一种6070-T6大截面薄壁铝合金的工艺研究

来源：华佗小知识

《铝加工》2021年第5期总第262期工艺技术

周京辉，李

明，肖卫平

（佛山市三水凤铝铝业有限公司，佛山528133）

摘要：对军工产品用6070-T6铝合金的生产工艺进行了研究。从模具设计、挤压工艺、时效制度等因素进行综合选择，生产出了满足客户力学性能要求（σb≥340MPa，σ0.2≥310MPa，δ5≥8%）的大截面薄壁产品。在本研究的工艺条件下，T6态铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率可达377MPa、341MPa和12.5%。关键词：6070铝合金；固溶温度；淬火转移时间；时效；工艺研究中图分类号：TG379，TG375+.41doi：10.3969/j.issn.1005-48.2021.05.06

文献标识码：B

文章编号：1005-48（2021）05-0027-04

0前言

6070合金是以Mg2Si相为主要强化相的铝合

艺开发进行了研究。

金，属于热处理可强化铝合金，具有耐蚀性高、无应力腐蚀破裂倾向、焊接性能良好、焊接区腐蚀性能不变等优点。6070合金中Si与Mg总含量在1.5~2.9（质量分数，%，下同）范围内，且含0.15~0.40Cu，属于6×××系铝合金强度较高的合金，主要应用于重载焊接结构与汽车工业的挤压材料及管材、桥梁、电视塔、航海用元件、机器零件导管等。某公司客户要求提供图1所示大截面薄壁6070-T6铝型材，要求材料力学性能如下：σb≥340MPa，σ0.2≥310MPa，δ5≥8%。针对此要求，从模具设计、挤压试工艺、时效制度等方面对该材料的工

表1

国标内控

1.0~1.71.2~1.3

Fe0.50.3

图1大截面薄壁铝型材截面图

1合金成分及均匀化

由于型材壁薄、截面宽，故在设计6070合金成

分时，按国标GB/T3190-2008规定范围的中下限来控制，以降低挤压压力，其主要合金元素成分如表1所示。采用半连续热顶铸造成ϕ450mm棒，并将其进行560℃保温6h均匀化处理，然后水雾冷却。

6070铝合金化学成分（质量分数/%）

其他

Mn0.40~1.00.50~0.60

Mg0.50~1.20.70~0.80

Zn0.250.20

单个

合计0.150.15

余量余量

0.150.10

0.050.05

0.15~0.400.20~0.25

2模具设计分析与优化

模具设计采用带桥的平面模结构，其结构简图

及工作带长度设计见图2。采用这种设计，出料容易成型，但是模具桥底处铝水温升大，出料容易拖烂，对于粘性强的合金，容易增加铝水与模具的摩擦阻力。该方案设计的模具经多次上机都出现拖烂

2.1模具分析

作者简介：周京辉（1986-），男，广东佛山人，本科，主要从事铝型材压力加工研究。收稿日期：2020-12-29

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工艺技术

因中间部位速度跟不上而最先拖烂；如图3（c）所示，开通氮气通道，在线通氮气可以使模具温度稳定在一定范围。试验结果表明，通过同时实施上述3种优化方案（挤压工艺不变），当挤压速度达到5m/min时，型材仍旧出现拖烂现象，没能生产出合格品，故需要重新设计制作模具。2.3模具的重新设计

从上述分析可知，带桥的平面模结构无法达到工艺要求的挤压速度，故需重新设计成不带桥的平面模结构，如图4（a）所示。模具结构细节

图2模具结构简图及工作带长度

如图4（b）与4（c）所示。工作带进料口端（即焊合室）采用入料高、低点设计方案，通过工作带高、低点的精细分流，可以对容易拖烂的位置提前填充供铝，而工作带出料口端是齐平的，不容易因为工作带高、低点而拖烂；不带桥后，铝水不会再分成几股然后再焊合，从而减少铝水温升，使型材避免拖烂。采用带导流板平面模生产，挤压筒温度为460℃，模具温度为480℃，铸锭温度为

2.2原带桥平面模具的初次优化

（a）减短工作带长度510℃，三温不变，当挤压速度达到6m/min时，型材表面质量合格。在线强风冷淬火，锯切样板分别按不同时效制度时效。

（b）中间短腿增加壁厚

（a）平面模（带导流板）

模面直铣6mm深

模面直铣4mm深

模面直铣2mm深模面直铣2mm深

模面直铣8.5mm深

将壁厚由：2.42加入到2.82

模面直铣5mm深

（b）工作带入料高低设计

（c）模垫开氮气通道图3

原带桥平面模模具优化

初次优化方案如图3所示。图3（a）所示是通过减短工作带长度以减少铝与模具的摩擦距离；如图3（b）所示，加厚中间短腿壁厚，以预防型材

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（c）工作带精细导流图4

重新设计的不带桥的平面模

3挤压工艺

6×××系铝合金挤压可以采用在线固溶淬火，

度下降时，既降低了出口温度，又延长了淬火转移时间，力学性能就达不到客户的使用要求。为此，需对模具继续进行优化，确保挤压速度在5m/min以上时，型材表面质量仍能满足要求。

