[发明专利]一种6061铝铸棒材及其铸造工艺

说明书

本发明具体涉及一种6061铝铸棒材配方及其铸造工艺，通过对6061配方的优化，主要是加入了几种微量元素，有效提高了6061铝合金棒材的力学性能和产品加工性能；使其抗拉强度MPa>336；屈服强度MPa>311；断后伸长率%>16；硬度HB>112；此外，晶粒也得到了一定程度的细化。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种6061铝铸棒材及其铸造工艺。

背景技术

纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm³），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32-40%，ψ:70-90%），易于加工，可制成各种型材、板材，抗腐蚀性能好。但是纯铝的强度很低，退火状态 σb 值约为8kgf/mm²，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb 值分别可达 24～60kgf/mm²。这样使得其“比强度”（强度与比重的比值 σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。

铝合金具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，使用量仅次于钢。

6061铝合金是典型的中等强度Al-Mg-Si系铝合金，具有良好的抗腐蚀性和可焊接性，广泛应用于要求一定强度和抗腐蚀性的工业结构中，比如卡车、船舶和家具等，是一种很有前途的铝合金。

6061铝合金是含高Si的合金，所以Si是该系列合金中的主要合金元素，且扮演着重要的作用。首先，硅的结晶潜热大，易于铸造成型。可以改善合金的流动性，降低热裂倾向，减少疏松。其次由于在共晶温度（577℃）时硅在铝中具有最大的溶解度1.65%，在室温下的溶解度是0.05%，高温与室温之间的固溶度差较小，加上不平衡冷却过程，所以大部分的Si元素会形成共晶Si组织。这种第二相是经过变质处理和热处理之后可以构成过剩相强化，是合金的主要强化方式。而且Si的出现可以增加合金的耐蚀性和耐磨性能等。随着Si含量的增加，结晶区域的变小，共晶体增加，就动性随之提高，虽然合金的铸造性能得到了改进，但是此时组织中容易出现针状或者是片状的共晶Si组织，甚至出现粗大的多边形或者珊瑚状的初晶Si，非常容易在Si阻止那个的尖端或者是菱角处形成应力集中，容易延晶粒或者是板状的Si组织本身方向开裂。从而降低了铝合金的性能。所以Si的含量一般控制在共晶点附近。最后Si也是形成析出强化相Mg₂Si的主要元素。

Mg元素在实际铸造组织中除了大部分以固溶体的形式存在的基体之中，也可以以Mg₂Si初生第二相形式的出现。产生的这种初生的Mg₂Si相在550℃固溶处理过程中逐渐地固溶到基体之中，而随后在150℃左右进行的时效过程中，Mg₂Si相会以析出相的形式呈针状出现。这种小尺度的析出相可以强烈阻碍位错的运动，所以在一定程度上提高了基体的强度。这也是Al-Si-Mg是热处理可强化铸造铝合金且大范围使用的原因之一。但是Mg含量增多易使合金氧化和吸气，而Mg量很低，无强化效果。

在室温下Cu在Al中的溶解度是0.2%，能形成有限固溶体，由于第二相Cu原子的挤入，使固溶体产生严重的晶格畸变，阻碍了位错的运动，提高了合金的强度，因此铜具有较大的固溶强化作用；Cu的室温固溶度非常小，既有较大的固溶度差，可以通过淬火得到过饱和固溶体，然后再通过时效处理析出（沉淀出）二次强化相来产生更大的强化效果，二次析出相极为细小，在光镜下无法看到。对于高强铝硅合金Al-Si-Cu-Mg，同时加入Cu和Mg，生成α（Al）、Si、Al₂Cu、Mg₂Si及四元相w（A_lxMg₅Cu₄Si₄），可使Al-Si合金强化效果更好。