火工藝對力學(xué)性能的影響

C1~C6為強風(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，強風(fēng)冷淬火的樣品在時效后的硬度在15HW以下，而噴霧淬火的樣品時效后的硬度在14HW以上，有的甚至達到了16HW。同時，擴口試驗的結(jié)果表明，硬度超過16HW時，產(chǎn)品容易開裂，試驗不合格。淬火速率越大，時效后硬度越高，產(chǎn)品脆性大，容易開裂，延伸率較差。后續(xù)使用強風(fēng)冷淬火，進行了多次的試產(chǎn)，樣品的硬度和擴口試驗都和前面的結(jié)果一致，工藝基本穩(wěn)定。說明型材使用經(jīng)強風(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一步的提高，所以在擠壓生產(chǎn)時選用風(fēng)冷淬火較為合適。

3.3 模具設(shè)計對擠壓型材延伸率的影響

擠壓模具是型材擠壓生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的工具。它的結(jié)構(gòu)形式、各部尺寸以及所用材料，對擠壓力、金屬流動的均勻性、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)特點是將模芯置于模孔中與模子組合成一個整體，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，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：擠壓時所需的擠壓力大和制品上有焊縫。在生產(chǎn)YG50.55時，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)進行深加工時，容易在比較薄弱的焊合位置開裂。我們公司采用了兩套不同設(shè)計的模具進行生產(chǎn)試驗，并對比所生產(chǎn)樣品的力學(xué)性能，性能對比如表5所示

表5 不同模具對合金性能的影響

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列出了兩個模具在設(shè)計方面的差異，與3#模相比，1#模的焊合室要深一些，上模厚一些。根據(jù)同行資料及文獻介紹，模具設(shè)計時，要保證焊縫的質(zhì)量，必須使焊合室焊縫處金屬能充分擴散結(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，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。這個和我們的試驗結(jié)果也是吻合的。關(guān)于模具設(shè)計最佳理論值的計算問題，這里就不作更深入的探討。我們公司根據(jù)這次試驗的結(jié)果，繼續(xù)開了4#，5#，6#模具，模具的設(shè)計和1#模具一樣。經(jīng)過三次的試產(chǎn)，3套模具共抽取樣品54支進行擴口試驗，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，滿足時效強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，穩(wěn)定擠壓工藝，擠壓過程做到高溫、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。