通过三温一速来研究挤压工艺对型材成型及性能的影响。为确定挤压在线淬火温度的出口温度，先取挤压态样板分别在510℃、520℃、530℃、0℃、550℃、560℃下保温30min，淬火转移时间分别为10s、20s、30s[1]，水淬，然后进行170℃×8h时效处理。各状态下的力学性能数据如表2所示。

表2

固溶温度/℃510

4时效工艺

时效温度分别为160℃、170℃、180℃，保

温时间为5~18h，对应拉伸性能数据见表3。

表3

时效温度/℃

不同时效制度下的力学性能

σb/MPa366374376380375376377370372376378371

σ0.2/MPa297312319345337340341333335339342336

δ5/%16.516.516.015.513.013.012.512.013.012.011.511.5

不同固溶温度条件下的力学性能

淬火转移时间/s10203010

σb/MPa303300298331328325342338334358350343367359353382374366

σ0.2/MPa295290287308305298315308303322318312330325320344336331

δ5/%15.515.515.013.514.014.014.515.015.014.014.515.012.512.513.011.512.012.0

时效时间/h

固溶时间/min30

160

78186

52030203010

170

53030203010

030203010

180

678

55030203010

由表3可知，160℃×18h的时效制度能得到最高力学性能，而170℃时效温度下的峰值出现在保温8h时，180℃时效温度下的峰值出现在保温7h时，且3种温度下的峰值非常相近[2]。为节约成本，可选择170℃×8h的时效工艺制度，此时的抗拉强度、屈服强度、断后延伸率分别为377MPa、341MPa、12.5%。

560302030

由表2可知，随着固溶温度逐渐提高，抗拉强度与屈服强度也随之提高；随着淬火转移时间延长，抗拉强度与屈服强度随之下降；而断后延伸率变化不大，且都大于8%。在线淬火的固溶温度与挤压筒温度、模具温度、铸锭温度呈正相关，而淬火转移时间与挤压速度正相关，故为确保型材力学性能满足使用要求，需要提高三温一速。

实际生产时，设置挤压筒温度为460℃，模具温度为480℃，铸锭温度为510℃，挤压比为47。由于出料口到淬火系统的距离为2.5m，故要控制淬火转移时间在30s以内时，就要求制品速度在5m/min以上。当用红外线探测仪测得制品速度为5m/min时，出料口温度为550~560℃，但是模具桥底处的型材出现了严重拖烂的现象。而当挤压速

5结论

（1）6070合金要求固溶温度为0~560℃，

淬火转移时间控制在30s以内。

（2）对本研究所述的大截面薄壁6070合金进行挤压时，挤压模具宜采用不带桥平面模结构，以满足快速挤压的工艺要求。

（3）6070合金在160℃、170℃、180℃下时效不同时间，能得到峰值接近的力学性能，实际生产中，推荐选用170℃×8h的时效制度。

（4）本研究下，型材的最佳工艺制度为：挤

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[1]

于莉莉，谢延翠，徐崇义，等.一种Al-Mg-Si铝合金

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工艺技术/信息报道

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刘静安，谢建新.大型铝合金型材挤压技术与工模具优化设计[M].北京：冶金工业出版社，2003.

张成兰.大型薄壁铝型材挤压模具设计及优化[D].济南：山东大学，2012．

Studyonproductionof6070-T6largesectionthin-walled

aluminumalloy

ZhouJinghui，LiMing，XiaoWeiping

(GuangdongFengluAluminumCo.,Ltd.,Foshan528133,China)

Abstract:Theproductionprocessof6070-T6aluminiumalloyformilitaryproductswasstudied.Thelargecross-sectionthin-walledproductssatisfyingthemechanicalpropertiesofcustomers(σb≥340MPa，σ0.2≥310MPa，δ5≥8%)wereproducedbycompre⁃hensiveselectionofdiedesign,agingsystemandextrusionprocess.Underthetechnologicalconditions,thetensilestrength,yieldstrengthandelongationofT6aluminumalloycanreach377MPa,341MPaand12.5%respectively.Keywords:6070aluminiumalloy;solutiontemperature;quenchingtransfertime;aging;processresearch

电解铝消耗全国6.5%电能，未来铝价或涨破天际

电解铝减产直接导致的结果就是电解铝价格持续上涨。据悉，目前电解铝价格已经达到22600元/吨，前段时间更是达到了24000元/吨的十年最高价，据电解铝历史最高价也只有一步之遥。目前，我国大型电解槽电解铝吨铝直流电电耗约13000kwh左右，而2020年中国电解铝产量为3731.7万吨，占全世界的57.18%，仅电解铝一项耗电总量就达到约4851.21亿千瓦时。而2020年中国全社会用电量也只有75110亿千瓦时，只是电解铝就约占全国用电量的6.46%。在碳中和不断加码的当下，能耗双控目标成为很多地方考核的标准，其中包括能耗总量和能耗强度，最终不得不采取关停高耗能产业的方式来完成能耗双控目标。所以从目前国内的和大环境来看，电解铝产量大幅提升的可能性非常小。叠加当前煤炭和氧化铝价格暴涨，电解铝生产成本高企，供需严重失衡，而且今年国家已经三次释放国储铝，想必后续继续投放储备的力度将会逐渐降低。近期，对电解铝行业阶梯电价作出明确通知，低效的电解铝生产企业将面临成本上涨，未来铝价仍有上涨空间。

重庆国创轻合金研究院挂牌西南铝汽车轻量化生产线投产

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