滕廣標(biāo)，高森田

（廣東堅(jiān)美鋁型材廠（集團(tuán)）有限公司，佛山，528222）

0 前言

6×××系鋁合金可以生產(chǎn)出各種復(fù)雜截面的鋁型材產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、門窗幕墻等領(lǐng)域[1]。6013 合金作為2024 的理想替代材料，被應(yīng)用于汽車的大梁、底盤、結(jié)構(gòu)框架以及飛機(jī)的蒙皮、機(jī)翼、加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)材料中[2]。通常擠壓出的產(chǎn)品均需經(jīng)過在線或離線淬火處理，以使合金元素固溶于基體，形成過飽和固溶體，隨后在時(shí)效過程中析出彌散，從而保證產(chǎn)品強(qiáng)度符合要求[3-4]。

然而在實(shí)際生產(chǎn)中常常會(huì)面臨一個(gè)矛盾性的問題，即當(dāng)追求強(qiáng)度最大化時(shí)，需要出料口溫度盡可能提高，達(dá)530～560 ℃后再進(jìn)行淬火處理。但是這樣做的結(jié)果是型材易拖爛，擠壓效率低，且尺寸精度難以保證。為了保證型材的精度以及表面質(zhì)量，適當(dāng)降溫是必要的，但降溫的結(jié)果是合金性能不穩(wěn)定[5]。對(duì)于6013等硬質(zhì)合金的擠壓來說，由于合金化程度高，合金強(qiáng)度高，擠壓相對(duì)變得困難，如何在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，合理地控制擠壓溫度以及提高擠壓效率成為企業(yè)面臨的難題。

本研究根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝操作，通過調(diào)整擠壓工藝參數(shù)，對(duì)比研究了不同條件下加熱的鑄棒對(duì)于生產(chǎn)制品的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的影響，為擠壓技術(shù)人員提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法

采用兩組參數(shù)對(duì)比的方法，所用鑄棒棒徑為229 mm，在2 500 t 擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓。棒材均經(jīng)過540 ℃/2h+570 ℃/12 h 雙級(jí)均勻化處理，然后分別以兩種不同的工藝方式進(jìn)行擠壓。其中工藝1：于多棒爐中將鑄棒加熱至510 ℃直接上機(jī)擠壓，將擠壓出料口溫度控制在525±10 ℃；工藝2：采用多棒爐將鑄棒加熱至450～500℃，然后將鑄棒轉(zhuǎn)至工頻爐加熱至560 ℃固溶5～10 min，然后降溫至500 ℃上機(jī)?？刂茢D壓出料口溫度在510±10 ℃，產(chǎn)品壁厚＞6 mm，采用穿水冷卻，以增加冷卻效率。淬火后的型材經(jīng)175 ℃/10 h的時(shí)效處理。力學(xué)性能檢測(cè)在GMT-6105GD 型萬能實(shí)驗(yàn)拉伸機(jī)上進(jìn)行，拉伸速率為5 mm/min。布氏硬度測(cè)試在HBS-62.5型小負(fù)荷布氏硬度儀上進(jìn)行。兩種對(duì)比擠壓工藝的基數(shù)如表1所示。

表1 擠壓工藝參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

兩種擠壓工藝所得型材的力學(xué)性能及表面質(zhì)量如表2所示。從結(jié)果來看，采用常規(guī)擠壓工藝，即在多棒爐中進(jìn)行510 ℃/3 h 以上的固溶處理，然后直接上機(jī)擠壓這種工藝時(shí)，當(dāng)出料口溫度大于530 ℃時(shí)，型材內(nèi)部拖爛嚴(yán)重。由于溫度較高，在擠壓過程中，合金元素進(jìn)一步固溶于基體，更易獲得過飽和固溶體，在后續(xù)時(shí)效過程中析出更多細(xì)小的彌散相，致使型材的強(qiáng)度更高，其中抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及延伸率分別達(dá)到407 MPa、368 MPa和11%。當(dāng)出料口溫度降低（＜520 ℃）時(shí)，型材表面質(zhì)量良好，但強(qiáng)度有所下降，延伸率有所提高。

采用對(duì)鑄棒先升溫再降溫的擠壓工藝對(duì)型材的表面質(zhì)量以及機(jī)械性能是有利的。在本試驗(yàn)中將鑄棒先置于多棒爐中保溫，然后于工頻爐中加熱至較高溫度（560 ℃）固溶一定時(shí)間，然后降溫至500 ℃進(jìn)行擠壓，出料口溫度為510±10 ℃。采用該工藝獲得的強(qiáng)度比常規(guī)工藝更高，且生產(chǎn)速度可以得到一定程度的提升，同時(shí)更容易獲得良好的表面質(zhì)量。采用該工藝獲得的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及延伸率分別達(dá)到408 MPa、376 MPa 和12%。此外，對(duì)比兩種工藝發(fā)現(xiàn)，采用工藝2可以獲得更高的綜合力學(xué)性能。用這兩種擠壓工藝獲得的產(chǎn)品力學(xué)性能對(duì)比如表2所示。

表2 力學(xué)性能對(duì)比

對(duì)比兩種工藝的生產(chǎn)效率來看，采用參數(shù)2的工藝的擠壓速度更高，比工藝1的生產(chǎn)效率提升了16.7%，且更易獲得較高的表面質(zhì)量。

3 分析討論

在擠壓生產(chǎn)中，通常鑄棒加熱有兩種方式，一為采用多棒爐加熱，二為單棒爐加熱。采用多棒爐加熱可以滿足生產(chǎn)過程中高速擠壓對(duì)產(chǎn)能的要求，鋁棒加熱的透心度更高，且對(duì)鋁棒也有均勻化處理以及固溶處理的作用。而單棒爐可以分段加熱，操作靈活。但鋁棒加熱時(shí)表面與心部溫度有偏差，且要求鑄棒必須經(jīng)過均勻化處理后才可以使用，以利于擠壓順利進(jìn)行。

本實(shí)驗(yàn)中兩種工藝對(duì)鑄棒采用相同的均質(zhì)處理工藝，即540 ℃/2 h+570 ℃/12 h，使鑄棒充分均勻化。對(duì)于熱處理強(qiáng)化型合金來說，固溶程度即意味著合金時(shí)效后的強(qiáng)度，而固溶程度主要與加熱的溫度以及保溫時(shí)間有關(guān)，擠壓難度則與合金成分以及均勻化程度等有關(guān)。由于6013 合金強(qiáng)度較高，為保證擠壓順利進(jìn)行，綜合考慮，選用多棒爐進(jìn)行加熱。

工藝1 采用在多棒爐中加熱至510 ℃、然后直接上機(jī)擠壓的方式，通過調(diào)整工藝參數(shù)并未能取得理想的效果。對(duì)6013 等硬質(zhì)合金進(jìn)行擠壓時(shí)，往往需要較高的擠壓溫度才能使合金元素充分固溶，從而保證產(chǎn)品強(qiáng)度。本產(chǎn)品采用常規(guī)工藝（510 ℃）時(shí)，由于鋁棒溫度較高，變形量大，致使擠壓過程中的溫升大。溫度過高易導(dǎo)致擠壓裂紋的產(chǎn)生，破壞金屬的連續(xù)性，因此不宜采用過快的擠壓速度。如果降低爐溫，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下雖可以提升擠壓效率，但會(huì)導(dǎo)致固溶不充分，性能不能滿足客戶需求的風(fēng)險(xiǎn)。

工藝2采用的是：先于多棒爐中保溫，再在工頻爐中升溫至較高溫度（560 ℃），然后再降溫至較低溫度（500 ℃）擠壓。因?yàn)楣倘茏钪饕膮?shù)為加熱溫度和保溫時(shí)間，且保溫時(shí)間隨著加熱溫度的升高而減少[6]。采用560 ℃作為固溶溫度，在保證合金不過燒的前提下，大大提升了棒材的固溶效率。該工藝采用三級(jí)固溶的方式，即多棒爐固溶+工頻爐固溶+擠壓過程中的形變固溶，鋁棒固溶更加充分，因此得到的產(chǎn)品性能也更穩(wěn)定。且當(dāng)棒材于較低溫度擠壓時(shí)，可以適當(dāng)提升擠壓速度，從而提高擠壓效率，同時(shí)更易獲得優(yōu)良的型材表面。

4 結(jié)論

（1）相較于傳統(tǒng)擠壓工藝來說，鑄棒采用先高溫加熱，冷卻后再上機(jī)擠壓的工藝獲得的產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能更優(yōu)，且生產(chǎn)效率更高，較傳統(tǒng)擠壓工藝提升了16.7%。

（2）采用短時(shí)高溫固溶處理，在實(shí)際操作過程中是可行的，并且型材的質(zhì)量更加可控。

（3）該工藝生產(chǎn)的6013型材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及延伸率分別為408 MPa、376 MPa 和12%，布氏硬度可達(dá)123.3 HB。